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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Estudo do efeito da temperatura na eficiência de baterias usadas em veículos elétricos TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Cristóvão Colombo Santa Maria, RS, Brasil 2009

TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

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Page 1: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

CENTRO DE TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

Estudo do efeito da temperatura na eficiência de

baterias usadas em veículos elétricos

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

Cristóvão Colombo

Santa Maria, RS, Brasil 2009

Page 2: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

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Estudo do efeito da temperatura na eficiência de

baterias usadas em veículos elétricos

por

Cristóvão Colombo

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica, Centro de Tecnologia, da Universidade Federal de Santa Maria

(UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de

Engenheiro Eletricista.

Orientador: Luiz Antônio Righi

Santa Maria, RS, Brasil

2009

Page 3: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

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Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia

Curso de Engenharia Elétrica

A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de Curso

Estudo do efeito da temperatura na eficiência de baterias usadas em veículos elétricos

elaborado por Cristóvão Colombo

como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista

COMISSÃO EXAMINADORA:

Luiz Antônio Righi, Prof. (Orientador)

Luiz Carlos de Souza Marques, Prof. (UFSM) (Coordenador)

Luiz Alberto Machado, Prof. (UFSM)

Santa Maria, 07 de julho de 2009.

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AGRADECIMENTOS

Agradeço em especial a minha mãe e a minha namorada pelo apoio e carinho, e

por compreenderem meu esforço nesta empreitada, pessoas que com certeza são

muito importantes na minha vida e porque sem esta ajuda especial nada seria possível.

Agradeço ao Professor Luiz Antônio Righi, por ter aceitado ser meu orientador e

pela sua total atenção e dedicação no desenvolvimento deste trabalho.

Page 5: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

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RESUMO

Trabalho de Conclusão de Curso

Centro de Tecnologia

Universidade Federal de Santa Maria

Estudo da eficiência de baterias com o número de cargas e

descargas com variação de temperatura

Autor: CRISTÓVÃO COLOMBO

Orientador: Prof. Luiz Antônio Righi, Dr.

Data e Local da Defesa: Santa Maria, 07 de julho de 2009.

Este trabalho apresenta um estudo da eficiência de baterias com a variação de

temperatura, onde são feitas séries de cargas e descargas em laboratório.

Primeiramente é abordado um estudo sobre baterias como: histórico da bateria,

capacidade, vida útil, tipos, manutenção, armazenagem, aplicações, efeito da

temperatura, entre outros; foi realizada a aplicação dos estudos em laboratório e a

implementação dos resultados no veículo elétrico que participa da Maratona de

Eficiência Energética.

Palavras - chave: Eficiência de Baterias.

Page 6: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

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ABSTRACT

Work of Conclusion Course

Centro de Tecnologia

Universidade Federal de Santa Maria

Study of the efficiency of batteries with the number of loading

and unloading with a variation of temperature

AUTHOR: CRISTÓVÃO COLOMBO

ADVISOR: Luiz Antônio Righi

Date and place of defense: Santa Maria, July 07, 2009.

This work presents a study on the efficiency of batteries with changes in

temperature, where are made a series of charges and discharges in the laboratory. First

is discussed a study on batteries: history of the battery, capacity, life, types,

maintenance, storage and applications. We performed studies in the application of

laboratory results and the implementation of the electric vehicle that participates in the

Energy Efficiency Marathon.

Keywords: Efficiency of Batteries

Page 7: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................8

2. PROJETO EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE SANTA MARIA - BAMBUZINHO.............9

2.1 SOBRE A MARATONA DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA............................................. 10

3. BATERIAS..................................................................................................................11

3.1. BATERIAS PRIMÁRIAS.................................................................................................. 14

3.2. BATERIAS SECUNDÁRIAS............................................................................................ 14

3.3. HISTÓRIA DA BATERIA ................................................................................................ 14

3.4. FUNCIONAMENTO DA BATERIA AUTOMOTIVA .................................................... 16

3.5. TIPOS DE BATERIAS ...................................................................................................... 19

3.5.1. NÍQUEL CÁDMIO (Ni-Cad)...................................................................................... 19

3.5.2. NÍQUEL METAL HIDRETO (NiMH)....................................................................... 20

3.5.3. LÍTIO ION (Li – Íon) .................................................................................................. 21

3.5.4. ZINCO AR (Zn-ar)...................................................................................................... 23

3.5.5. CÉLULAS DE COMBUSTÍVEL ............................................................................... 24

3.5.6. CHUMBO ÁCIDO (Lead Acid).................................................................................. 25

3.5.6.1. RESISTÊNCIA INTERNA...................................................................................... 26

3.5.6.2. RENDIMENTO DA BATERIA............................................................................... 27

3.6. APLICAÇÕES E VALORES............................................................................................. 28

3.7. CAPACIDADE DAS BATERIAS..................................................................................... 29

3.8. ARMAZENAGEM DA BATERIA ................................................................................... 30

3.9. MANUTENÇÃO DAS BATERIAS .................................................................................. 32

3.9.1. DICAS DE MANUTENÇÃO ..................................................................................... 33

3.10. VIDA ÚTIL DA BATERIA............................................................................................. 34

3.10.1. DICAS PARA AUMENTAR A VIDA ÚTIL........................................................... 34

3.10.2. EFEITOS DA TEMPERATURA NA LONGEVIDADE DAS BATERIAS............ 36

3.11. RECICLAGEM DE BATERIAS ..................................................................................... 37

3.11.1. BATERIAS E A SAÚDE.......................................................................................... 37

3.11.2. SEM AGRESSÕES AO MEIO AMBIENTE ........................................................... 38

3.11.3. TRATAMENTO ESPECIAL.................................................................................... 39

3.11.4. ARTIGOS EM DESTAQUE DAS RESOLUÇÕES CONAMA 257 E 263............. 40

3.11.5. PILHAS E BATERIAS DESTINADAS AO LIXO DOMÉSTICO ......................... 42

3.11.6. PILHAS E BATERIAS DESTINADAS AO RECOLHIMENTO............................ 43

3.11.7. MÉTODOS DE RECICLAGEM .............................................................................. 43

4. DESENVOLVIMENTO PRÁTICO...............................................................................45

4.1. CARGAS DA BATERIA................................................................................................... 45

4.2. DESCARGAS DA BATERIA ........................................................................................... 47

6. CONCLUSÃO.............................................................................................................61

7. BIBLIOGRAFIA ..........................................................................................................62

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1. INTRODUÇÃO

O presente TCC pretende mostrar um item que é de extrema importância para os

carros elétricos, a bateria. A idéia de um estudo sobre baterias surgiu após dois anos

participando da Maratona de Eficiência Energética em São Paulo, onde durante a

viajem para a competição chegou-se à conversa sobre baterias, e de como elas

funcionariam variando a temperatura de trabalho das mesmas, foi então o começo de

um grande estudo sobre baterias.

O estudo desenvolveu-se primeiramente em conhecer as baterias, começando

desde um estudo da sua história, capacidade, vida útil, tipos, armazenagem,

funcionamento, manutenção, influencia da temperatura e por fim, mas de suma

importância, o processo de reciclagem e os danos causados pelas baterias ao meio

ambiente.

Após o conhecimento dos aspectos citados acima, foram realizados vários testes

de carga e descarga com baterias, para que assim se chegasse a um resultado claro, e

então aplicá-lo no carro elétrico que irá para a competição em 2009, pois o objetivo de

colocar um carro na competição é sempre a vitória.

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2. PROJETO EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE SANTA MARIA -

BAMBUZINHO

A Equipe de Eficiência Energética de Santa Maria (EESM - Bambuzinho)

começou seu trabalho em setembro de 2007. O objetivo principal da EESM é a

educação, formando e capacitando pessoal para trabalhar nas mais diversas áreas, e

também produzir veículos mais eficientes para competições ligadas a esta área, como a

Maratona de Eficiência Energética, através de estudos e pesquisas, com o devido

conhecimento adquirido. A EESM conta com trabalhos realizados reconhecidos

nacionalmente, o que ocorreu com os projetos de carros elétricos eficientes, ganhando

a competição Maratona da Eficiência Energética nos anos de 2007 e 2008, e trazendo

três carros comerciais como prêmio para a universidade. Com isso pretende-se

aumentar a marca atual de 29,895 km com uma bateria de 12 V/6 Ah para mais de 40

km, o que significaria aproximação do Recorde mundial.

Os aspectos de construção dos veículos são abordados tanto em suas estruturas

mecânicas como elétricas, sendo de grande importância a análise estrutural do chassis

construído, dos materiais empregados e de sua forma de desenvolvimento. Na parte

elétrica é fundamental a analise das baterias, motores e sistemas de acionamento.

Outro aspecto de suma importância ao projeto é a análise sócio - histórica, já que

devido a suas características de utilização de sistemas e materiais não convencionais,

vai de encontro às grandes preocupações ambientais e ecológicas, o que é muito

discutido atualmente, devido aos problemas de aquecimento global, por isso EESM

hoje é composta por alunos da graduação de diversos cursos da UFSM e também

possui professores e colaboradores, todos com muito interesse no trabalho ligado à

eficiência energética e aproveitamento de materiais recicláveis, o que se deve à forte

preocupação que a equipe possui com questões ligadas à preservação do meio

ambiente.

Os projetos da EESM têm como objetivo, o melhor aproveitamento dos recursos

energéticos limpos, que causam pouco ou nenhum dano ao meio ambiente, e também

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demonstrar métodos de se obter energia de forma limpa, consciência ambiental e

trabalho em equipe.

A intenção destes projetos é, através dos meios de comunicação possíveis,

divulgar e mostrar para que a população métodos práticos e viáveis para que se crie

uma conscientização da importância do aproveitamento correto e mais eficiente

possível da energia elétrica, assim como formas simples de produzir uma fonte de

energia ou calor.

Também é realizada uma análise sobre as mudanças sofridas na indústria

automobilística, na busca de alternativas para os atuais sistemas propulsores dos

motores de combustão interna de forma a buscar uma maior eficiência das fontes

primárias de energia. Desta forma busca-se utilização de novos combustíveis e no uso

combinado de diferentes formas de sistemas de propulsão elétrico.

2.1 SOBRE A MARATONA DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

Todo ano é realizada uma edição da Maratona da Eficiência Energética no Brasil,

aonde em 2009 será realizada a sexta edição, inspirada na Shell Eco Marathon que é

realizada na Europa desde os anos 80 e que tem o objetivo de incentivar o

aprimoramento de técnicas para maximizar o desempenho no uso de formas de

energia.

No Brasil a competição busca aprimorar o desenvolvimento acadêmico dos

universitários, incentivando a geração de conhecimento, desenvolvimento criativo e a

interação com o setor industrial. O desafio é proposto em duas categorias: elétrico e

gasolina.

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3. BATERIAS

Denomina-se bateria ou acumulador, um material eletroquímico de corrente, que

possui a propriedade de acumular energia sob a forma química, e posteriormente a

convertem em energia elétrica. Para que esse processo funcione de forma adequada, a

qualidade dos componentes utilizados nas baterias, bem como a qualidade do seu

processo de fabricação, são fatores extremamente relevantes.

Nos automóveis ela serve para dar partida, fornecer energia para iluminação

externa e interna e manter os "sistemas elétricos e eletrônicos" ativos enquanto o

veículo não estiver em funcionamento.

