As baterias de chumbo-ácido Existem há décadas como opções fiáveis de armazenamento de energia em várias aplicações, desde a alimentação de automóveis a fontes de energia de reserva. As suas características intrínsecas e os seus parâmetros de desempenho fazem delas uma referência no mundo das baterias, que certamente continuará a ser. Neste artigo, vamos explorar alguns aspectos essenciais que definem as baterias de chumbo-ácido, esclarecendo as suas complexidades e aplicações.
Introdução
No que diz respeito ao armazenamento de energia, as baterias de chumbo-ácido mantiveram a sua relevância, mesmo quando as tecnologias mais recentes, como as de iões de lítio e as de estado sólido, estão na ribalta. A sua força, rentabilidade e facilidade de adaptação asseguram a sua permanência em muitas indústrias. Um pouco de conhecimento sobre algumas características-chave e parâmetros de desempenho das baterias de chumbo-ácido ajudará tanto os especialistas como os leigos a tomar decisões informadas sobre a sua utilização.
1. Tensão Nominal
A tensão nominal de uma bateria refere-se à tensão de saída padrão fornecida pelas baterias enquanto geram energia. As baterias de chumbo-ácido padrão são de 2 volts por célula, com configurações comuns que variam de 6 a 12 células. Isto faz das baterias de 12V uma das baterias mais comuns utilizadas em automóveis e outras aplicações. As tensões nominais são importantes para garantir a compatibilidade com os dispositivos que alimentam.
Compreender a tensão nominal é essencial para determinar o estado de carga, estimar a sua capacidade restante e garantir o funcionamento correto em várias aplicações. Embora este valor normalizado oriente as considerações de conceção, torna-se crucial considerar o comportamento real da tensão durante a utilização no mundo real no que diz respeito às baterias.
2. Capacidade
A capacidade é uma métrica importante que descreve a quantidade de energia que uma bateria pode armazenar e fornecer. Expresso em amperes-hora (Ah), mostra o tipo de resistência da bateria. As baterias de chumbo-ácido podem apresentar diferentes capacidades, dependendo de factores como o tamanho, a configuração e o design. Este parâmetro afecta o tempo que uma bateria pode suportar uma carga antes de ser recarregada.
As baterias de chumbo-ácido têm uma capacidade que varia consoante a taxa de descarga e a temperatura. A sua capacidade diminui geralmente com descargas lentas e aumenta com taxas elevadas. Além disso, as baterias de chumbo-ácido sofrem uma redução da capacidade a temperaturas extremas, especialmente em condições de frio.
3. Taxa de auto-descarga
A taxa de auto-descarga das baterias de chumbo-ácido refere-se à perda de energia armazenada nesta bateria ao longo do tempo, apesar de não ser utilizada ou de não estar ligada a uma carga. Isto acontece devido a reacções químicas que ocorrem dentro das células desta estrutura de células de bateria. As características internas das baterias de chumbo-ácido apresentam uma taxa de auto-descarga relativamente mais elevada em comparação com algumas outras químicas de baterias.
Por exemplo, a taxa de auto-descarga das baterias de chumbo-ácido é afetada por factores como a temperatura e a idade da bateria. As temperaturas elevadas aceleram o processo de auto-descarga. Como resultado, estão a diminuir o desempenho da bateria e a reduzir o seu tempo de vida útil. Para compensar este problema, os novos projectos de baterias de chumbo-ácido, bem como as tecnologias, incorporaram melhores materiais com métodos de construção aperfeiçoados.
4. Eficiência de carga
A eficiência do carregamento é um dos parâmetros de desempenho mais críticos que indica a eficácia com que uma bateria pode converter a energia eléctrica durante o carregamento. As baterias de chumbo-ácido têm uma eficiência de carga razoavelmente boa. Os projectos modernos atingem cerca de 85-95%. A quantidade de tempo e esforço necessários para recarregar a bateria indica esta eficiência. Este facto realça a importância do carregamento repetitivo como componente das aplicações.
A eficiência da carga da bateria de chumbo-ácido é afetada por muitos factores, incluindo a tensão, a corrente e a temperatura de carga. A sobrecarga conduz a uma redução da eficiência da carga, uma vez que se gera mais perda de energia, calor e gases no interior da bateria. Taxas de descarga elevadas reduzem a eficiência da carga porque criam uma resistência interna mais excelente, bem como uma transferência ineficiente de energias.
5. Resistência Interna
A resistência interna aumenta ainda mais a eficiência energética de uma bateria. Pode ocorrer uma perda de energia irregular durante a descarga e o carregamento devido ao aumento das resistências internas, que geram calor. As resistências internas moderadas caracterizam as baterias de chumbo-ácido, afectando consequentemente o seu desempenho em situações de elevada exigência de corrente, que são causadas por factores como as resistências do eletrólito/material do elétrodo, entre outros. Esta resistência leva a quedas de tensão dentro da bateria que ocorrem tanto durante os processos de carga como de descarga.
