Automóvel Sistema de Carga 1ª Edição



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Bateria


A bateria é um dispositivo de armazenamento de energia química que tem a capacidade de se transformar em energia eléctrica quando solicitada. Por outras palavras, as baterias não são depósitos de energia eléctrica, mas sim de energia química, até que um circuito seja conectado através dos seus pólos, dando origem a uma reacção química que ocorre no seu interior, convertendo esta energia química em eléctrica que é então fornecida ao circuito.


Figura 78 Elementos constituintes de uma bateria ([10])

A bateria tem um papel bem definido a desempenhar no sistema eléctrico de um veículo. As principais funções da bateria são:



  • Fornecer energia para fazer funcionar o motor de arranque;

  • Prover de corrente eléctrica o sistema de ignição durante o arranque;

  • Suprir de energia as lâmpadas das lanternas de estacionamento e outros equipamentos que poderão ser usados enquanto o motor de combustão não estiver operando;

  • Agir como estabilizador de tensão para o sistema de carga e outros circuitos eléctricos;

  • Providenciar corrente quando a demanda de energia do automóvel exceder a capacidade do sistema de carga (alternador).

Uma bateria tem os seguintes elementos:

Caixa – A caixa é feita com um material leve, propileno, excepcionalmente resistente e durável. Esta facilmente resiste às vibrações que ocorrem em serviço, em diversos tipos de terrenos.

Elemento ou célula – É um conjunto de placas e separadores agrupados, ligados em paralelo. Os elementos de bateria estão apoiados sobre pontes, sem tocar no fundo da caixa. Esse espaço existente é utilizado para receber a sedimentação de resíduos que se fragmentam das placas, evitando um curto-circuito entre elas. O elemento ou célula é composto de placas e separadores.

Placas – As placas positivas e negativas são chapas gradeadas (compostas de uma liga de chumbo antimónio), coberta de material activo. O material activo usado nas placas positivas é o peróxido de chumbo (PbO2). Nas placas negativas, o material activo usado é o chumbo esponjoso (Pb). Actualmente, alguns fabricantes de baterias utilizam uma liga de elementos de chumbo e cálcio para fazerem estas grades.

Figura 79 Constituição em detalhe de uma bateria ([10])



Separador – Para a montagem do elemento, entrelaçam-se as placas positivas e negativas introduzindo-se entre elas separadores isolantes, o que impede que ocorra curto-circuito entre as placas. Por ser micro poroso, o separador possibilita a passagem de iões que são transferidos das placas para o electrólito durante as reacções internas da bateria.

Bornes – São pontos de conexão entre a bateria e os circuitos consumidores externos. As baterias são equipadas com um borne positivo e outro negativo, ambos em chumbo. O borne positivo possui o sinal mais (+) gravado e é, de uma maneira geral, de cor mais escura e de maior diâmetro do que o borne negativo, que possui o sinal menos (-) gravado.

Electrólito – Este conjunto de placas (elementos) é imerso em solução de ácido sulfúrico e água destilada (electrólito) que vai provocar a reacção entre metais activos das placas. Quando a bateria está totalmente carregada, a solução fica com aproximadamente 36% ácido e 64% água (por peso) e é dito que sua densidade é de 1,260g/l à temperatura de 26,5ºC



Figura 80 Composição do electrólito de uma bateria ([11])

O ácido sulfúrico tem peso diferente da água: é mais pesado. Por conseguinte, quando a bateria está descarregada, o electrólito pesa menos que quando está carregada.

Há outras formas de se definir densidade, entretanto, para o nosso estudo, vamos chamar de densidade o quanto pesa um determinado volume. A densidade da água é 1. Isso significa que um litro de água pesa 1 quilo. O ácido sulfúrico puro tem a densidade de 1,84, ou seja, pesa 1,84 vezes mais do que a água.

No caso da bateria, o electrólito tem uma densidade de 1260g/l, isto é, é 1,26 mais pesado que a água. Quando a bateria se descarrega totalmente, surge mais água no electrólito, ficando mais diluído, a sua densidade cai para 1,16.

O princípio básico de funcionamento de uma bateria subentende duas fases que constituem o processo de carga e descarga que serão explicados de seguida:

    1. Processo de descarga


Conectando-se aos pólos de uma bateria os terminais de um consumidor, neste será aplicada uma diferença de potencial eléctrico, fazendo circular uma corrente eléctrica no sistema. Neste momento a bateria está em reacção de descarga, Figura 81.

Neste processo há uma reacção química entre as placas e o electrólito da bateria, resultando daí o ião sulfato SO4. O ião sulfato (SO4) passará tanto para as placas positivas quanto para as placas negativas transformando-se em sulfato de chumbo (PbSO4). Quanto mais intensa e prolongada for a descarga maior será esta concentração.





Figura 81 Processo de descarga de uma batera ([12])

Quando um circuito externo é conectado entre os pólos da bateria, inicia-se um fluxo de corrente que desloca os electrões das placas negativas para as positivas, até que haja o equilibro eléctrico. Ao mesmo tempo, as placas "absorvem" os radicais sulfato (SO4) e o electrólito ficará menos denso.


    1. Processo de carga


Aplicando-se à bateria uma tensão maior que a sua tensão nominal, faz-se circular uma corrente em sentido contrário à descarga, até que haja o desequilibro eléctrico. As placas liberam os iões de sulfato (SO4) e o electrólito fica mais denso, ver Figura 82.

Figura 82 Processo de carga de uma batera ([12])



Capacidade nominal – É a condição quantitativa de armazenamento de energia que possui uma bateria. A capacidade de armazenamento depende da quantidade de material activo contido nas placas da bateria. A unidade de medida de capacidade mais usada é o Ampere x hora (Ah). Baseia-se na corrente que a bateria pode fornecer constantemente durante 20h de descarga à temperatura de 26,5ºC, sem que a sua tensão "caia" abaixo dos 10,5 volts (especificado na caixa da bateria).

Exemplificando, uma bateria que consegue fornecer 3A continuamente, durante 20 horas, é classificada como bateria 60Ah (3A x 20 horas = 60Ah).



Durabilidade – A durabilidade da bateria está relacionada com vários aspectos de seu uso. Um dos aspectos preponderantes é a profundidade de descarga.

A bateria funciona em ciclos de carga e descarga e quanto maior a profundidade de descarga, menor será a sua durabilidade.



Perda de carga – As baterias, quando armazenadas, sofrem uma perda constante de carga, mesmo que não sejam solicitadas para nenhum uso. Isto ocorre devido a reacções químicas secundárias indesejáveis que acontecem constantemente dentro da bateria. Esta auto-descarga, como é chamada, varia em função da temperatura, ver Figura 83.

Exemplificando, uma bateria de 36Ah à temperatura de 38ºC poderá estar descarregada em 4 meses, enquanto que, se for armazenada à temperatura de 10ºC pouco perderá em 1 ano.

Tanto a humidade como a sujidade na bateria podem provocar uma fuga de corrente entre os seus terminais e o chassis do automóvel provocando a sua descarga.

Figura 83 Efeito da temperatura na auto-descarga da bateria ([11])

Também o ácido que eventualmente pode ser derramado da bateria, além de causar a sua descarga, pode também atacar as chapas do automóvel, roupas e pele humana. Portanto, é bastante importante manter os pólos e a bateria sempre limpos e secos.

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