As baterias automotivas são classificadas como baterias secundárias de anodo

ácido sulfídrico, as quais podem ser recarregadas diversas vezes ao contrário das

primárias que só podem receber uma única carga inicial. O esquema da bateria

automotiva é apresentado a seguir:

Figura 1 - ESQUEMA DE BATERIA AUTOMOTIVA

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A bateria automotiva comum (12 V/ 6 Ah) possui a seguinte composição típica:

Elementos %

PB 71,2

SO4 18,1

Sb 0,3

Ca 0,4

SiO2 0,14

As <0,04

Sn <0,1

Tabela 1 - COMPOSIÇÃO TÍPICA DE BATERIA AUTOMOTIVA

Qualquer que seja a estrutura das baterias ou acumuladores, estes podem ser

produzidos em material plástico ou em ebonite, muito embora no Brasil a bateria

fabricada de ebonite encontre-se em desuso. Os eletrodos em forma de placas são

recobertos por uma pasta de óxidos de chumbo de cor esverdeada, a matéria ativa da

bateria. Em seguida, são imersos em uma solução eletrolítica de ácido sulfúrico

(H2SO4) com densidade de 1,1 g/cm3, para só então ser encaminhada ao processo

denominado “formação”. Processo de formação caracteriza-se por conferir certa carga

elétrica mínima à bateria.

Qualquer bateria de automóvel (selada ou não) produz gases quando está sendo

utilizada. Se os gases fossem retidos dentro da bateria, com o tempo o aumento de

pressão faria a bateria explodir, sendo que o termo "selada" é utilizado de forma

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exagerada, uma vez que nenhuma bateria é completamente fechada, pois possui

respiro por onde escapam os gases.

Os principais processos de industrialização de baterias automotivas constituem-

se das seguintes etapas:

a) Fundição: processo industrial responsável pela produção das grades de sustentação

da pasta utilizada na bateria;

b) Empastação: processo no qual se produz o monóxido de chumbo (PbO), também

conhecido com litargírio, em um equipamento denominado moinho. A pasta produzida

será aplicada nas grades, as quais são encaminhadas ao processo de cura, depois de

empastadas, a uma temperatura de 30 a 35°C, por mais ou menos 24 horas, ficando

prontas para o processo de montagem.

c) Montagem e solda: as placas são agrupadas no equipamento denominado pente.

Depois de agrupadas nos pentes, as placas são soldadas umas nas outras e

acondicionadas em células individuais contidas nas caixas plásticas de baterias. Após a

montagem das baterias, elas são encaminhadas para extrusora que solda as células

umas nas outras. Em seguida, a bateria é encaminhada para a seladora que fecha as

unidades com tampa plástica, a altas temperaturas. A bateria passa por um teste de

curto-circuito, e então está pronta para ser cheia com solução de ácido sulfúrico;

d) Carga das baterias: neste momento promove-se o embasamento das baterias com

solução de ácido sulfúrico. A concentração de ácido sulfúrico varia de fabricante para

fabricante;

e) Limpeza e embalagem: nesse momento as baterias passam por um período de cura

para resfriamento, são testadas a sua carga e densidade, seus vasos são fechados e,

por fim, são limpas e recebem o adesivo plástico do fabricante;

f) Expedição.

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3.1. BATERIAS PRIMÁRIAS

São aquelas construídas de tal maneira que somente podem fornecer uma única

vez uma corrente contínua ou intermitente. Exemplos de baterias primárias incluem

baterias usadas em “flashs”, em brinquedos, rádios, gravadores de mão. Incluem as

baterias Ácidas, Alcalinas e a mercúrio. Este tipo de bateria é usualmente chamado de

“pilha”, ainda que existam pilhas recarregáveis, consideradas como baterias

secundárias.

3.2. BATERIAS SECUNDÁRIAS

São construídas de tal maneira que podem ser descarregas e recarregadas até

quase seu estado original, sendo o processo de carga o inverso do processo de

descarga. Este processo é, portanto, reversível. A mais usada são as baterias chumbo-

ácidas (em automóveis, luz de emergência, no-breaks, etc...) que possuem placas de

chumbo e de dióxiodo de chumbo, imersas num eletrólito a base de ácido sulfúrico.

Este tipo de bateria é usualmente chamado de “acumulador”.

Há uma grande variedade de tipos de baterias, variando no tipo de eletrólito e na

composição das placas positiva e negativa. Para cada aplicação existe um tipo ideal de

bateria, e há uma busca no meio científico para encontrar a bateria ideal (sem perdas,

baixa manutenção, grande capacidade de corrente e alto tempo de descarga

constante).

3.3. HISTÓRIA DA BATERIA

Em 1800, o italiano Alessandro Volta inaugurou uma nova era na geração de

eletricidade ao inventar a pilha elétrica constituída por chapas de cobre e zinco

separadas por discos de feltro embebidos em ácido sulfúrico diluído. Enquanto os

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primeiros geradores transformavam energia mecânica em elétrica, a pilha utilizava a

energia química.

A pilha de Volta tem dois elétrodos sólidos mergulhados num líquido, chamado

eletrólito. O líquido é ácido sulfúrico em solução aquosa. Nestas condições, desfaz-se a

ligação iônica das moléculas de ácido sulfúrico H2 SO4, que se dissociam em dois tipos

de íons, o hidrogênio H+ e o sulfato SO4-. Estes últimos combinam-se com o zinco que

constitui um dos elétrodos, originando sulfato de zinco Zn SO4 e libertando dois elétrons

por cada molécula. São estes elétrons que constituem a eletricidade gerada e o

elétrodo de zinco é o elétrodo negativo. No outro elétrodo (positivo) liberta-se

hidrogênio. A força eletromotriz entre os dois elétrodos é cerca de 1 Volt (nome dado

em homenagem a Volta).

Depois desta primeira pilha muitas outras surgiram e continuam a surgir,

procurando melhorar o funcionamento ou se adaptar a novas necessidades.

O primeiro acumulador chamado de Planté era constituído por um eletrólito de

ácido sulfúrico diluído e os elétrodos eram duas placas de chumbo, estrutura que ainda

hoje se mantém. A força eletromotriz deste acumulador, também chamado de chumbo

ou ácido, é de 2 V.

O grande inventor Thomas Edison também criou o seu acumulador, chamado de

níquel-ferro (ou NiFe), do nome dos metais constituintes dos elétrodos, sendo o

eletrólito alcalino, constituído por uma solução aquosa de hidróxido de potássio. A força

eletromotriz deste acumulador é de 1,2 V.

Outro tipo de acumulador semelhante ao de Edison é o acumulador de níquel-

cádmio (ou NiCad). A diferença entre os dois é nos elétrodos, que são agora de

hidróxido de níquel e hidróxido de cádmio. Estes dois tipos de acumuladores são

chamados de alcalinos. Os acumuladores alcalinos são mais robustos e leves que os

ácidos, mas estes têm uma força eletromotriz mais estável durante a descarga.

Os acumuladores de chumbo e os de níquel-cádmio têm larga utilização hoje em

dia. Algumas aplicações são fixas, como acontece nas centrais telefônicas públicas e

as baterias, de grande capacidade, dizem-se estacionárias.

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3.4. FUNCIONAMENTO DA BATERIA AUTOMOTIVA

Uma bateria é essencialmente uma lata cheia de químicos que produz elétrons.

As reações químicas que produzem elétrons são chamadas de reações eletroquímicas,

que dentro da bateria produzem os elétrons. A velocidade da produção de elétrons por

estas reações químicas depende da resistência interna, controlando assim quantos

elétrons podem fluir entre os terminais.

Foi por volta de 1912 que surgiu a ignição por bateria, e os novos veículos

registravam grandes melhorias e passavam a vir equipados com a partida elétrica tendo

uma fonte de energia (bateria) e uma fonte de produção de corrente (dínamo ou

alternador), sendo a luz alimentada pelo próprio sistema elétrico. Este conceito aplica-

se até os dias de hoje.

As baterias automotivas ainda que utilizem a tradicional tecnologia chumbo-

ácido, sofreram desde sua concepção inicial diversas mudanças. Inicialmente

fabricadas com liga de Antimônio, eram adequadas aos veículos antigos, onde os

equipamentos elétricos e eletrônicos eram quase inexistentes. A maioria de limitava à

utilização de apenas um rádio.

Hoje, com a modernização dos automóveis, a quantidade de equipamentos

elétricos, especialmente os de gerenciamento eletrônico, é grande, mesmo em veículos

populares.

Outro fator que sofreu uma importante mudança foi à posição da bateria com

relação ao motor e conseqüentemente sua temperatura de trabalho.

Quando nos veículos de até uma década atrás, a temperatura de trabalho de

uma bateria não ultrapassava os 50ºC, hoje, é comum encontrarmos baterias

trabalhando a temperaturas ao redor de 90ºC, um verdadeiro desafio para um produto,

cujo funcionamento é essencialmente químico, e como tal, extremamente dependente

da temperatura em que se encontra.

Mundialmente, muitas pesquisas foram desenvolvidas, procurando ao mesmo

tempo ultrapassar as dificuldades decorrentes das mudanças na aplicação e utilização

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das baterias, bem como torná-las livre de manutenção, esta última, uma característica

sempre solicitada pelo mercado desde os primórdios da utilização de baterias em

veículos automotores.

A bateria ou acumulador atualmente fornece ao veiculo 12 volts e é constituída

por 6 células e cada célula é composta por duas placas, que são mergulhadas em um

eletrólito, que é o ácido sulfúrico (H2 SO4).

As placas são:

- uma de peróxido de chumbo (PbO2) ou positiva

- e outra de chumbo puro (Pb) ou negativa

As reações que ocorrem em cada placa são mostradas abaixo:

Placa positiva

−+++→+ eHPbOOHPb 42 22

0

−−++→ eOHOOH 22

12 22

Placa negativa

)()( 00 esponjosoPbmaciçoPb →

222 HeH =+−+

E as reações das correspondentes placas são:

Placa positiva

OHPbSOeHSOHPbO 2442 223 +⇔+++−−

Placa Negativa

−+++⇔+ eHPbSOHSOesponjosoPb 2)( 44

0

Reação Geral

OHPbSOHSOHPbOPb 2442 2222º +⇔++++

Page 18: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

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Cada célula produz uma tensão de 2,1 volts. Quanto mais puro o chumbo destas

placas maior será a durabilidade e qualidade da bateria. No Brasil se vê o uso de

chumbo reciclado o que faz com que a qualidade e durabilidade da bateria diminuam.

Quando se faz passar corrente pela célula, o chumbo metálico da chapa

positiva é convertido em peróxido de chumbo, enquanto que a chapa negativa não sofre

alterações químicas, mas modifica-se de chumbo maciço para chumbo esponjoso, mais

macio e mais poroso que o chumbo metálico comum.

Quando a célula é descarregada, o peróxido de chumbo da placa positiva

transforma-se em sulfato de chumbo, e o chumbo esponjoso da placa negativa também

se converte em sulfato de modo que ambas as placas tendem a igualar-se

eletroquimicamente e sendo idênticas do ponto de vista eletroquímico, isto é,

encontrando-se ambas sob a forma de sulfato de chumbo, não há diferença de

potencial entre as mesmas.

