As baterias de níquel-cádmio (Ni-Cd) são componentes componentes de aeronaves, reconhecidas pela sua confiabilidade. Neste post, exploraremos a construção e operação dessas baterias, abordando desde sua tensão nominal até sua capacidade e resistência interna.
Além disso, discutiremos os procedimentos essenciais de manutenção, os desafios associados e a correta instalação na aeronave. Acompanhe-nos nesta análise técnica sobre as baterias de Ni-Cd e sua importância na aviação.
BATERIAS DE NÍQUEL-CÁDMIO
No universo da aviação, cada detalhe é essencial para garantir a segurança, eficiência e confiabilidade das aeronaves. Dentre os diversos componentes que compõem um avião, as baterias de níquel-cádmio (Ni-Cd) desempenham um papel crucial, principalmente em situações de emergência e na alimentação de sistemas elétricos essenciais quando os motores estão desligados.
Como comissário de voo, muitas vezes nossa atenção está voltada para os passageiros e para a operação a bordo, mas compreender os sistemas que nos mantêm não são fundamentais. Neste post, vamos aprofundar as características intrincadas das baterias de Ni-Cd usadas em aeronaves, abordando desde sua construção e princípios de operação até os meticulosos procedimentos de manutenção e instalação.
As baterias usadas nas aeronaves, chamadas de baterias de níquel-cádmio, são feitas de células que contêm líquido. Uma coisa boa sobre essas células é que elas têm mais energia para o peso que possuem, comparadas às baterias de chumbo-ácido.
Além disso, a capacidade de entregar energia de uma bateria de níquel-cádmio permanece praticamente a mesma enquanto ela é usada. Embora sejam mais caras do que as baterias normais de chumbo-ácido, as baterias de níquel-cádmio são usadas nas turbinas das aeronaves.
Isso porque a energia extra que elas fornecem é útil para evitar problemas ao ligar os motores das turbinas quando estão quentes, justificando o custo mais alto. Você pode ouvir elas sendo chamadas de “baterias ni-cad”, que é uma abreviação de níquel-cádmio.
Construção das células e das baterias
As células de níquel-cádmio são semelhantes às células de chumbo-ácido e são colocadas em uma caixa de metal isolado ou de plástico na ordem correta. Em seguida, elas são conectadas em série pelos conectores de células. As células finais podem ser conectadas a pontos externos ou a uma unidade de desconexão rápida.
A Figura acima ilustra uma bateria completa. Na maioria das baterias de níquel-cádmio para aeronaves, as células possuem tampas ventiladas, como mostrado na Figura abaixo
As baterias são projetadas de forma inteligente. Elas têm um selo de borracha que permite que qualquer gás que se forme dentro delas escape, caso estejam em expansão. Mas se o gás não estiver sob pressão, o selo fecha a saída do tampão e mantém o eletrólito dentro, prevenindo derrames acidentais durante o voo.
As aberturas em cada célula são importantes para o caso de a bateria ficar sobrecarregada. Somente nessa situação, uma célula específica, chamada célula ni-cad, pode emitir gás. Normalmente, durante a operação normal, a bateria não emite quase nenhum vapor, então a caixa da bateria é selada, não precisando de ventilação.
Os gases que podem ser emitidos pelas células são mantidos dentro da caixa da bateria, que é projetada para aceitá-los e retê-los com segurança.
Cada bateria tem células compostas por placas positivas e negativas, separadores, eletrólitos, um invólucro e uma tampa. As placas são feitas de chapas de metal sinterizadas com materiais ativos.
Para criar as placas, o níquel carbonilo é sinterizado a altas temperaturas em uma base de aço niquelado perfurada ou fio de níquel tecido. Isso resulta em material poroso, com 80-85% de espaço vazio e 15-20% de material sólido.
Essas placas porosas são impregnadas com sais de níquel para as placas positivas e sais de cádmio para as negativas. Uma vez que absorvem material suficiente, as placas são imersas em um eletrólito e submetidas a corrente elétrica, convertendo os sais em sua forma final. Após serem lavadas, secas e cortadas, um separador de níquel é soldado nas extremidades das placas, conectando-as em grupos.
O separador em uma célula de níquel-cádmio desempenha um papel crucial. Ele consiste em uma fina camada multicamada de nylon poroso, envolto em celofane. A principal função do separador é evitar que as placas positivas e negativas entrem em contato direto. Este separador contínuo é posicionado entre as placas, à medida que cada placa é adicionada ao conjunto.
A parte de celofane no separador atua como uma barreira, impedindo que o oxigênio gerado nas placas positivas durante a sobrecarga alcance as placas negativas. Isso é importante porque o oxigênio nas placas negativas pode se combinar com o cádmio, gerando calor.
Esse calor excessivo pode levar à fuga térmica, um estado no qual os produtos químicos da bateria se aquecem tanto que podem causar danos graves, inclusive a possibilidade de explosão. Portanto, o celofane tem a função crucial de prevenir essa fuga térmica, garantindo a segurança e a integridade da bateria.
O superaquecimento de uma bateria de níquel-cádmio não é bem explicado pela ideia de “fuga térmica” ou “ciclo vicioso”. Esse superaquecimento não acontece sozinho e pode ser controlado. A forma como a aeronave carrega a bateria faz com que ela fique cada vez mais quente, mas é possível parar esse processo ao isolar a bateria do sistema de carga.
