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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
2
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
3
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.
4
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.
5
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.
6
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
7
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
8
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.
9
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
10
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.
11
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
12
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
13
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.
14
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
15
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.
16
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
17
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 +⇔++++
18
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.
19
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
20
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.
21
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.
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
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
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
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
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.
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
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
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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
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.
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
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.
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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.