Se, entretanto, pela ação da corrente de carga, a placa positiva modifica-se

para peróxido e a negativa para chumbo esponjoso, passa a existir uma força

eletromotriz (f.e.m.) entre as mesmas, e fechando-se o circuito elétrico, a célula pode

fornecer corrente elétrica até que o potencial elétrico entre as duas placas se iguale.

Uma célula de estocagem ideal deve possuir baixa resistência elétrica, deve ter

uma construção simples e resistente, ser durável e produtível a um baixo custo.

O sistema de chumbo-ácido é de uso universal, o que se justifica pelas seguintes

vantagens: ele não sofre efeitos de deterioração química, apresenta uma transformação

quase reversível da energia química em energia elétrica e vice-versa, baixa resistência

interna e baixo custo dos constituintes, grande capacidade de recuperação sob várias

centenas de ciclos de carga e descarga, flexibilidade de desempenho sob uma intensa

gama de variações de razão de descarga e temperatura e boas características de

estocagem de energia em estados de carga seca.

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3.5. TIPOS DE BATERIAS

Os avanços na área das baterias são muito mais lentos e incrementais, de forma

que qualquer nova tecnologia é comemorada. Abaixo estão às principais tecnologias.

3.5.1. NÍQUEL CÁDMIO (Ni-Cad)

As baterias Ni-Cad ficam no meio do caminho entre a alta densidade energética

das baterias Li-ion e a ineficiência das baterias de chumbo ácido. Por serem

relativamente baratas, elas foram utilizadas em todo tipo de notebooks e aparelhos

portáteis em geral ao longo da década de 1990.

A principal característica das baterias Ni-Cad é o temível efeito memória, que

ocorre quando a bateria recebe uma seqüência de cargas parciais, logo passa a

armazenar cada vez menos energia, até que é virtualmente inutilizada. Isso acontece

porque as baterias Ni-Cad são compostas por cristais microscópicos, desenvolvidos

para proporcionar uma maior área de contato, o problema é que depois de algumas

cargas parciais, os cristais começam a se juntar, formando cristais maiores. Quanto

maiores os cristais, menor é a área de contato e menos energia a bateria é capaz de

armazenar.

É possível quebrar os cristais "exercitando" a bateria, através de uma série de

ciclos de carga e descarga completa. Alguns carregadores utilizam pulsos de recarga,

onde a tensão aplicada varia em ciclos de menos de um segundo. Estes pulsos ajudam

a quebrar os cristais, acelerando o processo de recondicionamento. Outra técnica é

fazer uma deep discharge, ou seja, uma "descarga profunda", onde a tensão das

células é reduzida a um valor muito abaixo do normal, processo seguido por uma

recarga completa.

Uma bateria Ni-Cad bem conservada e exercitada periodicamente pode

proporcionar de 1000 a 1500 ciclos de carga e descarga, o que é muito mais do que

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uma bateria Li-ion atual suporta. Entretanto, devido ao efeito memória, a maioria das

baterias acabam sendo descartadas muito antes.

Um segundo problema é que o cádmio usado nas baterias é extremamente

tóxico. Conforme as baterias Ni-Cad cresciam em popularidade, maiores eram os

estragos ambientais, o que acelerou sua substituição pelas baterias Ni-MH e Li-ion.

Figura 2 - BATERIA NÍQUEL CÁDMIO

3.5.2. NÍQUEL METAL HIDRETO (NiMH)

Desenvolvidas a partir da década de 1970 e aperfeiçoadas ao longo da década

de 1980, as baterias Ni-MH são uma evolução direta das Ni-Cad. Elas também utilizam

o níquel como matéria prima básica, mas o cádmio é substituído por uma liga de metais

não tóxicos, amenizando a questão ambiental.

Naturalmente, as Ni-MH também possuem seus méritos técnicos, pois possuem

uma densidade energética cerca de 40% superior à das baterias Ni-Cad; ou seja, um

notebook que tem 1:30 horas de autonomia utilizando uma bateria Ni-Cad, teria mais de

2:00 horas caso fosse utilizada uma bateria Ni-MH de dimensões similares, e também já

que a realização de um ciclo completo de carga e descarga é normalmente suficiente

para reverter os danos causados por algumas recargas parciais. Por outro lado, as

baterias Ni-MH são um pouco mais caras de se produzir e suportam bem menos ciclos

de recarga.

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Enquanto uma bateria Ni-Cad suporta mais de 1000 ciclos, uma bateria Ni-NH já

apresenta sinais de envelhecimento após menos de 300 ciclos completos, chegando ao

final de sua vida útil depois de cerca de 400 ciclos. Neste ponto, não existe muito que

fazer a não ser trocar as células.

E quando é falado em células, um ponto que facilitou a migração das baterias Ni-

Cad para as Ni-MH é que ambas utilizam células de 1.2V. Isso permitiu que as Ni-MH

substituíssem diretamente as antecessoras, sendo produzidas nos mesmos formatos e

utilizando os mesmos carregadores.

Embora as Ni-Cad tenham entrado em desuso, sobrevivendo apenas em alguns

nichos, as Ni-MH ainda são as mais utilizadas em pilhas recarregáveis, baterias para

telefones sem fio e outras áreas "menos nobres". Nos notebooks, palmtops e celulares,

elas foram quase que completamente substituídas pelas Li-ion, que são o próximo

passo da cadeia evolutiva.

Figura 3 - BATERIA NÍQUEL METAL HIDRETO

3.5.3. LÍTIO ION (Li – Íon)

As baterias Li-ion são o padrão atual. Elas são de longe mais complexas e

temperamentais que as Ni-Cad e Ni-MH, mas, em compensação, possuem uma

densidade energética de duas a três vezes maior que as baterias Ni-MH (considerando

duas baterias do mesmo peso), variando de acordo com a técnica de fabricação

utilizada.

Page 22: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

22

Outra vantagem é que elas não possuem efeito memória. Pelo contrário,

descarregar a bateria completamente antes de carregar acaba servindo apenas para

desperdiçar um ciclo de carga/descarga, tendo um efeito oposto do esperado.

As baterias Li-Ion são uma tecnologia relativamente recente. Os primeiros testes

foram feitos na década de 70, utilizando o lítio na forma de metal, com resultados quase

sempre catastróficos. O lítio é um material muito instável e por isso as baterias

explodiam, destruindo os equipamentos e até ferindo os operadores. Durante a década

de 80, as pesquisas se concentraram no uso de íons de lítio, uma forma bem mais

estável. Em 1991 a Sony lançou as primeiras baterias comercias.

As células de baterias Li-ion são bastante instáveis, e podem vazar ou explodir

se aquecidas a temperaturas superiores a 60 graus, ou caso sejam carregadas além de

seu limite energético. Outro problema é que as células oxidam rapidamente caso

completamente descarregadas, o que demanda uma grande atenção.

Para tornar as baterias confiáveis, todas as baterias Li-Ion usadas

comercialmente possuem algum tipo de circuito inteligente, que monitora a carga da

bateria. Ele interrompe o carregamento quando a bateria atinge uma tensão limite e

interrompe o fornecimento quando a bateria está quase descarregada, a fim de evitar o

descarregamento completo. A obrigatoriedade do uso do chip é o principal motivo das

pilhas recarregáveis ainda serem todas Ni-MH ou Ni-Cad: seria muito dispendioso

incluir um chip em cada pilha (fora o fato das células Li-ion trabalharem a 3.6V).

Com melhorias nas ligas e processos de fabricação utilizados, a durabilidade das

baterias aumentou. Não é incomum que uma bateria Li-ion atual, conservada

adequadamente, dure 4 ou 5 anos e suporte 500 ciclos de recarga ou mais.

As baterias Li-ion se deterioram mais rapidamente quando completamente

carregadas ou quando descarregadas, por isso o ideal é deixar a bateria com cerca de

40 a 50% de carga quando for deixá-la sem uso. O calor acelera o processo, por isso,

quanto mais frio o ambiente, melhor.

Ao contrário das baterias Ni-Cad, que podem ser recuperadas de diversas

maneiras caso vitimadas pelo efeito memória, não existe muito que fazer com relação

às baterias Li-Ion. A única forma de ressuscitar uma bateria que chegou ao final de sua

Page 23: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

23

vida útil seria abrir e trocar as células, o que é complicado (já que as baterias são

seladas e é difícil adquirir as células separadamente) e além de ser perigoso, pois o lítio

dentro das células reage com o ar e as células podem explodir caso a polaridade seja

invertida.

Figura 4 - BATERIA LI-ION DE UM IBM THINKPAD DESMONTADA

3.5.4. ZINCO AR (Zn-ar)

As pilhas de zinco-ar são a mais recente tecnologia desenvolvida para o

armazenamento de energia. Este tipo de bateria funciona extraindo o oxigênio existente

no ar para reagir com o zinco e produzir eletricidade. Seu princípio de funcionamento é

semelhante ao das baterias alcalinas, que também possui zinco no seu interior reagindo

com o oxigênio para produzir energia. Porém, nestas baterias o oxigênio é fornecido por

um componente interno (dióxido de manganês), nas baterias do tipo zinco-ar, o

oxigênio vem da atmosfera, a bateria tem várias aberturas.

Existem dois tipos de baterias zinco-ar: as que podem ser recarregadas e as

descartáveis. Baterias deste tipo recarregáveis (onde células de zinco são substituídas)

são utilizadas em aplicações como veículos elétricos movidos a bateria. A grande

vantagem deste tipo de bateria é sua durabilidade.

Figura 5 – BATERIA DE ZINCO AR

Page 24: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

24

3.5.5. CÉLULAS DE COMBUSTÍVEL

As células de combustível produzem energia a partir da reação do hidrogênio

com o oxigênio do ar, gerando apenas água, eletricidade e calor como subprodutos.

A tecnologia de célula de combustível mais promissora para uso em portáteis é a

DMFC (Direct Methanol Fuel Cell), onde é utilizado metanol (um tipo de álcool

combustível, produzido a partir do gás natural). O metanol é, neste caso, utilizado como

um meio de armazenamento do hidrogênio, o que permite a construção de células

muito mais compactas do que seria se fosse utilizado hidrogênio pressurizado. Ao invés

de queimar o combustível, como faria um motor de combustão, a célula de combustível

combina o hidrogênio do metanol com oxigênio do ar, um processo bem mais seguro.

Desde 2003, a NEC, IBM, Toshiba e outros fabricantes vêm demonstrando

diversos protótipos de células de combustível destinadas a notebooks e palmtops. Na

maioria dos casos, as células de combustível são utilizadas como uma bateria

secundária, utilizada apenas quando a bateria interna se esgota.

Em um protótipo demonstrado pela IBM em 2003, uma carga de 130 ml com uma

mistura de metanol e água era capaz de gerar 72 watts-hora de energia, suficientes

para manter um Thinkpad ligado por 8 horas. Entretanto, os cartuchos de metanol eram

relativamente caros.

Existem dois tipos de células de combustível, as menores, que trabalham de

forma "passiva", onde o combustível flui de forma natural dentro da célula e as para

notebooks que utilizam um sistema "ativo", onde uma bomba força o metanol e o ar

dentro da célula e um exaustor resfria a célula, evitando que ela superaqueça. As

células ativas produzem muito mais energia, mas em compensação são muito maiores.