A bateria de níquel-cádmio não esquenta excessivamente por si só; algo interno precisa estar causando o aumento de temperatura. Geralmente, o superaquecimento acontece devido a erros na manutenção ou no uso da bateria. Esse uso inadequado ocorre quando a bateria é drenada com muita corrente durante várias partidas do motor em um curto período.
O calor que se acumula na bateria enfraquece e danifica o material entre as placas positivas e negativas dentro das células. Isso diminui a resistência elétrica da célula, resultando em menor tensão. O problema se agrava quando a bateria recebe uma quantidade excessiva de corrente do sistema de carga constante da aeronave, o que gera ainda mais calor dentro da bateria.
Os sensores de temperatura e sobrecorrente são obrigatórios pela FAA em todas as baterias de niquel-cádmio usadas para arranque de motor. Eles são conectados a indicadores de alerta que ajudam o piloto a tomar medidas corretivas se a bateria estiver sob muito estresse.
Se a bateria apresentar uma condição de vazamento de calor, o piloto precisa desligá-la do sistema elétrico e pousar a aeronave o mais rápido possível. Essas medidas são essenciais para garantir a segurança durante o voo.
O líquido dentro de uma bateria de níquel-cádmio é chamado de eletrólito. Ele é feito de 70% de água pura e 30% de hidróxido de potássio, o que faz com que ele seja mais pesado, com um valor de 1,3. O peso do eletrólito pode variar um pouco, entre 1,24 e 1,32, em diferentes baterias de níquel-cádmio, mas isso não afeta muito como a bateria funciona.
É importante saber que o eletrólito não participa na troca de energia quando a bateria é usada e recarregada. Isso significa que não é possível descobrir o quão cheia ou vazia está a bateria de níquel-cádmio ao medir o peso do eletrólito usando um aparelho chamado densímetro. A densidade do eletrólito não muda, mesmo quando a bateria está sendo usada.
O recipiente de célula é uma estrutura composta por um frasco de células de plástico e uma tampa correspondente, que são permanentemente unidos durante a montagem. Sua principal função é fornecer uma caixa selada para a célula, garantindo que não ocorram vazamentos de eletrólito ou contaminação. A tampa de ventilação é colocada na parte superior da célula e também é feita de plástico.
Ela possui uma válvula feita de um material flexível, como borracha ou plástico, que permite a liberação de gases, especialmente quando a bateria está em sobrecarga. A tampa pode ser removida sempre que necessário para ajustar o nível de eletrólito.
A válvula de ventilação fecha automaticamente a tampa para evitar vazamento de eletrólito. Na Figura abaixo, há desenhos que mostram como é o núcleo celular e a montagem completa de uma célula para uma bateria de níquel-cádmio.
A célula completa de níquel-cádmio, como mostrado na Figura acima é montada de forma meticulosa. Primeiro, os separadores das placas são soldados nos seus lugares apropriados nas placas. Em seguida, o conjunto das placas e terminais é inserido no invólucro da célula.
Neste ponto, o defletor, a tampa e a vedação do terminal são cuidadosamente colocados para selar a célula de forma permanente. As células individuais são agrupadas dentro de um compartimento de bateria e conectadas entre si por ligações condutoras feitas de aço inoxidável.
Tipicamente, cerca de 19 a 20 células são conectadas em série, dependendo da voltagem total requerida. O compartimento da bateria é construído principalmente com materiais como aço inoxidável, aço carbono ou fibra de vidro. Em todos os casos, é necessário um isolante interno para evitar curtos-circuitos.
Para recipientes de aço inoxidável, um revestimento de plástico é utilizado, enquanto os de aço carbono geralmente são revestidos com um epóxi resistente a produtos químicos alcalinos, que possui excelentes propriedades de isolamento elétrico. Um exemplo de um conjunto de bateria completo pode ser visto na Figura (Uma típica bateria montada (Marathon Power Technologies.)
Princípios de operação
O uso de uma bateria de níquel-cádmio traz uma vantagem importante: os materiais ativos presentes nas placas da célula não passam por mudanças na sua estrutura física, mas apenas em seu estado de oxidação.
Em outras palavras, esses materiais não se dissolvem no eletrólito de hidróxido de potássio. Esse comportamento garante que as células sejam altamente estáveis, mesmo sob cargas pesadas, e que os produtos químicos utilizados durem por um longo tempo antes que a bateria precise ser substituída.
No texto anterior, explicamos que nas baterias de níquel-cádmio carregadas, as placas têm materiais ativos diferentes: a placa negativa tem cádmio metálico (Cd), enquanto a placa positiva tem oxi-hidróxido de níquel (NiOOH). Quando a bateria está sendo usada e descarregando, os íons hidróxido (OH) presentes no líquido da bateria reagem com o cádmio na placa negativa, liberando elétrons.
Esse processo transforma o cádmio em hidróxido de cádmio (Cd(OH)2). Ao mesmo tempo, os íons hidróxido da placa positiva migram para o líquido da bateria, carregando consigo elétrons adicionais. Isso faz com que os elétrons saiam das placas positivas e vão para as placas negativas durante a descarga da bateria.
A solução líquida da bateria, chamada eletrólito, permanece contendo hidróxido de potássio. Isso ocorre porque os íons hidróxido são adicionados ao eletrólito tão rapidamente quanto são retirados dele.