Uma resistência interna elevada tem muitas implicações. Durante a descarga, a tensão de saída da bateria é afetada por uma elevada resistência interna que afecta os dispositivos ou sistemas que dependem do desempenho da bateria. Além disso, durante fluxos de corrente elevados, é gerado calor devido a este tipo de resistência interna; assim, também se verificam perdas de energia, bem como a aceleração da degradação da bateria.
6. Amperes de arranque a frio (CCA)
Um dos parâmetros mais críticos de desempenho das baterias de chumbo-ácido, especialmente as destinadas a automóveis, é o CCA (Cold Cranking Amps). O CCA representa uma medida que mostra a quantidade de corrente que pode ser fornecida a baixas temperaturas e indica quanto tempo se pode manter esta corrente sem manter um nível mínimo de tensão aceitável.
A primeira potência de uma pilha ilustra bem como uma pilha bastante boa pode fazer funcionar um motor em condições de frio. As baterias com classificações CCA mais elevadas fornecem mais corrente eléctrica ao motor de arranque e, assim, permitem uma ignição fiável do motor, mesmo quando enfrentam desafios climáticos exigentes, como o aumento da viscosidade do óleo do motor.
7. Taxa de 20 horas e taxa de 10 horas
A taxa de 20 horas e a taxa de 10 horas são utilizadas para medir a capacidade das baterias de chumbo-ácido em diferentes períodos.
“C20” é a taxa de descarga de uma bateria de chumbo-ácido durante 20 horas. Esta taxa refere-se à quantidade de capacidade ou energia que tem para fornecer uma corrente estável durante 20 horas, mantendo a sua tensão. Isto está principalmente disponível para determinar a capacidade das baterias de chumbo-ácido de ciclo profundo cujas aplicações exigem correntes mais baixas sustentadas durante um longo período.
De igual modo, a taxa de 10 horas, designada por “C10”, mede a capacidade da bateria durante um período de descarga de 10 horas. Este tipo de taxa é principalmente aplicado em baterias de chumbo-ácido mais pequenas. Pode indicar a eficácia ou ineficácia da bateria quando utilizada em aplicações que requerem taxas de descarga mais elevadas em comparação com a taxa de 20 horas.
Essas taxas normalizam a medição e a comunicação das capacidades das baterias, de modo a que os consumidores, bem como os fabricantes, possam fazer escolhas informadas relativamente à escolha das baterias, tendo em conta as suas necessidades. Além disso, embora algumas baterias sejam capazes de tolerar descargas mais elevadas a taxas mais rápidas, isso afectará a sua capacidade, uma vez que esta varia em função de factores como a resistência interna e os processos químicos no interior da bateria.
8. Vida útil do flutuador e vida útil do ciclo
A flutuação e o ciclo de vida são indicadores-chave da durabilidade do ácido de chumbo, reflectindo o seu desempenho e longevidade em diferentes condições de funcionamento.
Vida útil de flutuação: A vida útil da bateria flutuante é quando uma bateria de chumbo-ácido pode funcionar de forma fiável num estado de carga flutuante com pouca ou nenhuma deterioração percetível. No carregamento flutuante, a bateria mantém a sua ligação a um carregamento contínuo a uma tensão mais baixa, mas continua a ter um estado de carga. Vida útil flutuante é necessária para aplicações que requerem uma fonte de energia segura e estável, como sistemas de reserva em standby e iluminação de emergência. O tempo de flutuação, mais significativo, mostra quanto tempo as baterias toleram períodos prolongados de funcionamento em standby, mantendo a sua capacidade e desempenho.
Vida útil do ciclo: O ciclo de vida é o número de ciclos de carga-descarga que uma bateria de chumbo-ácido pode suportar sem que a capacidade se deteriore acentuadamente. Este parâmetro é útil em aplicações que requerem ciclos frequentes, como o armazenamento de energias renováveis e os veículos eléctricos. Um ciclo de vida mais elevado mostra a tolerância a ciclos repetidos de carga e descarga, mantendo a capacidade e o desempenho de uma bateria. Descargas mais profundas do que as recomendadas afectarão a vida útil do ciclo.
O conhecimento do tempo de flutuação e do tempo de ciclo ajuda os utilizadores a escolherem baterias de chumbo-ácido que correspondam aos requisitos específicos das suas aplicações. O equilíbrio entre o tempo de flutuação e o tempo de ciclo é importante para otimizar o tempo de vida operacional e a eficiência da bateria em vários cenários.
9. Desempenho de segurança
A segurança é um componente significativo do desempenho das baterias de chumbo-ácido em comparação com outros produtos químicos de baterias diferentes menos propensos ao descontrolo térmico, mas as baterias de chumbo-ácido ainda apresentam considerações de segurança:
1. Gaseificação e ventilação: Durante o carregamento, as baterias de chumbo-ácido produzem hidrogénio e oxigénio. Em espaços mal ventilados ou confinados, estes gases acumulam-se, o que representa um elemento de risco de explosão. O melhor seria utilizar uma ventilação adequada para dissipar esse gás sem constituir um elemento de risco de explosão.