De qualquer forma, o principal atrativo das células de combustível é a boa

autonomia, combinada com a rapidez da recarga. Ao invés de precisar ligar o aparelho

no carregador, basta encher o reservatório periodicamente, de forma que, levando

metanol suficiente, você poderia manter o notebook ligado continuamente por semanas

em algum local remoto, sem eletricidade. A vida útil das células atuais é estimada em

Page 25: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

25

3.000 horas de uso, mas ela tente a aumentar nas próximas gerações. Apesar disso, o

futuro das células de combustível nos portáteis ainda é incerto. Atualmente, elas são

muito mais caras que as baterias, o que elimina qualquer vantagem relacionada ao

custo. Elas também são grandes, de forma que é mais simples utilizar uma bateria de

maior capacidade quando o problema é aumentar a autonomia. Naturalmente, as

células de combustível também não param de evoluir, com células mais eficientes,

baratas e compactas. Estima-se que em 2010 já existirão células baratas o suficiente

para começar a competir com as baterias Li-ion.

Figura 6 - RECARGA DE UM MP3PLAYER COM CÉLULA DE COMBUSTÍVEL

3.5.6. CHUMBO ÁCIDO (Lead Acid)

As baterias de chumbo ácido (lead acid) são compostas por um conjunto de

placas de chumbo e placas de dióxido de chumbo, mergulhadas numa solução de ácido

sulfúrico e água. Dentro da bateria ocorre uma reação controlada, onde o ácido

sulfúrico lentamente corrói as placas de chumbo, gerando sulfato de chumbo, água e

elétrons livres como subproduto, que é de onde surge a eletricidade fornecida pela

bateria.

Quando a bateria é carregada, os elétrons são devolvidos, fazendo com que o

sulfato de chumbo e a água transformem-se novamente em chumbo e ácido sulfúrico,

devolvendo a bateria a seu estado original.

Este é o tipo menos eficiente de bateria, com a pior relação peso/energia, mas

em compensação é a tecnologia mais barata, já que o chumbo é um dos metais mais

Page 26: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

26

baratos e o processo de fabricação é simples. Outro ponto positivo é que elas são

bastante duráveis e não possuem efeito memória, resistindo a um número muito grande

de ciclos de carga e descarga.

Cada uma das células de uma bateria de chumbo ácido provê 2.1 volts. Para

atingir os 12V, é preciso juntar 6 células. Na verdade, a tensão da bateria oscila entre

12.6V (quando completamente carregada) e 11.8V (quando descarregada).

Abaixo são listadas algumas das principais vantagens e desvantagens das

baterias chumbo ácido:

Vantagens: custo relativamente baixo, resistência a grandes variações de

temperatura e grande durabilidade.

Desvantagens: pesada, demora bastante tempo a ser carregada, descarrega-se

rapidamente, sofre uma diminuição (pequena, mas constante) de voltagem durante sua

utilização e não pode ser recarregada totalmente com tanta freqüência como os outros

tipos. A sua melhor utilização é esporádica, uma vez que este tipo de bateria é

desenhado para ser constantemente carregada e eventualmente descarregada.

3.5.6.1. RESISTÊNCIA INTERNA

A resistência interna de uma bateria é uma grandeza difícil de ser medida, sendo

afetada fortemente por fatores construtivos, temperatura, profundidade de descarga,

estado de carga, etc... A ordem de grandeza da resistência interna está entre 2.0 a 5.0

mW para uma célula de 50 A.h, e é variável no tempo em função da quantidade de

energia cedida à carga.

O modelo ideal é de uma resistência, indutância e de uma capacitância ligadas

em série. A impedância pode ser medida indiretamente pela leitura da corrente e da

tensão, sendo esta usada, muitas vezes, como parâmetro indicativo do estado de carga

de uma bateria.

Page 27: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

27

3.5.6.2. RENDIMENTO DA BATERIA

Define-se três maneiras de se quantificar o rendimento de uma bateria: em

tensão, em capacidade e em energia.

)arg(

)(

acVmed

descVmedRv =

Onde:

Rv - Rendimento em Tensão

Vmed(desc) = Tensão Média Durante a Descarga;

Vmed(carga) = Tensão Média Durante a Carga.

)arg(

)(

acAh

descAhRc =

Onde:

Rc = Rend. em Capacidade

Ah(desc) = A.h cedidos na descarga

Ah(carga) = A.h cedidos na carga

)arg(

)(Re

acWh

descWh=

Onde:

Re = Rend. em Energia

Wh (desc) = Watts-hora cedidos na descarga

Wh(carga) = Watts-hora absorvidos na carga

Page 28: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

28

3.6. APLICAÇÕES E VALORES

Atualmente não é possível mais viver sem energia elétrica, e todos os dias

usamos aparelhos que funcionam com baterias, mas não sabemos os tipos de baterias

usados em cada aparelho, então segue abaixo uma tabela com o tipo, onde são usadas

e valores comerciais dos principais tipos de baterias:

TIPOS USOS VALOR COMERCIAL(R$)

Níquel-Cádmio

Aparelhos eletrônicos, eletro portáteis sem fio, brinquedos, telefones celulares.

15 até 100

Lítio-Íon Computadores, telefones celulares, filmadoras. 50 até 300

Chumbo-Ácido Luz de emergência, fontes de energia, brinquedos,

vídeos, eletro portáteis, partida de automóveis 25 até 400

Zinco-Ar

Zinco-Carbono

Rádios, flash luminoso, brinquedos,

controle remoto, relógios. 0,50 até 50

Tabela 2 - COMPONENTES E APLICAÇÕES DAS BATERIAS

Page 29: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

29

3.7. CAPACIDADE DAS BATERIAS

A capacidade de armazenamento de energia de uma bateria é medida através

da multiplicação da corrente de descarga pelo tempo de autonomia, sendo dado em

Ampère - hora (1 Ah = 3600 Coulomb). A capacidade ou autonomia, no sistema,

depende de alguns fatores, tais como: corrente da carga instalada, número de bancos

de baterias, capacidade do banco (Ampère-hora), condição da capacidade da bateria

(se a mesma está em condições de fornecer 100% de sua capacidade).

Para o cálculo da autonomia do sistema, deve ser considerada a corrente do

consumidor e a autonomia da bateria, por exemplo: com uma bateria de 100 Ah e uma

corrente da carga de 10A temos a seguinte autonomia: hA

Ah10

10

100=

As baterias ditas 12V, por exemplo, devem operar de 13,8V (tensão a plena

carga), até 10,5V (tensão de corte), quando 100% de sua capacidade terá sido

utilizada, e é este o tempo que deve ser medido como autonomia da bateria.

Como o comportamento das baterias não é linear, isto é, quando maior a

corrente de descarga menor será a autonomia e a capacidade, logo, não é correto falar

em uma bateria de 100 Ah, e sim em uma bateria 100 Ah padrão de descarga 20 horas,

com tensão de corte 10,5V, o que também pode ser escrito como 100Ah C20

Vcorte=10,5V. Esta bateria permitirá descarga de 100 / 20 = 5A durante 20 horas,

quando a bateria irá atingir 10,5V.

Da mesma forma que se expressa à capacidade de uma bateria em Ampère-

hora (Ah), podemos expressar em Watt hora (Wh), que é a potência de descarga x

tempo.

A eficiência de uma bateria é diferente em taxas diferentes da descarga. Ao

descarregar-se em taxas baixas (correntes pequenas), a energia da bateria é entregue

mais eficientemente do que em taxas mais elevadas da descarga (correntes elevadas),

ou seja, a energia disponível é inversamente proporcional a corrente de descarga.

Page 30: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

30

Assim sendo, a densidade energética (Wh/Kg) decresce quando a densidade de

potência (W/kg) aumenta.

A tabela abaixo mostra uma diversidade de sistemas eletroquímicos

desenvolvidos para tração e algumas características.

Sistema Tensão por

célula

Ciclos de

vida útil

Temperatura

(Cº)

Densidade

Energética

(Wh/Kg)

Pb-H2SO4 2,10 200 – 300 10 – 40 30 – 40

Fe – ar 1,28 40 – 45 110

Ni – Zn 1,78 250 – 350 20 – 30 66 – 88

Ni – Fe 1,30 1500 20 – 30 44 – 65

Zn – ar 1,65 200 55 44

Tabela 3 - DIVERSIDADE DE SISTEMAS ELETROQUÍMICOS

3.8. ARMAZENAGEM DA BATERIA

As baterias são produtos perecíveis e começam a se deteriorar exatamente na

hora em que elas deixam a fábrica. Por essa razão, não é aconselhável estocar

baterias para uso futuro durante um longo tempo.

Elas devem ser mantidas em um local fresco e seco. Refrigeradores são

recomendados, mas congeladores devem ser evitados porque a maioria das químicas

das baterias não é adequada para armazenamento em temperaturas abaixo do ponto

de congelamento. Quando refrigerada, a bateria deve ser colocada em uma mala

plástica para protegê-la contra condensação.

A maioria das baterias é enviada com um estado de carga de 40%. Após seis

meses de armazenagem ou mais, uma bateria à base de Níquel precisa ser preparada

antes do uso. Uma carga lenta, seguida por um ou vários ciclos de carga/descarga, fará

essa preparação. Dependendo da duração do armazenamento e temperatura, a bateria

Page 31: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

31

pode requerer dois ou mais ciclos para readquirir desempenho total. Quanto maior a

temperatura de armazenamento, mais ciclos serão necessários.

A bateria de Lítio-Íon não gosta de armazenamento prolongado. Perda de

capacidade irreversível ocorre após 6 a 12 meses, especialmente se a bateria for

armazenada completamente cheia e em temperaturas mornas. A tabela a seguir mostra

a capacidade recuperável após armazenamento em diferentes níveis de carga e

temperaturas de armazenagem.

TEMPERATURA NÍVEL DE CARGA DE

40% (CARGA PARA

ARMAZENAMENTO)

NÍVEL DE CARGA DE

100% (CARGA PARA

USUÁRIO

0° C 98% após 1 ano 94% após 1 ano

25° C 96% após 1 ano 80% após 1 ano

40° C 85% após 1 ano 65% após 1 ano

60° C 75% após 1 ano 60% após 3 meses

Tabela 4 - CAPACIDADE RECUPERÁVEL APÓS ARMAZENAMENTO

A combinação de uma condição de carga completa e alta temperatura não pode

sempre ser evitada. Tal é o caso ao se manter uma bateria sobressalente no carro para

um telefone móvel. As químicas de NiMH e Lítio-Íon são as mais severamente afetadas

por armazenamento quente e operação.

A temperatura recomendada de armazenamento de uma bateria à base de Lítio

é de 15°C ou menos. Um nível de carga de 40% permite alguma autodescarga que

naturalmente ocorre; e 15°C é uma prática e econômica temperatura de

armazenamento que pode ser alcançada sem caros sistemas de controle de

temperatura.

Page 32: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

32

Enquanto a maioria das baterias recarregáveis não pode ser armazenada em

temperaturas de congelamento, algumas baterias comerciais de Lítio-Íon mais novas

podem ser mantidas a temperaturas de -40°C sem aparentes efeitos colaterais.