Essa constante adição e remoção de íons hidróxido mantêm o peso específico do eletrólito praticamente inalterado, independentemente do nível de carga da bateria. Portanto, não é possível usar o peso específico do eletrólito como um indicador confiável do estado de carga da bateria.
Durante o carregamento de uma bateria de níquel-cádmio, ocorre um processo importante. Os íons de hidróxido migram da placa negativa para o eletrólito, fazendo com que o hidróxido de cádmio na placa negativa se transforme novamente em cádmio metálico.
Ao mesmo tempo, no eletrólito, os íons de hidróxido se combinam com o hidróxido de níquel presente nas placas positivas. Isso resulta em uma mudança no material ativo das placas, levando-o a um estado de maior oxidação chamado de oxi-hidróxido de níquel.
Esse processo continua até que todo o material ativo das placas seja transformado. No entanto, se a carga continuar por muito tempo, a bateria entrará em sobrecarga. Isso pode levar à decomposição da água do eletrólito por eletrólise.
Esse processo gera hidrogênio nas placas negativas e oxigênio nas placas positivas, e essa mistura de gases pode ser perigosa, podendo até explodir. Por isso, é extremamente importante tomar precauções para evitar qualquer chance de ignição dos gases durante a operação.
Durante a sobrecarga, a água se perde do eletrólito devido à eletrólise, um processo onde a água é decomposta em hidrogênio e oxigênio. Também ocorre perda de água por evaporação e captura de partículas durante a ventilação dos gases na célula.
Teoricamente, a cada 3 horas de sobrecarga, cerca de 1 centímetro cúbico de água é perdido devido à eletrólise. No entanto, na prática, essa perda não é tão alta, pois ocorre algum reagrupamento de hidrogênio e oxigênio dentro da célula, reduzindo a perda total de água.
O separador posicionado entre as placas tem duas funções principais. Primeiro, ele fornece isolamento elétrico, impedindo o contato direto entre as placas positivas e negativas, o que poderia causar curto-circuito. Segundo, atua como uma barreira de gás, especialmente o celofane, que impede que o oxigênio alcance as placas negativas.
Isso é importante porque o oxigênio atingindo as placas negativas causaria aquecimento excessivo, resultando em danos às placas, como já mencionado anteriormente. Portanto, o uso de materiais como tecido de nylon e celofane desempenha um papel fundamental na prevenção de problemas e na manutenção adequada do funcionamento da célula.
Tensões nominais
A Tensão de Carga Alcalina (TCA) de 1,28 V é a mesma para todas as células de níquel-cádmio com ventilação, não importando o quão grande seja a célula. A TCA pode mudar um pouco com a temperatura e o tempo desde a última vez que a bateria foi carregada.
Logo após o carregamento, a TCA pode ser mais alta, alcançando 1,40 V, mas rapidamente cai para um valor entre 1,35 e 1,28 V. Por exemplo, uma bateria 20-ni-cad poderia ter uma TCA entre 25,6 e 27 V. A tensão imediatamente após o carregamento geralmente é um pouco mais alta do que a TCA média.
Por exemplo, uma bateria de níquel-cádmio pode chegar a 27,5 V imediatamente após o carregamento, o que seria 1,5 V por célula para uma bateria com 19 células.
Perto do final do processo de carregamento, a mesma bateria pode alcançar 28,5 V, desde que continue recebendo corrente de carga. No entanto, essa tensão diminui rapidamente assim que a bateria é desconectada do carregador e logo chega perto de 25 V.
A Tensão de Corte Final (TCF) de uma bateria de níquel-cádmio de célula ventilada está normalmente entre 1,2 e 1,25 Volts. Essa medida de tensão não é fixa, pois pode variar conforme diferentes fatores.
Esses fatores incluem a temperatura da bateria, quanto tempo passou desde a última vez que ela foi carregada e também a quantidade de energia retirada da bateria (corrente de descarga).
Quando a bateria está sendo usada moderadamente, a TCF se mantém relativamente constante, até que a bateria esteja quase completamente descarregada. Na Figura 3-32, você pode ver uma representação gráfica da TCF em relação a uma célula de níquel-cádmio.
Capacidade e resistência interna
A bateria de níquel-cádmio é poderosa e fornece mais energia do que uma bateria de chumbo-ácido do mesmo tamanho e peso. Isso ocorre devido à grande quantidade de energia instantânea que pode ser produzida por essa bateria, o que a torna excelente para dar partida em motores de turbina.
A capacidade da bateria depende do tamanho total das placas dentro dela, ou seja, quanto maior a área da placa, maior será a capacidade da bateria.
A maioria das baterias de níquel-cádmio é projetada para sistemas de 24 volts e tem uma capacidade que varia de 22 a 80 ampères-hora (Ah). O valor da corrente por hora é medido em uma taxa de descarga de 5 horas, a menos que haja indicação em contrário.
A capacidade de uma bateria depende em parte da sua resistência interna. A resistência interna das baterias de níquel-cádmio ventiladas, como as de ventilação, é muito baixa, sendo inferior a 1 miliôhmio por célula. Isso significa que essas baterias podem liberar uma corrente de descarga alta e manter uma tensão adequada.
A resistência interna baixa também permite recarregar rapidamente essas baterias. Esse baixo nível de resistência acontece principalmente porque essas baterias possuem uma grande área de superfície de materiais ativos, graças ao uso de uma placa muito porosa.
