Calculadora de energia armazenada em capacitor

Energia armazenada em um capacitor

Um capacitor carregado até a tensão V armazena energia em seu campo elétrico dada por E = ½ C V², com E em joules, C em farads e V em volts. A expressão vem da integral do trabalho para deslocar carga contra uma tensão crescente: E = ∫₀⁹ v dq = ∫₀⁹ (q/C) dq = Q²/(2C). Para C = 1 mF a 12 V a energia é 0,072 J; para um supercapacitor de 1 F a 2,7 V chega a 3,65 J, suficiente para acender um LED por vários minutos.

Note a dependência quadrática em V: dobrar a tensão quadruplica E, enquanto dobrar C apenas dobra. Por isso sistemas de pulsed-power como flashes fotográficos e desfibriladores usam capacitâncias relativamente pequenas em tensões altas (300-2000 V) em vez de bancos enormes em baixa tensão. Boylestad e Sedra/Smith deduzem E = ½CV² nos capítulos iniciais; a IEC 60384 define tolerância, corrente de ripple e vida útil que limitam quanta energia pode ser ciclada com segurança.

Aplicações

A energia capacitiva alimenta flashes de xenônio em câmeras, desfibriladores médicos (tipicamente 200-360 J entregues ao paciente), drivers de railguns e lasers pulsados, bancos de supercapacitores para frenagem regenerativa em veículos, capacitores de hold-up em UPS e capacitância de ride-through em barramentos CC de inversores. EVs e híbridos combinam cada vez mais baterias com supercapacitores (IEC 62576) justamente pela alta densidade de potência e milhões de ciclos de vida.

Perguntas frequentes

Por que a energia é ½CV² e não CV²? Porque a tensão cresce de 0 até V durante a carga; a tensão média é V/2 e o trabalho total é Q·(V/2) = ½CV². A outra metade é dissipada como calor no resistor de carga, independentemente do valor de R.

Como aumentar a energia armazenada? Elevando a tensão (ganho quadrático) ou a capacitância (linear). Aumentar V costuma ser mais eficiente, mas é limitado pela tensão de ruptura do dielétrico (IEC 60384).

Um capacitor carregado é perigoso? Sim. Capacitores eletrolíticos grandes em fontes e flashes podem armazenar energia suficiente para causar choques letais mesmo horas após o equipamento ser desligado. Sempre descarregue por um resistor de bleeder e confirme com voltímetro antes de manipular.