A bateria selada de Chumbo-Ácido pode ser armazenada por um ou dois anos,

mas deve ser mantida em uma condição carregada. Uma carga periódica de pico é

exigida, para prevenir que a tensão aberta da pilha caia para menos de 2,10V, mas

pode variar dependendo do fabricante.

Quando autodescarregada abaixo de um limiar de tensão crítico ocorre

sulfatação na maioria das baterias de Chumbo-Ácido.

A sulfatação é uma camada de oxidação na placa negativa que altera as

características de carga e descarga. Embora a ciclagem possa geralmente restaurar a

perda de capacidade, a bateria deve ser recarregada antes que a tensão aberta da

pilha caia abaixo de 2,10V. A bateria selada de Chumbo-Ácido não pode ser

armazenada abaixo das temperaturas de congelamento. Uma vez que o conjunto tenha

sido congelado, ele é permanentemente danificado e a sua vida de serviço é

drasticamente reduzida. Uma bateria previamente congelada apenas será capaz de

entregar um número limitado de ciclos.

3.9. MANUTENÇÃO DAS BATERIAS

Vários fatores, às vezes de pequena importância aparente, podem afetar ao

longo dos anos, o desempenho de um sistema de banco de baterias. A leitura de

tensão, corrente de flutuação, densidade e nível do eletrólito e temperatura, permite a

obtenção de informações a respeito do estado dos elementos da bateria.

Um relatório deve ser preenchido em todas as manutenções, para registro dos

dados colhidos e interpretação dos mesmos. Assim pode-se perceber se o sistema está

sofrendo algum problema através dos meses.

Page 33: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

33

A periodicidade da manutenção deve ser realizada levantando alguns critérios

como: demanda de energia, quantidade de baterias, idade das baterias. Porém o

convencional adotado é a manutenção mensal.

3.9.1. DICAS DE MANUTENÇÃO

Abaixo algumas orientações sobre procedimentos de manutenção preventiva em

baterias ácidas:

• Com o auxílio de um densímetro, deve-se retirar a leitura da densidade do eletrólito,

dos elementos.

• Os elementos possuem, na maioria das vezes, um orifício, que possui uma tampa,

para introdução dos densímetro. Quando a bateria não possuir este orifício, a

válvula do elemento deve ser removida para a realização da leitura.

• A prática de equalizar a densidade dos elementos, por intercambio de eletrólito é

prejudicial e não deve ser usada.

• Após o término das leituras dos elementos de um banco, antes de se realizar a

leitura de outro banco, deve-se lavar o densímetro, para que não haja contaminação

dos elementos.

Em baterias seladas, a leitura do eletrólito não é aplicada, pois a mesma possui

um gel pastoso, assim como a adição de água e leitura da temperatura dos elementos.

Através do processo de eletrólise (transformação da energia química em

elétrica), ocorre à diminuição da água dos elementos, que depende do número de

descargas da bateria. É evidente que ocorre uma evaporação da água, mas o consumo

de água está relacionado às reações químicas, assim o nível do eletrólito deve ser

sempre mantido entre os níveis máximo e mínimo indicados nas laterais dos vasos dos

elementos.

Page 34: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

34

3.10. VIDA ÚTIL DA BATERIA

As baterias estacionárias ventiladas possuem uma vida útil esperada de

aproximadamente 15 a 16 anos a uma temperatura de 25°C e de aproximadamente 12

anos a uma temperatura de 30°C. Considerando o fim da vida útil a 80% da capacidade

nominal.

Devemos observar que, ao contrário das baterias primárias (não recarregáveis),

as baterias recarregáveis não podem ser descarregadas até 0V, pois isto leva ao final

prematuro da vida da bateria. Na verdade elas têm um limite até onde podem ser

descarregadas, chamado de tensão de corte. Descarregar a bateria abaixo deste limite

reduz a vida útil da bateria.

3.10.1. DICAS PARA AUMENTAR A VIDA ÚTIL

• Fazer a manutenção correta da bateria.

• Ter certeza que os pólos e as garras da bateria estejam limpos. As pontas podem

ser limpas com uma escova de aço ou um produto para limpar contato.

• Ter certeza que sua bateria esteja instalada corretamente, Ex: as presilhas que

seguram a bateria no veículo devem estar bem presas impedindo que a bateria pule

ou vire de lado. Os solavancos que uma bateria recebe, especialmente quando

usadas em buracos, trilhas, irá consumir 6-8 meses da vida da bateria.

• Quando o veículo é deixado parado por longos períodos de tempo, em vez de ficar

ligando o veículo por 20 minutos 1 vez por semana, pode-se ligar um carregador de

bateria Inteligente, que evitará da bateria perder a capacidade de armazenamento e

prolongará a vida útil dela.

Page 35: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

35

• Evitar dar cargas em carregadores de auto elétrica, pois como eles têm sempre

vários clientes, não podem deixar a bateria carregando com a amperagem ideal,

forçando uma carga rápida, aquecendo as placas que ira perder em 10% o poder

de armazenamento da bateria.

• Evitar Fazer "chupetas" ou cabos de transferência, ou dar trancos no carro, pois

igualmente, o alternador é forte e quando a bateria esta bem fraca ele irá carregar

muito rápido a bateria, que também irá reduzir a vida da bateria. Este procedimento

só deve ser usado em emergência. Veículos que tem o alternador danificado, e o

motorista da tranco para pegar o carro (ou faz uma "chupeta") após umas 10 vezes,

mesmo ele arrumando o alternador provavelmente terá que trocar a bateria. Isto é

muito comum.

• Dar partidas curtas, entre 5 e 7 segundos.

• Não deixar luzes, rádio ou qualquer equipamento ligado quando o veículo não

estiver em funcionamento.

• Uma bateria descarregada pode ser identificada por dificuldade de partida, luzes

fracas, problemas causados por regulador de voltagem desregulado, correia frouxa

ou fio de terra solto.

• Lembrar-se de que a constatação de defeito só é possível com o uso de

equipamentos que testem todos os elementos da bateria.

• Não aceitar que testem sua bateria com cabos, fechando o curto-circuito entre os

pólos. Este procedimento, além de ser enganoso, pode prejudicar a bateria,

fazendo-a ferver, o que não caracteriza defeito.

• Fazer regularmente um check-up na parte elétrica de seu veículo.

• Ao instalar qualquer opcional elétrico não-original, verificar junto à rede autorizada

se é recomendável a substituição da bateria devido ao aumento da demanda

elétrica.

Page 36: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

36

3.10.2. EFEITOS DA TEMPERATURA NA LONGEVIDADE DAS BATERIAS

A tensão de saída da bateria aumenta com o aumento da temperatura, devido à

ocorrência de reações químicas que originam a redução da densidade do eletrólito. Por

outro lado, as altas temperaturas causam a destruição das placas e diminuem a vida

das baterias.

A baixa temperatura tem o efeito oposto, isto é, o ácido torna-se mais denso, o

que vai provocar uma descida da tensão.

A percentagem de descarga, causada pelo efeito da temperatura, na capacidade

das baterias é apresentada na tabela seguinte. Acima dos 20ºC, a capacidade das

baterias aumenta 4% em cada 10ºC. Abaixo dos 10ºC, a capacidade das baterias vai

descendo à medida que a temperatura desce, quando a temperatura atinge - 35ºC,

metade da capacidade das baterias é perdida.

Temperatura

°C 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40

Capacidade

% 112 108 104 100 94 86 78 67 56 45

Tabela 5 - CAPACIDADE VERSUS TEMPERATURA

Page 37: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

37

3.11. RECICLAGEM DE BATERIAS

Segundo o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) cerca de 1% do lixo urbano

é constituído por resíduos sólidos urbanos contendo elementos tóxicos. Esses resíduos

são provenientes de lâmpadas fluorescentes, termômetros, latas de inseticidas, pilhas,

baterias, latas de tinta, entre outros produtos que a população joga no lixo, pois não

sabe que se trata de resíduos perigosos contendo metais pesados ou elementos

tóxicos ou não tem alternativa para descartar esses resíduos.

As pilhas e baterias apresentam em sua composição metais considerados

perigosos à saúde humana e ao meio ambiente como mercúrio, chumbo, cobre, zinco,

cádmio, manganês, níquel e lítio. Dentre esses metais os que apresentam maior risco à

saúde são o chumbo, o mercúrio e o cádmio.

Uma maneira de reduzir o impacto ambiental do uso de pilhas e baterias é a

substituição de produtos antigos por novos que propiciem um maior tempo de uso,

como, por exemplo, o uso de pilhas alcalinas ou de baterias recarregáveis no lugar de

pilhas comuns. Também se pode eliminar ou diminuir a quantidade de metais pesados

na constituição das pilhas e baterias.

3.11.1. BATERIAS E A SAÚDE

Algumas substâncias que fazem parte da composição química das baterias são

potencialmente perigosas e podem afetar a saúde. Especificamente, o chumbo, o

cádmio e o mercúrio.

Metais como o chumbo podem provocar doenças neurológicas, o cádmio e o

mercúrio afetam a condição motora. É evidente que este assunto está em permanente

pesquisa e a presença destes produtos está sendo reduzida.

Page 38: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

38

No entanto, não há ocorrência registrada de contaminação ou prejuízo à saúde.

Também não há registro de ocorrência de qualquer dano causado ao meio ambiente

decorrente da deposição de pilhas em lixões.

Hoje elas já estão atendendo as exigências do artigo 6º da Resolução 257 do

CONAMA que estabelece os níveis máximos dessas substâncias em cada pilha/bateria.

3.11.2. SEM AGRESSÕES AO MEIO AMBIENTE

No que depender das indústrias de pilhas e baterias representadas pela ABINEE

- Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica, o meio ambiente no Brasil

estará protegido. Essas empresas investiram em pesquisa e tecnologia e reduziram a

quantidade de metais potencialmente perigosos na maioria dos seus produtos. No caso

das pilhas e baterias, cuja composição ainda não atenda a legislação, os fabricantes e

importadores estão definindo a estratégia de recolhimento do produto esgotado, desde

julho de 2000. Com tais iniciativas, são atendidas as exigências do CONAMA -

Conselho Nacional do Meio Ambiente, nas Resoluções 257/99 e 263/99.

Desde agosto de 1997, as indústrias de pilhas e baterias filiadas à ABINEE têm

participado de diversas reuniões com órgãos governamentais (nos âmbitos municipal,

estadual e federal), entidades civis e organismos não governamentais para discutir a

questão da reciclagem, reutilização e disposição final de pilhas e baterias.

O resultado do amplo debate que incluiu diferentes setores da sociedade é a

Resolução 257 publicada pelo CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente, em 22

de julho de 1999. Essa regulamentação, complementada em 22 de dezembro de 1999

pela Resolução 263, estabeleceu duas referências que limitam a quantidade de metais

potencialmente perigosos usados na composição dos produtos. A primeira está em

vigor desde janeiro de 2000 e a segunda foi validada a partir de janeiro de 2001.

As pilhas comuns e alcalinas, comercializadas pelas indústrias representadas

pela ABINEE, já atendem os limites estabelecidos pelo CONAMA, o qual aconteceu

Page 39: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

39

graças ao investimento realizado pelas empresas que, desde a última década,

desenvolveram pesquisas e tecnologia para controlar e reduzir o nível de poluentes

desses produtos.

