Carga De Un Capacitor Con Arduino 5f585h

Un capacitor es un dispositivo capaz de almacenar cargas eléctricas. Para cargarlo se le aplica una diferencia de potencial y acumulará carga hasta su capacidad máxima. La cantidad máxima de carga que puede acumular, dividido la diferencia de potencial es una propiedad del capacitor denominadacapacitancia, y es el indicador de la cantidad de energía que puede almacenar.

La capacitancia se mide en Faradios, siendo 1 Faradio igual a 1 Coulomb / 1 Volt. Los capacitores más usuales tienen una capacitancia que va del orden de los picoFaradios (10-12) a los microFaradios (10-6). La teoría indica que los capacitores se cargan en función del tiempo según la ecuación:

Siendo Q la carga máxima, R la resistencia del circuito y C la capacitancia.

En el circuito que armaremos usaremos una resistencia de carga de de

y un capacitor

Por lo tanto el valor RC = 4,7 y se lo denomina tiempo característico. Representa el tiempo transcurrido, en segundos, en el que el capacitor se ha cargado:

es decir, un 63%. Se suele considerar que el capacitor ya está cargado casi en su totalidad transcurridos 5 tiempos característicos. Con el sensor analógico del Arduino no podemos medir la carga eléctrica directamente, pero sí la diferencia de potencial en los terminales del capacitor, por lo tanto, dividiendo ambos de la ecuación de carga, por la capacitancia, obtenemos:

por lo que ya podemos trabajar con los valores de tensión. Con estos valores, y teniendo en cuenta que el arduino trabaja en un rango de 0 a 5 volts, el gráfico ideal de la carga del capacitor sería similiar a este:

Donde el punto A indica el tiempo característico (4,7 s) y el punto B el quíntuple del tiempo característico (23,5 s) donde se observa que el capacitor casi ha llegado a su capacidad máxima.

Vamos a la práctica Para verificar este comportamiento armarmos el circuito propuesto anteriormente y lo conectamos al arduino:

Arduino devuelve un rango de 1023 valores para los 5 volts, por lo tanto el 63% equivale a 647 y el valor a los 5 Tc (tiempo característico) es 1016. La lógica de la experiencia es: 1. Descargar el capacitor poniendo las salidas 11 y 13 en LOW 2. Sensar la entrada A0 hasta que el valor sea cero. En ese momento el capacitor ya está totalmente descargado. 3. Poner la salida 11 en modo INPUT y la 13 en HIGH, para empezar a cargar el capacitor. 4. Sensar la entrada A0 hasta que el valor sea 1016. El código del sketch de arduino se encuentra al final del post. Los valores se imprimen por la consola serie. Se pueden grabar en un archivo de texto e importar en una planilla de cálculo. En particular utilicé la de Google Docs. Los resultados para el capacitor de

están en el siguiente archivo: Cap470microF.txt

Allí se puede ver que para el 63% de la carga, es decir el valor 647, pasaron 4,382440 segundos. La teoría indicaba que debían pasar 4,7 segundos (1 tiempo característico), lo que es un error del 10% que, en principio, está dentro de la tolerancia del capacitor. Para los 5 tiempos característicos (23,5 segundos) el valor es 1003, lo que equivale a un 98% de la carga máxima. El gráfico de la curva de carga resulta:

La cual es muy aproximada a la predicha por la teoría. Otra prueba con un capacitor de dan, para el valor 647, 34,412440 segundos contra los 33 de la teoría. Un error del 10%. Y para los 5 Tc (165 segundos), un valor de 994, un 97% de carga.

El archivo con los valores: Cap3300microF.txt La gráfica resultó:

Sketch de arduino: /* http://www.fisicayarduino.com * Experiencia: Carga de un capacitor */

#define analogPin itor

0

// pin analógico usado para medir la tensión del capac

#define chargePin

13

// pin de carga del capacitor

#define dischargePin

11

// pin de descarga del capacitor

unsigned long startTime; unsigned int readSensor;

void setup(){ pinMode(chargePin, OUTPUT); digitalWrite(chargePin, LOW);

// configurar el pin de carga como salida

Serial.begin(9600);

// inicializar la comunicación serie

}

void loop(){

/* descargar el capacitor */ digitalWrite(chargePin, LOW); pinMode(dischargePin, OUTPUT); digitalWrite(dischargePin, LOW); readSensor = analogRead(analogPin); while(readSensor > 0){ citor

// leer el sensor

// esperar hasta que se descargue completamente el capa

readSensor = analogRead(analogPin);

// leer el sensor

}

pinMode(dischargePin, INPUT);

// configurar el pin de descarga como

entrada (alta impedancia)

Serial.println("------------------------");// indicador de comienzo de experien cia

digitalWrite(chargePin, HIGH);

// cargar el capacitor

startTime = micros();

// tiempo de comienzo

readSensor = analogRead(analogPin);

while(readSensor < 1016){

// leer el sensor

// 1016 es el valor esperado a los 5 TC

Serial.print(micros() - startTime);

// imprimir el tiempo transcurrido

Serial.print(","); Serial.println(readSensor); readSensor = analogRead(analogPin); }

}

// imprimir el valor analógico // leer el sensor