Uma bateria de níquel-cádmio produz energia de forma estável, mesmo em situações difíceis, como temperaturas muito baixas. A temperatura ideal é de 60 a 90 °F. Fora dessa faixa, a capacidade total da bateria diminui um pouco, como mostrado na Figura acima.
PROCEDIMENTOS DE MANUTENÇÃO DA BATERIA DE NÍQUEL-CÁDMIO
A bateria de níquel-cádmio precisa de cuidados especiais para funcionar bem. Sempre siga as instruções do fabricante ao fazer manutenção nela. As dicas a seguir mostram como geralmente se cuida dela e como anotar tudo direito. Cada bateria deve ter um registro próprio de manutenção. Isso ajuda a encontrar problemas e a manter a bateria funcionando bem.
- CUIDADO: Durante a manutenção, siga as precauções deste capítulo.
A programação de manutenção de aeronaves estabelece um tempo para verificar a bateria. Essa verificação precisa acontecer a cada 50 horas de voo para baterias novas. Isso é importante para garantir que a bateria funcione bem com a aeronave. Depois de algum tempo, esse tempo de verificação pode ser maior. Antes de tirar a bateria da aeronave, siga as instruções de inspeção e faça reparos, se precisar.
- Primeiro, verifique o recipiente da bateria em busca de rachaduras, deformações ou danos.
- Se a bateria tiver um sistema de ventilação, certifique-se de que o fluxo de ar está adequado.
- Verifique as células da bateria e limpe-as, se necessário, especialmente se houver depósitos de carbonato de potássio, um pó branco que pode se acumular no topo das células. Use uma escova não metálica ou um pano úmido para remover o pó. Caso haja muitos depósitos, suspeite de sobrecarga ou vazamento e limpe as células individualmente.
- Verifique os conectores das células em busca de corrosão, rachaduras e sinais de superaquecimento. Se encontrar algum desses problemas, será necessário descarregar e desmontar a bateria para reparos.
- Inspeccione as tampas das células para verificar se o anel-O (anéis de vedação) e a ventilação estão em boas condições. Caso estejam sujas, lave-as com água limpa e morna.
- Verifique o nível do eletrólito nas células para garantir que estejam com a quantidade adequada. Se a bateria estiver muito cheia e houver vazamento, será preciso removê-la, descarregá-la e desmontá-la para limpeza e reparos. Se o nível do eletrólito estiver baixo, adicione água destilada somente após a bateria ficar inativa por pelo menos 2 horas após a carga. Nunca adicione água a uma bateria descarregada ou de carga desconhecida, pois o nível do eletrólito aumenta significativamente durante o carregamento, o que pode causar transbordamento se a água for adicionada antes disso.
Recondicionamento e carga de baterias de níquel-cádmio
O recondicionamento de baterias de níquel-cádmio de aeronaves geralmente acontece após cerca de 100 a 500 horas de voo. O tempo exato para o recondicionamento depende principalmente de como a aeronave é ligada, das temperaturas durante o funcionamento e da configuração do regulador de tensão do gerador de partida. Esses mesmos fatores também influenciam quantas vezes é necessário adicionar água às células da bateria.
O objetivo do recondicionamento é evitar que as células da bateria fiquem desequilibradas, o que temporariamente pode reduzir a capacidade da bateria. Desequilíbrios nas células podem ocorrer quando a aeronave carrega a bateria usando um sistema de carga de tensão constante.
Isso acontece porque as células podem ficar “fora de balanço” devido a diferenças de temperatura, eficiência de carga ou taxas de autodescarga variadas entre as células.
A falta de eletrólitos suficientes também pode contribuir para a perda de capacidade. Para garantir que a bateria funcione da melhor forma possível e tenha uma vida útil longa, é importante tratar qualquer desequilíbrio de forma adequada.
Para garantir a segurança e o bom funcionamento das baterias, é importante separar a área de serviço para as baterias de níquel-cádmio da área de serviço para as baterias de chumbo-ácido. Isso ocorre porque os materiais químicos de uma bateria podem neutralizar a outra, causando danos.
É recomendado ter duas salas ventiladas diferentes para a manutenção de cada tipo de bateria. Além disso, é crucial nunca trocar as ferramentas utilizadas na manutenção, pois a troca de ferramentas pode levar à neutralização parcial do eletrólito da bateria de níquel-cádmio, o que também pode causar danos.
Mantenha cada tipo de bateria em seu próprio espaço e utilize ferramentas separadas para garantir a segurança e o desempenho adequado de ambos os tipos de baterias.
Os passos habituais para revitalizar uma bateria são os seguintes: primeiro, a bateria é inspecionada, como mencionado antes. Depois, ocorre uma descarga controlada. Em seguida, a bateria é desmontada, limpa ou consertada, conforme necessário. Posteriormente, a bateria é montada novamente e recarregada.
Durante a montagem, é fundamental observar a polaridade correta das células e usar o torque apropriado para apertar os parafusos ou porcas dos conectores das células. Conectores de célula que estejam apertados demais, sujos ou corroídos podem levar a falhas.
Para resolver um desequilíbrio nas células durante o processo de revitalização, a bateria geralmente é totalmente descarregada e, em seguida, recarregada.