Utilizadas em lanternas, rádios, brinquedos, aparelhos de controle remoto,

equipamentos fotográficos, pagers e walkman, as pilhas comuns e alcalinas possuem

um mercado no Brasil que soma cerca de 800 milhões de unidades/ano, e como não

oferecem risco à saúde e nem ao meio ambiente, depois de esgotadas elas podem ser

dispostas junto com os resíduos domiciliares.

O mesmo destino devem ter as pilhas e baterias especiais compostas pelos

sistemas níquel-metal-hidreto, íons de lítio, lítio e zinco-ar e, também, as do tipo botão

ou miniatura. Elas não produzem nenhum dano e também podem ser dispostas no lixo

doméstico.

A recomendação para o descarte desses dois grupos de pilhas vale somente

para os produtos em conformidade com as determinações da Resoluções 257 e 263.

As empresas alertam para os cuidados que se deve ter com as pilhas e baterias

falsificadas ou importadas ilegalmente que, na maioria das vezes, não atendem as

especificações corretas.

3.11.3. TRATAMENTO ESPECIAL

O artigo 1º da Resolução 257 confere tratamento especial para as pilhas e

baterias que contenham em suas composições chumbo, cádmio, mercúrio e seus

compostos, acima dos níveis estabelecidos nos artigos 5º e 6º. Elas devem ser

entregues, após seu esgotamento energético, pelos usuários aos estabelecimentos que

as comercializam ou à rede de assistência técnica autorizada pelas indústrias. A

obrigatoriedade vigora desde 22 de julho de 2000. Os fabricantes e importadores já

estão definindo a estratégia ideal para realizar o recolhimento. Também é deles a

responsabilidade pelo tratamento final dos produtos que deverá ser ecologicamente

correta e obedecer à legislação.

Page 40: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

40

Serão devolvidas as seguintes pilhas e baterias: de chumbo ácido, voltadas ao

uso industrial e veicular (estas já possuem um esquema de coleta e reciclagem

funcionando) de níquel cádmio, utilizadas principalmente em telefones celulares e

aparelhos que usam pilhas e baterias recarregáveis e as de óxido de mercúrio, as quais

não são produzidas e nem importadas pelas empresas do grupo técnico de pilhas e

lanternas da ABINEE.

Para que os distribuidores e consumidores distingam as pilhas e baterias que

devem ser devolvidas, daquelas que podem ser dispostas no lixo doméstico, é colocada

uma identificação na embalagem do produto, que trará o símbolo indicando o destino

correto.

3.11.4. ARTIGOS EM DESTAQUE DAS RESOLUÇÕES CONAMA 257 E 263

Art. 1º - As pilhas e baterias que contenham em suas composições chumbo, cádmio,

mercúrio e seus compostos, destinadas a quaisquer tipos de aparelhos, veículos ou

sistemas, móveis ou fixos, que as requeiram para o seu pleno funcionamento, bem

como os produtos eletroeletrônicos que as contenham integradas em sua estrutura de

forma não substituível deverão, após o seu esgotamento energético, ser entregues

pelos usuários aos estabelecimentos que as comercializam ou à rede de assistência

técnica autorizada pelas respectivas indústrias, para repasse aos fabricantes ou

importadores, para que estes adotem, diretamente ou através de terceiros, os

procedimentos de reutilização, reciclagem, tratamento ou disposição final

ambientalmente adequada.

Art. 5º - A partir de 1º de janeiro de 2000, a fabricação, importação e comercialização

de pilhas e baterias deverão atender aos limites estabelecidos a seguir:

I. com até 0,025% em peso de mercúrio, quando forem do tipo zinco-manganês e

alcalina-manganês

Page 41: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

41

II. com até 0,025% em peso de cádmio, quando forem do tipo zinco-manganês e

alcalina manganês

III. com até 0,400% em peso de chumbo, quando forem do tipo zinco-manganês e

alcalina-manganês

IV. com até 25 mg de mercúrio por elemento, quando forem do tipo pilhas miniaturas e

botão.

Art. 6º - A partir de 1º de janeiro de 2001, a fabricação, importação e comercialização

de pilhas e baterias deverão atender aos limites estabelecidos a seguir:

I. com até 0,010% em peso de mercúrio, quando forem do tipo zinco-manganês e

alcalina-manganês

II. com até 0,015% em peso de cádmio, quando forem do tipo zinco-manganês e

alcalina-manganês

III. com até 0,200% em peso de chumbo, quando forem do tipos alcalina-manganês e

zinco-manganês.

IV. com até 25 mg de mercúrio por elemento, quando forem do tipo pilhas miniaturas e

botão. (inciso acrescido pela Resolução 263)

Art. 13º - As pilhas e baterias que atenderem aos limites previstos no art. 6º poderão

der dispostas, juntamente com os resíduos domiciliares, em aterros sanitários

licenciados.

Parágrafo único – Os fabricantes e importadores deverão identificar os produtos

descritos no caput deste artigo, mediante a aposição nas embalagens e, quando

couber, nos produtos, de símbolo que permita ao usuário distinguí-los dos demais tipos

de pilhas e baterias comercializados.

Page 42: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

42

3.11.5. PILHAS E BATERIAS DESTINADAS AO LIXO DOMÉSTICO

Tipo / Sistema Aplicação mais usual Destino

Comuns e Alcalinas Zinco/Manganês

Alcalina/Manganês

Brinquedo, lanterna, rádio, controle remoto,

rádio-relógio, equipamento fotográfico,

pager, walkman

Lixo doméstico

Especial

Níquel-metal-hidreto

(NiMH)

Telefone celular, telefone

sem fio, filmadora,

notebook

Lixo doméstico

Especial

Ions de lítio

Telefone celular e

notebook Lixo doméstico

Especial

Zinco-Ar Aparelhos auditivos Lixo doméstico

Especial

Lítio

Equip. fotográfico,

relógio, agenda

eletrônica, calculadora,

filmadora, notebook,

computador,

vídeocassete

Lixo doméstico

Pilhas especiais do tipo

botão e miniatura, de

vários sistemas

Equipamento fotográfico,

agenda eletrônica,

calculadora, relógio,

sistema de segurança e

alarme

Lixo doméstico

Tabela 23 - PILHAS E BATERIAS DESTINADAS AO LIXO DOMÉSTICO

Page 43: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

43

3.11.6. PILHAS E BATERIAS DESTINADAS AO RECOLHIMENTO

Tipo / composição Aplicação mais usual Destino

Bateria de chumbo ácido Indústrias, automóveis,

filmadoras Devolver ao fabricante ou

importador

Pilhas e Baterias de níquel cádmio

Telefone celular, telefone sem fio, barbeador e outros aparelhos que usam pilhas e baterias

recarregáveis

Devolver ao fabricante ou importador

Pilhas e Baterias de óxido de mercúrio

Instrumentos de navegação e aparelhos de instrumentação e

controle

Devolver ao fabricante ou importador

Tabela 24 - PILHAS E BATERIAS DESTINADAS AO RECOLHIMENTO

3.11.7. MÉTODOS DE RECICLAGEM

Devido à pressões políticas e novas legislações ambientais que regulamentaram

a destinação de pilhas e baterias em diversos países do mundo alguns processos foram

desenvolvidos visando a reciclagem desses produtos. Para promover a reciclagem de

pilhas, é necessário inicialmente o conhecimento de sua composição. Infelizmente, não

há uma correlação entre o tamanho ou formato das pilhas e a sua composição. Em

diferentes laboratórios têm sido realizadas pesquisas de modo a desenvolver processos

para reciclar as baterias usadas ou, em alguns casos, tratá-las para uma disposição

segura.

Os processos de reciclagem de pilhas e baterias podem seguir três linhas

distintas: a baseada em operações de tratamento de minérios, a hidrometalúrgica ou a

Page 44: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

44

pirometalúrgica. Algumas vezes estes processos são específicos para reciclagem de

pilhas, outras vezes as pilhas são recicladas juntamente com outros tipos de materiais.

Alguns desses processos estão mencionados a seguir:

- SUMITOMO - Processo Japonês totalmente pirometalúrgico de custo bastante

elevado é utilizado na reciclagem de todos os tipos de pilhas, menos as do tipo Ni-Cd.

- RECYTEC - Processo utilizado na Suíça nos Países Baixos desde 1994 que combina

pirometalurgia, hidrometalurgia e mineralurgia. É utilizado na reciclagem de todos os

tipos de pilhas e também lâmpadas fluorescentes e tubos diversos que contenham

mercúrio. Esse processo não é utilizado para a reciclagem de baterias de Ni-Cd, que

são separadas e enviadas para uma empresa que faça esse tipo de reciclagem. O

investimento deste processo é menor que o SUMITOMO entretanto os custos de

operação são maiores.

- ATECH - Basicamente mineralúrgico e portanto com custo inferior aos processos

anteriores, utilizado na reciclagem de todas as pilhas.

- SNAM-SAVAM - Processo Francês, totalmente pirometalúrgico para recuperação de

pilhas do tipo Ni-Cd.

- INMETCO - Processo Norte Americano da INCO (Pennsylvania, EUA), foi

desenvolvido inicialmente, com o objetivo de se recuperar poeiras metálicas

provenientes de fornos elétricos. Entretanto, o processo pode ser utilizado para

recuperar também resíduos metálicos proveniente de outros processos e as pilhas Ni-

Cd se enquadram nestes outros tipos de resíduos.

- WAELZ - Processo pirometalúrgico para recuperação de metais provenientes de

poeiras. Basicamente o processo se dá através de fornos rotativos. É possível

recuperar metais como Zn, Pb, Cd.

As baterias de Ni-Cd muitas vezes são recuperadas separadamente das outras

devido a dois fatores importantes, um é a presença do cádmio, que promove algumas

dificuldades na recuperação do mercúrio e do zinco por destilação o outro é dificuldade

de se separar o ferro e o níquel.

Page 45: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

45

4. DESENVOLVIMENTO PRÁTICO

Após este estudo teórico a respeito de baterias, foram realizadas algumas séries

de carga e descarga em laboratório.

Os equipamentos usados na medição foram sempre os mesmos, para poder

manter a precisão de cada um.

4.1. CARGAS DA BATERIA

As cargas na baterias foram realizadas sempre da mesma forma, com a fonte de

tensão estabilizada em 13,9V e 0,5A, para que se desse uma carga lenta na bateria, já

que uma carga mais rápida não fornece a energia suficiente para a bateria, além de

diminuir a vida útil. O circuito elétrico, o gráfico e os dados obtidos com a carga são

mostrados abaixo.

