O que é ESR de capacitor?

O que é ESR de capacitor? Computadores que travavam na inicialização, durante programas mais pesados, não ligava mais ou tornara lento (este é um defeito que poucos constatam, pois a perca de desempenho é gradativa e somente um outro usuário que não opera a máquina percebe).
Após uma inspeção se constata que um ou mais capacitores da placa mãe estão estufados.
Apesar de ser na minha opinião um serviço simples, exige certos cuidados estes que serão decisivos para o sucesso ou fracasso.
Tentarei ser o mais simples possível, tanto na linguagem, evitando termos técnicos e procurando ensinar pequenos truques que serão úteis na prevenção de erros que poderão comprometer o serviço. Mas tentarei explicar o máximo possível os assuntos abordados, pois você só conserta o que realmente entende.
Porque eles vazam, estufam ou explodem?

Existem várias versões deste fato:
• No começo do ano 2.000 houve um problema na qualidade do eletrólito (liquido interno do capacitor que funciona como um dielétrico) em geral no aditivo que fazia evaporar o excesso de gases de nitrogênio do dielétrico, depois de um tempo de uso ele estufava, vazava ou até mesmo estourava inutilizando muitas vezes a placa mãe. (fonte TTI Inc)
• Com a necessidade de diminuir o tamanho dos componentes a vida útil é afetada, pois quanto menor o componente menos massa ele tem para dissipar o calor gerado (em geral vemos este problema em placas com mais de três anos de uso).
• O aquecimento excessivo do gabinete, causa evaporação excessiva do dielétrico e com isso uma pressão que estufaria a caneca de alumínio. Mesmo de capacitores sem problemas de fabricação, como os descritos acima.
• Baixa qualidade dos capacitores.
Seja qual for o fator o que notamos é uma degradação física e de funcionalidade, pois estufado ou vazando normalmente ele terá uma ESR alta que comprometerá o funcionamento do circuito.
O que é ESR?

E.S.R. ( Equivalent Serie Resistance) que no nosso idioma significa: Resistência Equivalente em Série.
Significa a grosso modo que um capacitor internamente possui um resistência interna que com o passar do tempo vai aumentando chegando ao ponto de ser maior que a reatância capacitiva do mesmo.
Assim quando o projetista projetou a placa mãe ele contou com uma E.S.R. de milésimos de ohms, (sem contar que a placa mãe utiliza capacitores Low ESR para deixar o circuito o mais leve possível), mas com o passar do tempo a E.S.R. aumenta devido a degradação do dielétrico (eletrólito) deixando a resposta do capacitor cada vez mais mais lento e ocasionando travamentos e lentidões. Como expliquei é uma coisa tão lenta que o usuário não percebe a perca de desempenho.
Assim notamos dois problemas distintos, mas com as mesmas conseqüências, o aumento da E.S.R. ou o estufamento do capacitor causará os mesmos problemas sendo que a E.S.R. não tem causas físicas visíveis, o capacitor não apresenta externamente mudanças somente perceptível com a retirada e aferição com equipamento especial: o medidor de E.S.R.
Quem estudou eletrônica a 10 anos já escutou que na substituição de um capacitor devemos sempre respeitar a capacitância, mas na falta de um de tensão de trabalho igual poderia ser colocado um de tensão de trabalho superior, ex.:
100µ por 10v pode ser usado um de 100µ por 25v
Assim ganharíamos uma proteção sobre tensão…
É válido para aplicações em que o capacitor não trabalha com frequências altas: fontes chaveadas, placa mãe, etc. E sim em aplicações simples de baixa frequência (fontes lineares), pois a E.S.R. é diretamente proporcional a tensão de trabalho, assim sendo quanto mais alta for a tensão de trabalho do capacitor mais alta será sua E.S.R.
Assim explicasse o fato de algumas placas possuírem capacitores com tensões de trabalho de 6,3v sendo um valor de trabalho incomum aqui no Brasil, mas essencial ao projeto da placa. Por isso que a troca de capacitores da placa tem que observar além da capacitância a tensão de trabalho, pois o uso de capacitores com tensão de trabalho superior pode não funcionar ou caso funcione será por pouco tempo ou com perda de rendimento.
Infelizmente para medir a E.S.R. somente com equipamentos especiais. Ainda não temos este tipo de equipamento produzido no Brasil, somente o importado e com alto custo. Ele induz no capacitor uma frequência senoidal de 100 khz que produz uma impedância que é a soma vetorial da reatância capacitiva com a E.S.R. que após descontos lhe mostra a E.S.R., por isso o capacimetro neste caso não é confiável, pois ele funciona apenas com baixa frequência.
Vamos tirar, por exemplo, o meu capacímetro: Minipa MC-152 a frequência da faixa de teste de capacitores de placa mãe é de 8Hz, deste modo nem perco o meu tempo tentando aferir a E.S.R. uso somente para aferir capacitância.
Eu sempre recomendo é a troca de todos os capacitores eletrolíticos em caso de suspeita de E.S.R. alta.
Porque eles Causam Tantos Problemas?

