RESEARCH AND ANALYSIS OF THERMAL EFFECTS IN CYLINDRICAL CONDENSERS INSIDE EXTREME
ENVIRONMENT AND CIRCUITS WITH HIGH POWER DISSIPATION (EFECTOS TÉRMICOS EN UN CONDENSADOR CILÍNDRICO EN UN SISTEMA CON ALTA DISIPACIÓN DE
POTENCIA).
Raimundo Rodulfo
1992
ORIGINAL PAPERS (IN SPANISH)
El siguiente es un estudio teórico de la variación en las propiedades eléctricas de un condensador de placas cilíndricas que está expuesto a aumentos considerables de temperatura en las proximidades de una fuente de energía y calor. Se propone como escenario extremo un circuito con alta disipación de potencia, en un medio ambiente controlado. El objeto del experimento será un condensador de placas cilíndricas sujeto en sus extremos por dos tapas circulares de encapsulamiento unidas por un núcleo cilíndrico macizo aislante sobre el que descansa la placa interior. El condensador está conectado a un potencial V0 entre sus placas y el encapsulado que lo recubre es prácticamente adiabático salvo en las tapas de los bordes, con una pequeña pero no despreciable conductividad térmica. La alteración en el funcionamiento del condensador radica en las propiedades de dilatación con el calor del material de sus placas, por lo que es necesario conocer el coeficiente de expansión térmica longitudinal de dicho material, a los rangos de trabajo. Este coeficiente se calculará sometiendo una placa cuadrada del material a dos temperaturas distintas, una mucho más alta que la otra, y midiendo en cada caso las dimensiones de sus lados. La razón de incremento lineal al incremento en la temperatura dará el coeficiente de expansión térmica superficial por la variación en el grosor de la lámina. El coeficiente de expansión térmica longitudinal se obtiene al multiplicar el coeficiente superficial por la longitud inicial de sus lados, suponiendo que la lámina se deforma en una sola dirección, lo cual ocurre en la placa exterior del capacitor, que está inmóvil entre las tapas del encapsulado. Como en un circuito eléctrico el calor se disipa a través de la resistencia total presente en el conjunto de dispositivos y conexiones, se hará el estudio tomando como foco de calor un resistor coaxialmente alineado y con separación de centros al condensador, aún cuando el estudio puede generalizarse a otras fuentes calóricas, sustituyendo la potencia disipada por la resistencia efectiva por la fuente en consideración (generadores de luz, calor, radiación, etc.), considerando en todo caso la componente axial. Para el caso de la resistencia, por ésta circula una corriente efectiva I, tras haber transcurrido el tiempo suficiente en que la temperatura en los bordes del cuerpo del material resistivo se ha estabilizado en un valor estacionario T0 absoluto. El efecto del calor sobre las propiedades eléctricas del condensador será medido calculando la variación porcentual en la capacidad y en la energía eléctrica almacenada entre sus placas. Se muestra a continuación el análisis físico y matemático realizado, así como las fórmulas fundamentales de variación deducidas, para cuya prueba en el laboratorio fue necesario realizar un programa de cálculo debido a su complejidad.