Esse procedimento é conhecido como ciclo profundo da bateria. É importante notar que os detalhes específicos desse ciclo profundo variam de acordo com o tipo de bateria, portanto, é crucial consultar os dados de manutenção apropriados.
Quando você recebe uma bateria que está totalmente carregada, é importante verificar se há vazamentos de eletricidade. Isso é feito antes de descarregar a bateria e serve para identificar se há corrente elétrica vazando das partes internas para o exterior da bateria.
Se essa corrente vazar em quantidade maior do que 50 mA, medida a partir de qualquer ligação positiva da célula com o exterior da bateria, é considerado um vazamento significativo. Agora, se a bateria chega até você já descarregada, é necessário realizar um teste de vazamento depois de recarregá-la.
O vazamento de corrente elétrica, que é quando a eletricidade escapa das células para fora da bateria, normalmente acontece por causa de excesso de líquido em cima ou ao redor das células. Portanto, se for detectado um vazamento elétrico grande, é preciso remover, limpar e secar todas as células e a caixa da bateria.
Durante esse processo, é importante verificar cada célula para ver se há algum vazamento de líquido que poderia ter causado o excesso de líquido ao redor delas. Se for encontrada alguma célula com vazamento ou eletrólito escapando, essa célula deve ser substituída.
Geralmente, ao recondicionar uma bateria, é importante esvaziá-la completamente. Para isso, você precisa de um equipamento especial de descarga projetado para baterias de níquel-cádmio.
Quando a energia das células da bateria cai para 0,5 V ou menos, você deve usar clipes de curto-circuito, que conectam o lado positivo ao lado negativo de cada célula. Isso faz com que a bateria se esvazie completamente.
Para recarregar a bateria durante o recondicionamento, você tem duas opções: usar um carregador de corrente constante ou um carregador de tensão constante. Em ambos os casos, a bateria precisa receber uma carga de 120% a 140% da sua capacidade nominal ao longo de 5 horas.
Por exemplo, se tiver uma bateria de 40 Ah e estiver usando um carregador de corrente constante, você deve aplicar uma carga de 8 A por 7 horas. Isso é calculado multiplicando a capacidade da bateria (40 Ah) pela corrente de carga (8 A) e pela duração da carga (7 h), e depois multiplicando por 140%, o que resulta em uma carga de 56 Ah.
Existem dois sistemas comuns de carregador/analisador de baterias: o Marathon PCA-131 e o Christie RF80-K. O Marathon PCA-131 foi projetado para facilitar o carregamento e análise automática de baterias de níquel-cádmio, simplificando o processo de recondicionamento. Este carregador/analisador possui uma função Go, No-Go que indica a condição da bateria.
A carga correta de descarga de corrente é previamente selecionada através da posição do interruptor. Durante o carregamento, a bateria pode ser deixada sem supervisão, pois o sistema automaticamente ajusta as mudanças de tensão da linha. Além disso, o sistema encerra automaticamente a descarga se a tensão média da bateria cair abaixo de um valor pré-determinado.
O Christie RF80-K (Figura 3-34) faz o mesmo trabalho que o PCA-131, atuando como um carregador e analisador. No entanto, ele é mais eficiente devido ao DigiFLEX, um sistema de pré-análise que reduz o tempo de manutenção. Esse sistema funciona de maneira semelhante à tecnologia usada para recarregar baterias de lanternas e baterias ni-cad de célula seca.
Ele foi criado para carregar as baterias de aeronaves em menos de 1 hora, além de aumentar a capacidade e vida útil das baterias. O Christie RF80-K também pode reviver baterias descartadas após um carregamento padrão. Além disso, ele é projetado para resolver problemas de desequilíbrio nas células durante o processo de revitalização da bateria.
Durante os últimos 15% da carga da bateria ni-cad, é importante evitar uma corrente baixa, pois isso pode causar desequilíbrio entre as células. O sistema ReFLEX lida com isso usando impulsos negativos durante o processo de carga para eliminar gases internos que se acumulam nas placas das células.
Esses gases aumentam a densidade da corrente elétrica, levando ao superaquecimento da bateria. O carregador/analisador Christie utiliza a tecnologia de microcontrolador para uma análise e carregamento rápidos das baterias ni-cad.
É fundamental seguir as orientações dos fabricantes ao carregar baterias. No caso das baterias de níquel-cádmio ventiladas, a carga é geralmente feita a cerca de 140% da capacidade total. Para atingir esse valor, o tempo de carga é aumentado em cerca de 40% em relação ao tempo necessário para carregar 100% da capacidade estimada em ampère-hora da bateria.
Lembre-se sempre das precauções ao carregar baterias de níquel-cádmio, evitando curtos-circuitos acidentais. Conectores expostos nas células são especialmente suscetíveis a curtos-circuitos causados por ferramentas ou joias metálicas.
ATENÇÃO: Para garantir a segurança, é importante usar ferramentas separadas ao realizar a manutenção das baterias. Lembre-se sempre de retirar qualquer joia de metal antes de trabalhar com baterias. Use óculos de proteção ao lidar com a bateria. Antes de carregar, verifique se os conectores da bateria estão limpos, em boas condições e com o torque adequado. Caso algo esteja errado, corrija imediatamente para garantir um funcionamento adequado.