Circuito elétrico:

Figura 7 - Circuito de carga

Dados de carga: Vbat (V) Vfnt (V) Ifnt (A) T (min) Wh Whacum Ah Ahacum Vfnt/10

12,1 12,5 0,5 0 0 0 0 0 1,25 12,7 12,9 0,5 5 0,5375 0,5375 0,044792 0,044792 1,29 12,8 13,1 0,5 10 0,545833 1,083333 0,045486 0,090278 1,31 12,8 13,1 0,5 15 0,545833 1,629167 0,045486 0,135764 1,31 12,8 13,2 0,5 20 0,55 2,179167 0,045833 0,181597 1,32 12,9 13,3 0,5 25 0,554167 2,733333 0,046181 0,227778 1,33 12,9 13,4 0,5 30 0,558333 3,291667 0,046528 0,274306 1,34 13 13,5 0,5 35 0,5625 3,854167 0,046875 0,321181 1,35 13 13,6 0,5 40 0,566667 4,420833 0,047222 0,368403 1,36

Page 46: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

46

13,1 13,7 0,5 45 0,570833 4,991667 0,047569 0,415972 1,37 13,1 13,8 0,5 50 0,575 5,566667 0,047917 0,463889 1,38 13,2 13,9 0,5 55 0,579167 6,145833 0,048264 0,512153 1,39 13,3 13,9 0,48 60 0,556 6,701833 0,046333 0,558486 1,39 13,4 13,9 0,48 65 0,556 7,257833 0,046333 0,604819 1,39 13,4 13,9 0,47 70 0,544417 7,80225 0,045368 0,650188 1,39 13,4 13,9 0,44 75 0,509667 8,311917 0,042472 0,69266 1,39 13,5 13,9 0,43 80 0,498083 8,81 0,041507 0,734167 1,39 13,6 13,9 0,42 85 0,4865 9,2965 0,040542 0,774708 1,39 13,7 13,9 0,42 90 0,4865 9,783 0,040542 0,81525 1,39 13,8 13,9 0,36 95 0,417 10,2 0,03475 0,85 1,39 13,9 13,9 0,33 100 0,38225 10,58225 0,031854 0,881854 1,39 13,9 13,9 0,3 105 0,3475 10,92975 0,028958 0,910813 1,39 13,9 13,9 0,25 110 0,289583 11,21933 0,024132 0,934944 1,39 13,9 13,9 0,25 115 0,289583 11,50892 0,024132 0,959076 1,39 13,9 13,9 0,25 120 0,289583 11,7985 0,024132 0,983208 1,39

Tabela 6 - Carga da bateria Gráfico de carga:

Carga da Bateria

00,51

1,52

2,53

3,54

4,55

5,56

6,57

7,58

8,59

9,510

10,511

11,512

12,513

13,514

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Tempo

A, V, Ah, Wh

IfntWhacumVfntAhacum

Figura 8 - Gráfico corrente, tensão, corrente hora e watt hora pelo tempo

Page 47: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

47

4.2. DESCARGAS DA BATERIA

Para a descarga foram escolhidas quatro correntes diferentes, 2,5A, 2A, 1,5A e

1A. Para cada uma destas correntes foram realizadas descargas em temperatura

ambiente, temperaturas elevadas e baixas temperatura, totalizando 12 amostras de

resultados. Os dados eram medidos a cada cinco minutos, e a partir deles foram

traçados gráficos e montadas tabelas.

Todos os dados foram tomados dos mesmos medidores pra que não ocorresse

erros de exatidão. Os gráficos, o circuito elétrico de descarga e os resultados são

mostrados abaixo.

Circuito elétrico:

Figura 9 - Circuito elétrico de descarga

Page 48: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

48

Tabelas e gráficos da descarga de 2,5A:

• Temperatura Ambiente (26ºC):

Vcarga Vvazio I (A) t (min) Rint (Ω) Wh Wh acum. Ah Ah acum.

11,5 12,5 2,5 0 0,4 0 0 0 0 11,3 12,3 2,4 5 0,416667 2,26 2,26 0,188333 0,188333 11 12 2,3 10 0,434783 2,108333 4,368333 0,175694 0,364028 10,6 11,7 2,25 15 0,488889 1,9875 6,355833 0,165625 0,529653 9 11,5 1,95 20 1,282051 1,4625 7,818333 0,121875 0,651528

Tabela 7 - Descarga em temperatura ambiente

DESCARGA BATERIA TEMP. AMBIENTE - 2,5A

00,2

0,40,6

0,81

1,21,4

1,61,8

22,2

2,42,6

2,8

0 5 10 15 20Tempo

Volt, A

mpere, ohms, watt hora

I

Rint

Ah acum.

Vvazio/10

Figura 10 – Gráfico de descarga em temperatura ambiente

Page 49: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

49

• Temperatura Elevada:

Vcarga Vvazio I (A) t (min) T (ºC) Rint (Ω) Wh Wh acum. Ah Ah acum.

11,95 12,5 2,5 0 70 0,22 0 0 0 0 11,71 12,2 2,45 5 68 0,2 2,390792 2,390792 0,199233 0,199233 11,6 12,1 2,35 10 66 0,212766 2,271667 4,662458 0,189306 0,388538 11,25 11,9 2,3 15 64 0,282609 2,15625 6,818708 0,179688 0,568226 10,8 11,6 2,25 20 62,4 0,355556 2,025 8,843708 0,16875 0,736976 10 11,4 2,05 25 61,8 0,682927 1,708333 10,55204 0,142361 0,879337

Tabela 8 - Descarga com temperatura elevada

DESCARGA BATERIA QUENTE - 2,5A

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

0 5 10 15 20 25

Tempo

Volt, Ampere, ohms, watt hora

I

Rint

Ah acum.

Vvazio/10

Figura 11 – Gráfico de descarga com temperatura elevada

Page 50: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

50

• Temperatura Baixa:

Vcarga Vvazio I t (min) T (ºC) Rint (Ω) Wh Wh acum. Ah Ah acum.

11,1 12,2 2,35 0 1,3 0,468085 0 0 0 0 10,9 11,8 2,25 5 1,3 0,4 2,04375 2,04375 0,170313 0,170313 10,4 11,5 2,16 10 1,4 0,509259 1,872 3,91575 0,156 0,326313 10 11,3 2 15 1,4 0,65 1,666667 5,582417 0,138889 0,465201

Tabela 9 - Descarga em baixa temperatura

Descarga Fria 2,5A

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

1,5

1,75

2

2,25

2,5

0 5 10 15

Tempo

A, V, Ohms, Ah

I

Rint

Ah acum.

Vvazio/10

Figura 12 - Gráfico de descarga em baixa temperatua

Page 51: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

51

Tabelas e gráficos da descarga de 2A:

• Temperatura ambiente (25ºC):

Vcarga Vvazio I (A) t (min) Rint (Ω) Wh Wh acum. Ah Ah acum.

12 13 2 0 0,5 0 0 0 0 11,5 12,2 1,95 5 0,358974 1,86875 1,86875 0,155729 0,155729 11,4 12 1,9 10 0,315789 1,805 3,67375 0,150417 0,306146 11,2 11,9 1,85 15 0,378378 1,726667 5,400417 0,143889 0,450035 10,7 11,6 1,8 20 0,5 1,605 7,005417 0,13375 0,583785 9,6 11,2 1,6 25 1 1,28 8,285417 0,106667 0,690451

Tabela 10 - Descarga em temperatura ambiente

DESCARGA BATERIA TEMP. AMBIENTE - 2A

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

0 5 10 15 20 25

Tempo

Volt, Ampere, ohms, watt hora, Ampere hora

I

Rint

Ah acum.

Vvazio/10

Figura 13 - Gráfico de descarga em temperatura ambiente

Page 52: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

52

• Temperatura elevada:

Vcarga Vvazio I (A) t (min) T (ºC) Rint (Ω) Wh Wh acum. Ah Ah acum.

11,8 12,4 2 0 73,1 0,3 0 0 0 0 11,75 12,2 1,9 5 66,1 0,236842 1,860417 1,860417 0,155035 0,155035 11,6 12,1 1,87 10 62,8 0,26738 1,807667 3,668083 0,150639 0,305674 11,5 12 1,85 15 602,8 0,27027 1,772917 5,441 0,147743 0,453417 11,3 11,9 1,76 20 60 0,340909 1,657333 7,098333 0,138111 0,591528 10,9 11,75 1,75 25 60 0,485714 1,589583 8,687917 0,132465 0,723993 9,6 11,2 1,5 30 59 1,066667 1,2 9,887917 0,1 0,823993

Tabela 11 - Descarga em temperatura elevada

DESCARGA BATERIA QUENTE - 2A

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

0 5 10 15 20 25 30

Tempo

Volt, Ampere, ohms, watt hora

Vvazio/10

I

Rint

Ah acum.

Figura 14 - Gráfico de descarga em temperatura elevada

Page 53: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

53

• Temperatura baixa:

Vcarga Vvazio I (A) t (min) T (ºC) Rint (Ω) Wh Wh acum. Ah Ah acum.

11,9 12,5 2 0 1,4 0,3 0 0 0 0 11,6 12,3 1,7 5 1,4 0,411765 1,643333 1,643333 0,136944 0,136944 11,4 12 1,5 10 1,5 0,4 1,425 3,068333 0,11875 0,255694 11,2 11,9 1,35 15 1,5 0,518519 1,26 4,328333 0,105 0,360694 10,3 11,5 1 20 1,6 1,2 0,858333 5,186667 0,071528 0,432222

Tabela 12 - Descarga em temperatura baixa

Descarga Fria 2A

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

1,5

1,75

2

2,25

0 5 10 15 20

Tempo

A, V, O

hms, A

h

I

Rint

Ah

Figura 15 - Gráfico de descarga em temperatura baixa

Page 54: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

54

Tabelas e gráficos da descarga de 1,5A:

• Temperatura ambiente (25,5ºC):

Vcarga Vvazio I (A) t (min) Rint (Ω) Wh Wh acum. Ah Ah acum.

12 12,6 1,5 0 0,4 0 0 0 0 11,95 12,35 1,42 5 0,28169 1,414083 1,414083 0,11784 0,11784 11,71 12,2 1,4 10 0,35 1,366167 2,78025 0,113847 0,231688 11,52 12,1 1,4 15 0,414286 1,344 4,12425 0,112 0,343688 11,5 12,05 1,39 20 0,395683 1,332083 5,456333 0,111007 0,454694 11,4 11,85 1,35 25 0,333333 1,2825 6,738833 0,106875 0,561569 11,1 11,7 1,32 30 0,454545 1,221 7,959833 0,10175 0,663319 10,8 11,6 1,3 35 0,615385 1,17 9,129833 0,0975 0,760819 10,4 11,4 1,25 40 0,8 1,083333 10,21317 0,090278 0,851097

Tabela 13 - Descarga em temperatura ambiente

Descarga Temp. Ambiente 1.5A

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tempo

A, A

h, V, O

hms

I

Rint

Ah acum.

Vvazio/10

Figura 16 - Gráfico de descarga em temperatura ambiente

Page 55: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

55

• Temperatura elevada:

Vcarga Vvazio I (A) t (min) T (ºC) Rint (Ω) Wh Wh acum. Ah Ah acum.

11,5 12,5 1,5 0 75 0,666667 0 0 0 0 11,4 12,3 1,4 5 74 0,642857 1,33 1,33 0,110833 0,110833 11,35 12,2 1,4 10 73 0,607143 1,324167 2,654167 0,110347 0,221181 11,32 12,15 1,4 15 71 0,592857 1,320667 3,974833 0,110056 0,331236 11,27 12 1,35 20 70,5 0,540741 1,267875 5,242708 0,105656 0,436892 11,15 12 1,35 25 68,3 0,62963 1,254375 6,497083 0,104531 0,640278 10,95 11,9 1,3 30 67,2 0,730769 1,18625 7,683333 0,098854 0,640278 10,8 11,8 1,3 35 65,4 0,769231 1,17 8,853333 0,0975 0,737778 10,75 11,7 1,2 40 63 0,791667 1,075 9,928333 0,089583 0,827361 10,6 11,7 1,15 45 61,75 0,956522 1,015833 10,94417 0,084653 0,912014

Tabela 14 - Descarga em temperatura elevada

Descarga Quente 1,5A

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Tempo

A, V, O

hms, A

h

I

Rint

Ah acum.