Os capacitores eletrolíticos são comumente utilizados em circuitos de regulação de tensão e como o componente mais exigente é o processador é o local aonde tem mais capacitores, por ser um componente exigente e com uma frequência de operação alta é aonde temos mais problemas, pois a perca de capacitância, estufamento ou E.S.R. elevada causam instabilidades (ruídos na linha de alimentação, aumento do tempo de resposta devido a E.S.R., etc.
Hoje em dia temos placas mães com os novos capacitores sólidos (Conductive Polymer Aluminum) que prometem acabar com os problemas apresentados pelos eletrolíticos:
Medidor de ESR
O QUE É “ESR” ?

ESR (Equivalent Series Resistance) ou Resistência Equivalente em Série é um parâmetro importante em todo capacitor, a ESR representa a resistência resultante da combinação dos terminais, conexões internas, placas, dielétrico e eletrólito (no caso de capacitores eletrolíticos).

Representação gráfica de um capacitor eletrolítico e sua ESR.

O aumento da ESR afeta a performance de circuitos sintonizados, fontes chaveadas, circuitos de deflexão, circuitos amplificadores de vídeo, etc.
A ESR de um capacitor eletrolítico deve ser baixa, mas devido a fatores como qualidade, idade, construção e temperatura de operação a ESR pode subir para valores indesejáveis.

Já percebeu como alguns capacitores eletrolíticos esquentam?
O motivo, isso é provocado pela corrente elétrica que atravessa a ESR já com valores inaceitáveis.

COMO A “ESR” PODE SER MEDIDA?

Com um medidor de ESR, que é um ohmímetro (portanto os valores são lidos em Ohms) que usa corrente alternada (todo o capacitor “reage” à corrente alternada) em suas medições. Note que o ohmímetro que há em sua bancada usa corrente contínua para medir os resistores.

QUAL A UTILIDADE DE UM MEDIDOR DE ESR?

Um típico capacímetro mede a capacidade do capacitor sob teste e só, porém há um detalhe muito importante, a ESR de um capacitor pode aumentar muito sem afetar o seu valor quando medido em um capacímetro.
Para testar um capacitor com um capacímetro você deve retirá-lo do circuito, você sabe a quantidade de capacitores que há em uma placa de um monitor ou outro equipamento semelhante, e você também sabe o trabalho que é dessoldar, medir e ressoldar vários capacitores.
Com um medidor de ESR você pode testar os capacitores sem retirá-los do circuito, poupando trabalho e tempo.

TESTE DE CAPACITORES NO CIRCUITO, COMO?

Para ser possível o teste de capacitores no circuito o ESR_CAP METER (medidor de esr) usa um sinal de 100 KHz (100.000 Hertz) com uma amplitude de 100 mV (0.1 Volts), para que semicondutores conduzam são necessários 600 mV para silício, para germânio são necessários 200 mV, portanto semicondutores em boas condições não irão interferir nas medidas de “ESR”.

COMO DEVO INTERPRETAR AS LEITURAS DO MEDIDOR DE ESR?

Podemos usar uma regra muito simples:
* capacitores de 1uF aceitaremos a sua ESR até 20 Ohms (dependendo da voltagem).
* capacitores de 2,2uF aceitaremos a sua ESR até 15 Ohms (dependendo da voltagem).
* capacitores de 4,7uF aceitaremos a sua ESR até 10 Ohms (dependendo da voltagem).
* capacitores de 10uF aceitaremos a sua ESR até 5 Ohms (dependendo da voltagem).
* capacitores de 22uF aceitaremos a sua ESR até 3 Ohms (dependendo da voltagem).

Estes capacitores em sua maioria são usados em filtragem e acoplamento/desacoplamento de sinais com pequenas correntes, ou seja, a ESR terá pouca influência sobre a corrente que atravessa o capacitor.
Se o capacitor for usado em circuitos para diminuir/eliminar o “ripple”, como é o caso dos capacitores de 47uF/250V de filtro do +B do “flyback” de um monitor de vídeo, seria bom pensarmos em uma ESR de cerca de 2 Ohm.
Capacitores maiores que 47uF deverão ter uma ESR entre 1 Ohm e 0,01 Ohm (dependendo da voltagem).
Caso o capacitor medido esteja fora dos limites acima citados, troque-o!

Capacitores sólidos não possuem os problemas apresentados pelos eletrolíticos e possuem uma vida útil muito mais longa.

Após lançamento do medidor de ESRf icou muito mais fácil.