Carregadores de tensão constante
Da mesma forma que ocorre com as baterias de chumbo-ácido, um carregador de tensão constante mantém um fornecimento estável de tensão à bateria enquanto está sendo carregada. A corrente que flui do carregador, nesse caso, é mais alta no começo do processo de carga e vai diminuindo à medida que a bateria se enche de energia.
A quantidade exata de corrente que passa depende da capacidade do carregador, da temperatura ambiente e de quão descarregada a bateria estava inicialmente.
É crucial acertar a configuração da voltagem ao utilizar um carregador de voltagem constante. O aparelho de carregamento precisa ser ajustado adequadamente para assegurar uma carga completa da bateria, evitando sobrecarga.
Uma voltagem de carga excessivamente baixa resultará em carregamento insuficiente, enquanto uma voltagem excessivamente alta causará sobrecarga, potencialmente danificando as células da bateria devido ao vazamento térmico. Portanto, encontrar o equilíbrio é fundamental para uma carga eficaz e segura.
Carregadores de corrente constante
O carregamento de baterias de níquel-cádmio com corrente constante é uma boa ideia porque ajuda a equilibrar as células da bateria e garante que ela fique completamente carregada, evitando problemas de aquecimento. No entanto, esse tipo de carregamento geralmente leva mais tempo e pode resultar em mais perda de água durante a sobrecarga em comparação com o carregamento com tensão constante.
É importante seguir as instruções de carregamento fornecidas pelo fabricante ao usar carregadores de corrente constante. Geralmente, quando você está recarregando baterias totalmente descarregadas, é recomendado carregá-las com uma corrente igual a 5 vezes a capacidade da bateria (medida em ampères-hora) por um período de 7 horas.
Isso significa que durante o processo de carregamento, cerca de 40% a mais de corrente é fornecida do que o necessário, para compensar as perdas que ocorrem durante o carregamento da bateria.
Tanto o equipamento de carga quanto a bateria precisam ser observados regularmente durante todo o processo de carga. É especialmente importante prestar atenção nas primeiras e últimas horas de carregamento. No começo, é crucial controlar a quantidade de corrente elétrica e a força da energia para garantir que estejam nos níveis corretos.
É normal que a corrente de carga não se estabilize até que a bateria alcance sua maior quantidade de energia. No final do processo, quando estiver quase completa, é fundamental verificar se o líquido na bateria não está fervendo demais. Se isso acontecer, é um sinal de que a bateria atingiu sua capacidade máxima e deve ser retirada do carregador.
Existem diferentes formas de carregamento derivadas dos dois métodos mencionados acima, que são aplicáveis em situações específicas. No entanto, em grande parte das situações, os métodos de carga constante de tensão ou constante de corrente são os mais utilizados.
Para preservar baterias de níquel-cádmio ao longo de um período extenso, especialmente durante o armazenamento, pode-se empregar um processo de carga chamado flutuação ou gotejamento. Essas técnicas garantem que a bateria permaneça completamente carregada durante o período de armazenamento.
Tanto o método de flutuação quanto o de carga lenta fornecem uma corrente extremamente baixa para compensar a perda natural de carga da bateria ao longo do tempo. Alternativamente, um carregador inteligente pode monitorar automaticamente o estado da bateria e aplicar corrente de carga somente quando necessário.
A formação de espuma de eletrólitos
Se você perceber que está se formando espuma enquanto a bateria está sendo carregada de qualquer maneira, é importante ficar de olho na bateria ou na célula em questão.
Às vezes, quando você adiciona água extra à célula recentemente, pode acontecer de o líquido da bateria criar espuma durante o processo de carregamento. Geralmente, essa situação tende a melhorar à medida que a célula é usada mais vezes e não significa necessariamente que a célula está com defeito.
No entanto, se a espuma continuar a se formar e o líquido da bateria começar a vazar constantemente das tampas, isso pode ser um sinal de que a célula foi contaminada por algum material estranho. Nesse caso, é recomendado substituir a célula por uma nova.
Armazenamento da bateria
Ao contrário das baterias de chumbo-ácido, as baterias de níquel-cádmio podem ser armazenadas por longos períodos sem sofrer danos, quer estejam completamente carregadas ou descarregadas.
No entanto, antes de guardar a bateria, é importante garantir que ela esteja limpa para evitar corrosão excessiva. À temperatura ambiente, uma bateria de níquel-cádmio carregada conservará a maior parte de sua energia ao longo de 6 meses de armazenamento.
Se você planeja usar a bateria imediatamente, é aconselhável mantê-la em uma carga lenta, ou seja, com uma corrente de carga muito baixa, durante o período de armazenamento. Durante esse processo de carga lenta, é necessário garantir uma boa ventilação, verificar periodicamente o nível do eletrólito na bateria e repor a água perdida, se necessário.
Se você precisar guardar uma bateria por um longo tempo sem usá-la, é importante seguir algumas etapas para garantir seu bom estado. Primeiro, certifique-se de descarregar completamente a bateria antes do armazenamento, inclusive usando clipes para zerar cada célula.
Enquanto estiver guardada, conecte os polos positivo e negativo da bateria principal para evitar desequilíbrios. Antes de guardar, aplique uma fina camada de uma substância não condutora, como vaselina, na conexão das células para evitar corrosão.
Quando for usar a bateria novamente após o armazenamento, comece limpando-a adequadamente. Retire todos os clipes de curto-circuito, se usados, e recarregue a bateria com a voltagem e configurações apropriadas.
