Apesar de pouco conhecidos, os Supercapacitores são uma ótima opção para dispositivos portáteis. É evidente que temos a tendência de lembrar de bateriais quando pensamos em tornar um projeto portátil. É uma decisão relativamente confortável, afinal, as baterias são muito comuns e são realmente itens de consumo, fáceis de encontrar até em uma padaria. Temos um artigo muito bom sobre elas, sugiro a leitura.
Material utilizado
Este é mais um artigo exploratório do que um tutorial, mas a lista dos principais materiais que usei durante os experimentos foi:
- Mini Osciloscópio DSO150
- Supercapacitor Elna 5.5V 1F
- Capacitor eletrolítico Siemens 50v 2500uF
- Mini motor DC
- Mini voltímetro digital
Todavia, o objetivo deste post é apresentar os supercapacitores como uma outra opção de portabilidade e comparar, seguindo alguns critérios, com as nossas familiares baterias.
Vantagens imbatíveis, comparando com as baterias
Tempo de carga
Supercapacitores carregam muito mais rápido que baterias. Mesmo comparando grandes supercapacitores com pequenas baterias, a diferença ainda é enorme, de algumas ordens de grandeza em se considerando o tempo necessário para carga. Isso pode ser um requisito importante de projeto, pode tornar o uso de baterias impeditivos.
Um exemplo é o GoDice. Basicamente é um dado smart de 6 lados que usa IoT para melhorar a experiência de jogos de mesa que usam dados de rolar.
Ele usa como fonte de energia única e exclusivamente um supercapacitor e o fabricante garante uma autonomia de 1 hora com apenas 10 segundos de carga. Com isso, é possível garantir uma boa experiência de jogo, sem precisar aumentar muito o tamanho do dado de rolar, ou até desbalancear seu centro de gravidade com uma bateria comparativamente grande. Então fica o questionamento: esse projeto seria viável ou prático com uma bateria recarregável (de íon de lítio), ao invés de um supercapacitor?
Vida útil
A dinâmica de carregamento e descarregamento (e toda a química envolvida) de um supercapacitor é bem mais simples que a de uma bateria, o que faz com que as suas propriedades e seu funcionamento sejam mais estáveis e duradouros durante o tempo e os ciclos de carga e descarga.
Na prática, o tempo de vida de um supercapacitor é muito parecido com o de um capacitor comum (com um bom projeto, dura acima de 10 anos). O que é muito, comparado com a faixa de vida útil de uma bateria recarregável, que normalmente é algo em torno de 3 anos, a depender do tipo e quantidade de ciclos de carregamento
Essa diferença pode não impressionar, porém quando se compara a vida em ciclos de carga e descarga, a durabilidade dos supercapacitores é muito superior.
Potência específica
Aqui temos uma diferença brutal: a energia armazenada por um capacitor pode ser entregue em taxas altíssimas (alta potência), mesmo durante curtos períodos de tempo.
Acho uma ótima analogia considerar uma bateria como uma garrafa (que tem um bocal que limita o fluxo) e um supercapacitor como um balde (pouquíssimo limitado no seu fluxo):
Fonte: https://www.futurebridge.com/industry/perspectives-mobility/supercapacitors-a-viable-alternative-to-lithium-ion-battery-technology/
Esse tipo de alta disponibilidade de energia pode favorecer aplicações como:
- Aparelhos que precisam gerar aquecimento, faíscas ou até força magnética rapidamente
- Equipamentos que precisam de alta corrente somente em momentos específicos (partida ou saída, por exemplo). Nesse caso, é interessante usar os supercapacitores em conjunto com alimentação da rede e/ou baterias
Duelo de capacitores
Bom, pra falar de supercapacitores, acho importante justificar o que de “super” tem um supercapacitor, então vou fazer o seguinte teste: comparar um capacitor normal com um supercapacitor executando uma tarefa simples e comum: alimentar um motor DC.
Nesse teste, vou indicar a tensão do capacitor usando um mini voltímetro e mostrar a variação da tensão no tempo usando o mini osciloscópio DSO150.
Carregando ambos capacitores com aproximadamente 5.3v durante uns 10s, o resultado é esse :
Existe uma pequena diferença de tempo entre o momento em que os motores são acionados e o momento que a alimentação que carrega os capacitores é desligada, mas o osciloscópio nessa demonstração serve justamente para dar essa noção temporal.
Dá pra perceber que a queda de tensão no capacitor comum é quase instantânea, o motor se mantém ligado por menos de 0.7s.
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