2. Fuga de ácido: As baterias de chumbo-ácido têm ácido sulfúrico como eletrólito, pelo que podem ocorrer fugas devido a quaisquer danos causados no invólucro da bateria. Isto também causa riscos de queimaduras químicas, juntamente com possíveis riscos ambientais.
3. Sobrecarga: Na ação de sobrecarga, há uma maior produção de gás, levando à perda de eletrólito, sobreaquecimento e, possivelmente, danificando a bateria. Curto-circuitos acidentais devido a danos ou falhas internas levam à geração de calor, salpicos de eletrólito e potenciais incêndios.
4. Manutenção: A falha da bateria pode resultar de um manuseamento inadequado, que inclui a adição de água não destilada ou métodos de carregamento incorrectos, libertação de gás ou fuga de ácido.
Técnicas adequadas de manuseamento, manutenção e armazenamento, bem como o cumprimento das directrizes do fabricante, podem reduzir os problemas de segurança relacionados com as baterias de chumbo-ácido.
10. Características de temperatura
As características da temperatura afectam em grande medida o desempenho das baterias de chumbo-ácido. A diferentes temperaturas, estas baterias apresentam comportamentos variados: Eficiência de carga e descarga: O tempo frio actua como um obstáculo para as reacções químicas dentro da bateria num curto espaço de tempo. Estas reacções químicas reduzidas provocam uma fraca eficiência de carga e de descarga da bateria. As temperaturas elevadas podem acelerar estas reacções, acelerando a perda de capacidade.
Auto-descarga: Em condições ambientais extremas, as temperaturas elevadas podem acelerar a taxa de auto-descarga de uma bateria, fazendo com que esta perca energia mais rapidamente quando está inativa. Isto é especialmente relevante em aplicações que envolvem longos períodos de armazenamento da bateria.
Eletrólito: As temperaturas extremas podem afetar a viscosidade dos electrólitos e reduzir o fluxo de iões, reduzindo o desempenho geral da bateria.
Ciclo de vida: O funcionamento das baterias de chumbo-ácido a temperaturas extremas, especialmente a temperaturas elevadas, acelera os processos de envelhecimento e reduz a vida útil da bateria.
Uma gestão adequada da temperatura, como o isolamento ou a ventilação durante o armazenamento a frio ou o funcionamento a quente, asseguraria um desempenho ótimo da bateria de chumbo-ácido e prolongaria a sua vida útil.
11. Norma JIS
A Norma Industrial Japonesa (JIS) para baterias de chumbo-ácido, principalmente a JIS D5301, define os requisitos e especificações para as baterias para automóveis normalmente utilizadas em veículos. A norma abrange vários aspectos, incluindo dimensões, características de desempenho, rotulagem e métodos de ensaio.
A norma JIS D5301 define parâmetros como a capacidade, o desempenho de arranque a frio, a capacidade de reserva e a resistência interna. Também enumera os requisitos de rotulagem para dar aos consumidores informações sobre as capacidades de uma bateria.
Esta norma é harmoniosa, pois mantém a qualidade das baterias para automóveis produzidas e vendidas no Japão, para que os consumidores possam fazer escolhas informadas e garantir a compatibilidade com os seus veículos. Estas directrizes são seguidas pelos fabricantes que criam baterias que cumprem os critérios de desempenho e segurança estipulados. A adesão à norma JIS melhora a fiabilidade da bateria, apoia os regulamentos da indústria e contribui para o bom funcionamento dos veículos, oferecendo baterias normalizadas com desempenhos consistentes.
12. Norma EN
A norma EN (Norma Europeia) especifica a utilização de baterias de chumbo-ácido em motores de arranque de automóveis. Tem alguns parâmetros de conceção, desempenho, segurança e rotulagem de uma bateria.
Intitulada EN 50342, esta norma descreve parâmetros como a capacidade, o desempenho do arranque a frio, a capacidade de reserva, bem como as dimensões dos terminais. Também enumera os métodos de ensaio para os avaliar, de modo a que sejam consistentes e exactos em várias marcas de pilhas.
A norma procura garantir a qualidade, a segurança e a fiabilidade das baterias de arranque neste mercado. A conformidade com a norma EN 50342 permite aos produtores fabricar baterias que satisfazem os critérios de desempenho e segurança estabelecidos, aumentando assim a confiança dos consumidores e mantendo a compatibilidade com os veículos. A conformidade com a norma EN apoia os requisitos regulamentares e melhora a eficiência de funcionamento dos veículos, fornecendo baterias normalizadas com atributos de desempenho consistentes.
A linha de fundo
As baterias de chumbo-ácido continuam a ser relevantes devido às suas características distintivas e parâmetros de desempenho. Desde a tensão nominal e a capacidade até ao seu desempenho em termos de segurança, passando pelas características de temperatura, estas provaram a fiabilidade da sua utilidade e versatilidade. Quer sejam utilizados em veículos, sistemas de energia de reserva ou qualquer outra aplicação, a compreensão desses parâmetros é essencial para maximizar a eficácia e a longevidade. Com o progresso da tecnologia, as baterias de chumbo-ácido continuarão muito provavelmente a evoluir, mantendo-se intactas no mundo do armazenamento de energia.