Antes de iniciar o processo de recarga, certifique-se de limpar bem as tampas das células para remover qualquer resíduo de carbonato de potássio, garantindo que as aberturas funcionem como deveriam.
INSTALAÇÃO DAS BATERIAS NA AERONAVE
Compartimento da bateria
O compartimento da bateria em um avião precisa ser facilmente acessível para que a bateria possa ser reparada e inspecionada regularmente. Além disso, ele deve ser isolado de substâncias prejudiciais, como combustível, óleo e sistemas de ignição. Caso o acumulador da bateria emita gases durante a operação, o compartimento deve ser equipado com um sistema de ventilação adequado.
Para proteger a bateria contra corrosão causada pelo eletrólito, o interior do compartimento deve ser revestido com uma tinta especial. Adicionalmente, a bateria deve ser instalada de forma que qualquer eletrólito derramado seja drenado ou absorvido sem entrar em contato com a estrutura do avião.
A plataforma ou base onde a bateria é colocada deve ser suficientemente forte para suportá-la em todas as condições de voo e pouso. Para garantir sua segurança e estabilidade, a bateria deve ser firmemente fixada no lugar com parafusos que são fixados à estrutura da aeronave.
Baterias com invólucro metálico são mantidas no lugar por meio de parafusos que atravessam as orelhas na tampa da bateria. Já as baterias não metálicas são presas por grampos de metal que se fixam às alças da bateria ou ao longo da borda da caixa de bateria. Essas medidas são essenciais para garantir o correto funcionamento e a segurança da bateria no avião durante seu uso.
As baterias não devem ser colocadas nos espaços do motor, a menos que medidas apropriadas sejam adotadas para evitar riscos de incêndio e danos à bateria em temperaturas muito altas.
Os fabricantes de baterias indicam que temperaturas de 110 a 115°F [43 a 46°C] ou mais podem rapidamente danificar as partes internas da bateria. É importante nunca exceder a temperatura crítica estabelecida pelo fabricante.
Em casos necessários, é possível manter a bateria em uma temperatura segura por meio de ventilação. Para isso, um tubo pode ser instalado, que direciona o ar do ambiente para dentro do compartimento da bateria, enquanto outro tubo apropriado conduz o ar quente para fora, ajudando a regular a temperatura.
Instalação da bateria
Antes de instalar uma bateria em uma aeronave, é importante realizar uma inspeção detalhada da bateria. Certifique-se de verificar o nível do eletrólito, lembrando-se de adicionar água somente após a carga.
Além disso, examine o conector da célula e avalie o estado geral da bateria. Não esqueça de também inspecionar o plug de desconexão rápida tanto na bateria quanto na aeronave. Se encontrar sinais de corrosão ou folga, é necessário substituir ou consertar o plug. Verifique se a aeronave e os conectores da bateria têm a mesma polaridade.
Quando substituir uma bateria de chumbo-ácido antiga por uma bateria de níquel-cádmio, siga estas etapas adicionais. Neutralize o compartimento da bateria antiga com uma solução de soda e água e certifique-se de secar completamente a área. Depois disso, aplique uma camada de tinta álcali-resistente no compartimento.
Além disso, assegure-se de que a nova bateria tenha ventilação adequada para dissipar o calor gerado durante o uso. Tenha em mente que uma bateria que se encaixa muito firmemente no compartimento pode superaquecer.
Antes de prosseguir, verifique se as especificações de carga da bateria correspondem à voltagem do sistema de carga da aeronave. Lembre-se de que uma bateria de níquel-cádmio requer uma carga a uma tensão específica para funcionar corretamente.
Esses cuidados garantirão a instalação e operação adequadas da bateria, minimizando riscos e garantindo a segurança durante o uso na aeronave.
Após a instalação, conecte um monitor de temperatura à bateria e siga o manual da aeronave para inspecionar seus sistemas. Verifique se todas as áreas que precisam de fio de segurança estão protegidas adequadamente. Caso os terminais de saída da bateria estejam isolados, talvez seja necessário instalar coberturas de proteção ou isolantes.
Esses isolantes evitam curtos-circuitos, que podem causar falhas elétricas graves ou incêndios. Depois de concluir a instalação, realize uma verificação operacional da bateria, incluindo a do motor de arranque, se aplicável, e examine o sistema de carga.
Sistemas de ventilação
Os compartimentos onde as baterias são guardadas, conhecidos como caixas de bateria, geralmente possuem aberturas para permitir a saída de gases indesejados ou calor que é produzido quando a bateria está sendo carregada ou descarregada.
A Figura acima mostra um exemplo de como isso é feito em aviões pequenos. Esses sistemas garantem que o ar seja constantemente movido, criando uma espécie de ventilação, graças à pressão baixa na saída de ar enquanto o avião está voando.
No caso das baterias feitas de níquel-cádmio, que são bastante utilizadas, a principal preocupação é remover o calor da caixa onde a bateria fica guardada.
A quantidade de gás que é produzida durante o funcionamento é mínima, e a caixa da bateria é fechada de forma hermética para evitar vazamentos. Por essa razão, normalmente não é necessário lidar com a remoção de gases químicos.