Vvazio/10

Figura 17 - Gráfico de descarga em temperatura elevada

Page 56: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

56

• Temperatura baixa:

Vcarga Vvazio I t T (ºC) Rint Wh Wh acum. Ah Ah acum.

11,5 12,5 2,5 0 1,3 0,4 0 0 0 0 11,3 12,3 2,4 5 1,3 0,416667 2,26 2,26 0,188333 0,188333 11 12 2,3 10 1,3 0,434783 2,108333 4,368333 0,175694 0,364028 10,6 11,7 2,25 15 1,35 0,488889 1,9875 6,355833 0,165625 0,529653 10,54 11,65 2,1 20 1,35 0,528571 1,8445 8,200333 0,153708 0,683361 10,3 11,4 2 25 1,4 0,55 1,716667 9,917 0,143056 0,826417 10 11,3 1,95 30 1,4 0,666667 1,625 9,282 0,135417 0,7735

Tabela 15 - Descarga em temperatura baixa

Descarga Fria 1,5A

00,20,40,60,81

1,21,41,61,82

2,22,42,62,8

0 5 10 15 20 25 30

Tempo

A, V, O

hms, A

h

I

Rint

Ah acum.

Vvazio/10

Figura 16 - Gráfico de descarga em temperatura baixa

Page 57: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

57

Tabelas e gráficos da descarga de 1A:

• Temperatura ambiente (25º):

Vcarga Vvazio I (A) t (min) Rint (Ω) Wh Wh acum. Ah Ah acum.

12,15 12,5 1 0 0,35 0 0 0 0 12 12,4 1 5 0,4 1 1 0,083333 0,083333 12 12,3 1 10 0,3 1 2 0,083333 0,166667 11,9 12,2 0,95 15 0,315789 0,942083 2,942083 0,078507 0,245174 11,85 12,15 0,95 20 0,315789 0,938125 3,880208 0,078177 0,323351 11,8 12,1 0,95 25 0,315789 0,934167 4,814375 0,077847 0,401198 11,72 12,05 0,92 30 0,358696 0,898533 5,712908 0,074878 0,476076 11,55 11,9 0,91 35 0,384615 0,875875 6,588783 0,07299 0,549065 11,49 11,8 0,9 40 0,344444 0,86175 7,450533 0,071813 0,620878 11,27 11,7 0,9 45 0,477778 0,84525 8,295783 0,070438 0,691315 10,73 11,4 0,87 50 0,770115 0,777925 9,073708 0,064827 0,756142 10,3 11,3 0,82 55 1,219512 0,703833 9,777542 0,058653 0,814795 9,65 11,2 0,72 60 2,152778 0,579 10,35654 0,04825 0,863045

Tabela 16 - Descarga em temperatura ambiente

Descarga Temp Ambiente 1A

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Tempo

A, V, Ohms, Ah

I

Rint

Ah acum.

Vvazio/10

Figura 19 - Gráfico de descarga em temperatura ambiente

Page 58: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

58

• Temperatura elevada:

Vcarga Vvazio I (A) t (min) T (ºC) Rint (Ω) Wh Wh acum. Ah Ah acum.

12,6 13,2 1 0 78 0,6 0 0 0 0 12,5 13,1 1 5 78 0,6 1,041667 1,041667 0,086806 0,086806 12,4 13,1 0,97 10 77,4 0,721649 1,002333 2,044 0,083528 0,170333 12,4 13 0,96 15 77 0,625 0,992 3,036 0,082667 0,253 12,3 12,9 0,96 20 76,4 0,625 0,984 4,02 0,082 0,335 12,25 12,9 0,95 25 76 0,684211 0,969792 4,989792 0,080816 0,415816 12,1 12,6 0,95 30 75 0,526316 0,957917 5,947708 0,079826 0,495642 11,75 12,5 0,94 35 74 0,797872 0,920417 6,868125 0,076701 0,572344 11,5 12,5 0,93 40 73,5 1,075269 0,89125 7,759375 0,074271 0,646615 11,35 12,3 0,92 45 71 1,032609 0,870167 8,629542 0,072514 0,719128 11 12,1 0,9 50 68 1,222222 0,825 9,454542 0,06875 0,787878 10,7 11,85 0,75 55 65,2 1,533333 0,66875 10,12329 0,055729 0,843608 10,5 11,7 0,73 60 62 1,643836 0,63875 10,76204 0,053229 0,896837 10 11 0,7 65 60,1 1,428571 0,583333 11,34538 0,048611 0,945448

Tabela 17 - Descarga em temperatura elevada

Descarga Quente 1A

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Tempo

A, V, Ah, Ohms

IRintAh acum.Vvazio/10

Figura 20 - Gráfico de descarga em temperatura elevada

Page 59: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

59

• Temperatura baixa:

Vcarga Vvazio I (A) t (min) T (ºC) Rint (Ω) Wh Wh acum. Ah Ah acum.

12,3 12,6 1 0 1,4 0,3 0 0 0 0 12,2 12,5 0,9 5 1,4 0,333333 0,915 0,915 0,07625 0,07625 12 12,2 0,9 10 1,55 0,222222 0,9 1,815 0,075 0,15125 11,7 12 0,86 15 1,55 0,348837 0,8385 2,6535 0,069875 0,221125 11,55 11,85 0,84 20 1,56 0,357143 0,8085 3,462 0,067375 0,2885 11,3 11,55 0,81 25 1,56 0,308642 0,76275 4,22475 0,063563 0,352063 11 11,3 0,79 30 1,57 0,379747 0,724167 4,948917 0,060347 0,41241 10,8 11,15 0,77 35 1,57 0,454545 0,693 5,641917 0,05775 0,47016 10,4 10,8 0,75 40 1,58 0,533333 0,65 6,291917 0,054167 0,524326 10 10,6 0,71 45 1,58 0,84507 0,591667 6,883583 0,049306 0,573632 9,6 10,3 0,69 50 1,6 1,014493 0,552 7,435583 0,046 0,619632

Tabela 18 - Descarga em temperatura baixa

Descarga Fria 1A

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Tempo

A, V, O

hms, A

h

I

Rint

Ah acum.

Vvazio/10

Figura21 - Gráfico de descarga em temperatura baixa

Page 60: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

60

Após completar todas as tabelas e gráficos, foi possível elaborar uma tabela que

mostra o rendimento de cada uma das descargas.

Descrição Energia de carga

(Wh) Energia de descarga

(Wh) rendimento(%

)

Curvas típicas de carga da bateria 11,7985 0 0 Descarga com 2,5A e temp. ambiente 11,7985 7,818333333 66,26548573 Descarga com 2,5A e alta temperatura 11,7985 10,55204167 89,43545083

Descarga com 2,5A e baixa temperatura 11,7985 5,582416667 47,31463039

Descarga com 2,0A e temp. ambiente 11,7985 8,285416667 70,2243223 Descarga com 2,0A e alta temperatura 11,7985 9,887916667 83,80655733

Descarga com 2,0A e baixa temperatura 11,7985 5,186666667 43,96039045

Descarga com 1,5A e temp. ambiente 11,7985 10,21316667 86,56326369 Descarga com 1,5A e alta temperatura 11,7985 10,94416667 92,75896654

Descarga com 1,5A e baixa temperatura 11,7985 9,282 78,6710175

Descarga com 1,0A e temp. ambiente 11,7985 10,35654167 87,77846054 Descarga com 1,0A e alta temperatura 11,7985 11,345375 96,15946942

Descarga com 1,0A e baixa temperatura 11,7985 7,435583333 63,02142928

Tabela 22 - Rendimento

Pode-se observar um grande aumento na eficiência da bateria quando elevada

sua temperatura, e uma queda significativa quando baixada a temperatura de trabalho,

o que é significativamente visto nas descargas de menor corrente, que foi onde

ocorreram os melhores rendimentos.

Durante a competição, os valores medidos de corrente giraram em torno de 1 até

1,5A. Os testes mostraram que os melhores rendimentos foram com 1 e 1,5A, o quais

mostram que com o uso de bateria quente o carro terá uma grande melhora no

rendimento.

Page 61: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

61

6. CONCLUSÃO

Através da coleta de dados para este trabalho, foi possível salientar o quão

importante são as baterias no nosso cotidiano, que vão desde uma simples olhada no

relógio e da facilidade da mudança de canais, sem precisar sair do lugar, através do

controle remoto, até a nossa futura locomoção por carros elétricos, onde cada vez mais

é investido dinheiro em pesquisas, para projeto e desenvolvimento de veículos elétricos

cada vez mais eficientes.

Um passo importante para esse desenvolvimento é a evolução das baterias, que

precisam fornecer mais energia, porém existe a necessidade de que elas sejam

menores e mais leves. Também é de extrema importância o cuidado em relação as

normas para reciclagem, o que já é um fator que as empresas vem implantando nas

baterias.

O objetivo deste trabalho era estudar o efeito da temperatura na eficiência da

bateria, o que pode ser visto nos resultados dos testes realizados em laboratório. Estes

resultados mostraram que as baterias têm uma melhora significativa da eficiência com

temperaturas elevadas, isto ocorre devido ao fato de que a mudança de temperatura

modifica a viscosidade do eletrólito, afetando assim a intensidade de difusão do ácido

através dos pólos da placa, isto faz com que aumente a capacidade da bateria acima

dos 25 graus centigrados, e aumente essa capacidade em 4% a cada 10 graus de

temperatura. É bom lembrar de que a temperatura de trabalho de uma bateria é de 45

graus, já que a temperatura é um fator agravante na diminuição da vida útil da bateria.

Portanto, é possível usar este método de variação de temperatura no carro

elétrico que vai para a competição, pois para cada etapa da competição é fornecida

uma nova bateria, e o problema de queda da vida útil durante a competição não

influenciará no bom resultado do carro. Logo, para que isto seja usado futuramente em

veículos elétricos, é necessário um estudo para o desenvolvimento dos componentes

das baterias para que estes sofram menos os efeitos da temperatura na diminuição da

vida útil.

Page 62: TCC CRISTÓVÃO COLOMBO

62

7. BIBLIOGRAFIA

BOTTURA, C. P., BARRETO, G., Veículos Elétricos. 1ª ed., Campinas: Editora da

UNICAMP, 1989.

Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica. Disponível em:

<http://www.abinee.org.br/>. Acesso em março de 2009.

GUEDES, TIAGO. Trabalho de Conclusão de Curso. Projeto de Veículo Elétrico para

Competição de Eficiência Energética

Pedrinho Baterias. Disponível em:<http://www.pedrinhobaterias.com.br/dicas2.asp>.

Acesso em março de 2009.

Guia do Hardware sua fonte de informação. Disponível em:

<http://www.guiadohardware.net/tutoriais/baterias/ >. Acesso em março 2009.

Valvolandia, A casa das Baterias. Disponível em: <http://valvolandia.com.br/>. Acesso

em março de 2009.

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente. Disponível em:

< http://www.mma.gov.br/conama/>. Acesso em março de 2009.