No entanto, algumas caixas de baterias de níquel-cádmio não possuem aberturas para ventilação. Quando a ventilação é necessária para resfriar a bateria, sistemas especiais são usados. Esses sistemas podem usar ar forçado, ou seja, ar que é soprado dentro da caixa, ou até mesmo ar que é regulado por uma válvula controlada por um dispositivo chamado termostato.
Esse termostato funciona como um regulador de temperatura: se a bateria estiver abaixo de uma certa temperatura, a válvula se fecha para evitar a entrada de ar; mas quando a bateria precisa de resfriamento, a válvula se abre para permitir a entrada de ar fresco.
Quando se faz a manutenção desses sistemas de bateria, é importante garantir que as aberturas por onde o ar circula (os tubos de ventilação) estejam desobstruídas.
Se por algum motivo essas aberturas estiverem bloqueadas, pode-se usar ar comprimido ou lavar com água para garantir que o sistema de ventilação continue funcionando corretamente.
Cabos da bateria
Dentro de um avião, os cabos elétricos da bateria precisam ser bem robustos para transportar qualquer quantidade de energia da bateria a qualquer momento. Eles são isolados com cuidado e protegidos contra desgaste causado por atrito e vibração.
Normalmente, esses cabos são fixados à estrutura da aeronave usando grampos ou clipes revestidos de material macio, como borracha ou plástico. Esses cabos da bateria são conectados com firmeza aos pontos de contato da bateria, e a maneira mais comum de fazer isso é mostrada na Figura abaixo.
Um pedaço de metal resistente é unido ao final do cabo, e esse pedaço é ligado ao ponto de contato usando uma porca com orelhas, uma arruela plana e uma arruela de bloqueio. É importante notar que essa é apenas uma das formas de fazer essa conexão; há outras maneiras também que são igualmente adequadas.
Além disso, para prevenir curtos-circuitos acidentais nos pontos de contato da bateria, é necessário usar uma proteção chamada de tampa terminal. Essa tampa pode ser feita de plástico ou borracha e é colocada sobre o ponto de contato. Alternativamente, os próprios pontos de contato podem ser mantidos dentro de uma caixa protetora da bateria, o que também evita o risco de curto-circuitos.
Plugs de desconexão rápida
Conectores de desconexão rápida são peças encontradas em algumas baterias de chumbo-ácido e praticamente em todas as baterias de níquel-cádmio. Esses conectores têm duas partes: um adaptador, que é fixado no lugar da tampa do terminal da caixa da bateria, e um tampão no qual os cabos da bateria são conectados.
Para isso, são usados dois pinos lisos que são parafusados nos terminais da bateria. Quando é necessário desconectar a bateria, um plug de desconexão rápida é usado. Esse plug é puxado para o lugar da bateria usando um parafuso grande que está ligado a um volante. Esse mesmo parafuso também empurra o plug para fora dos terminais, desconectando assim a bateria.
Na Figura abaixo, é mostrado um exemplo de um conector de bateria popular. Esse conector é composto por duas partes principais: o conjunto de terminais, que é conectado à bateria e funciona como um encaixe, e o conjunto do conector de encaixe, ao qual os cabos da bateria são ligados. O conjunto de tampa é inserido no encaixe da bateria e é mantido seguro por um parafuso central, semelhante a um verme.
O jeito como os cabos foram criados permite que eles tenham bastante área em contato com o pino que se encaixa, o que faz com que a conexão seja boa e sem dificuldades. Os cabos são feitos de um tipo de fio de cobre que tem uma camada de prata, o que os deixa flexíveis, e eles foram desenhados para encaixar bem nos pinos que ficam na bateria.
De vez em quando, é importante olhar os pinos e as partes onde os cabos se conectam. Se você notar que alguma conexão está frouxa, que algum ponto está queimado, com manchas ou enferrujado, é hora de trocar esses contatos.
As baterias de níquel-cádmio desempenham um papel vital na aviação, fornecendo armazenamento de energia confiável para diversas operações críticas. Elas são construídas a partir de células individuais, unidas para formar uma bateria completa, com cada célula possuindo uma tensão nominal específica.
Quando se fala em capacidade e resistência interna, as baterias de níquel-cádmio são valorizadas pela sua capacidade de fornecer alta potência com uma resistência interna relativamente baixa.
A manutenção dessas baterias é um aspecto crucial para garantir seu desempenho ideal. Os procedimentos variam desde o recondicionamento, que visa restaurar a bateria até sua capacidade máxima, até métodos de carregamento específicos, como os carregadores de tensão e corrente constantes.
É vital observar as características da formação de espuma de eletrólitos, pois isso pode indicar problemas que requerem atenção. Não que diz respeito ao armazenamento, manter as baterias em um local fresco e seco pode prolongar sua vida útil.
A instalação das baterias na aeronave é outro aspecto essencial. O compartimento da bateria deve ser projetado para proteger a bateria de elementos externos, enquanto os sistemas de ventilação garantem que qualquer gás liberado seja expelido de forma segura. A utilização de cabos de alta qualidade e plugues de desconexão rápida facilita a manutenção e garante uma conexão segura.
Em resumo, as baterias de níquel-cádmio são componentes intrínsecos da aviação moderna, e uma compreensão aprofundada de sua construção, operação e manutenção é essencial para qualquer profissional do setor. Seja para garantir a segurança da aeronave ou para melhorar a eficiência operacional, o gerenciamento correto dessas baterias é fundamental.
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