As baterias, embora muitas vezes esquecidas no contexto do funcionamento diário de uma aeronave, desempenham um papel vital para garantir que os sistemas críticos permaneçam operacionais, especialmente em situações de emergência. No vasto domínio das baterias aeronáuticas, encontramos uma variedade de tecnologias e especificações, desde células voltaicas e de níquel-cádmio até baterias de chumbo-ácido. Em nossa exploração, vamos aprofundar profundamente em suas estruturas, benefícios e riscos potenciais, abordando questões como resistência interna e preocupações ambientais. Além disso, desvendaremos os princípios por trás do design de baterias, compreendendo a complexidade de sua construção e os cuidados essenciais durante sua manutenção. A operação segura e eficiente de uma aeronave muitas vezes depende do conhecimento detalhado destes componentes.

Acumuladores de energia para aeronaves são dispositivos usados para fornecer energia elétrica aos equipamentos de monitoramento e testes presentes nas aeronaves. Existem muitos tipos e tamanhos diferentes de baterias e células em uso hoje, devido à diversidade de dispositivos eletrônicos.

Uma célula é a unidade básica de uma bateria, e a tensão elétrica que a bateria produz é determinada pelas substâncias químicas dentro da célula. As baterias são construídas com várias células combinadas em um recipiente.

Os dois tipos mais comuns de baterias usadas em quase todas as aeronaves são as de niquel-cádmio e chumbo-ácido. A corrente elétrica fornecida por uma bateria depende das substâncias químicas usadas para fazer suas células, bem como do tamanho e número de células na bateria.

Esses conceitos são importantes para os técnicos e engenheiros que projetam circuitos ou determinam a potência necessária para os equipamentos a serem alimentados. O capítulo irá explicar mais detalhadamente a teoria e construção dos diferentes tipos de baterias e suas células.

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CÉLULAS SECAS E BATERIAS 

Células voltaicas

Quando diferentes substâncias ou metais entram em contato, podem ocorrer trocas de elétrons entre eles, resultando em uma carga elétrica positiva em um e negativa no outro. Isso acontece porque esses materiais têm polaridades opostas. Se colocarmos duas placas de metais diferentes em uma solução química, chamada eletrólito, haverá a criação de cargas elétricas opostas nas placas.

Em termos ainda mais simples, um eletrólito é uma mistura de água com um composto químico que pode fazer com que a solução conduza eletricidade. Por exemplo, em acumuladores de energia de aeronaves, o eletrólito é geralmente uma mistura de ácido sulfúrico e água.

Outras soluções, como água salgada, também podem funcionar como eletrólitos. Essas soluções possibilitam a passagem de corrente elétrica através delas, o que é muito útil em diversos processos e dispositivos elétricos.

Quando uma substância é chamada de “eletrólito”, isso significa que ela pode conduzir eletricidade. Isso acontece porque ela contém íons, que são pequenas partículas carregadas eletricamente – algumas são positivas e outras são negativas.

Quando um composto químico é dissolvido em água, ele se separa em diferentes partes. Algumas dessas partes ganham uma carga elétrica positiva e outras ganham uma carga elétrica negativa.

Um exemplo que pode ilustrar melhor esse processo é quando uma barra de carbono e uma placa de zinco são colocadas em uma solução de cloreto de amônio, formando uma célula voltaica elementar, como mostra a Figura abaixo (que não está presente aqui).

Nessa célula voltaica, ocorre uma reação química que faz com que os íons positivos e negativos se movimentem e, assim, gerem uma corrente elétrica que pode ser utilizada para realizar trabalho ou alimentar algum dispositivo elétrico. Esse é o princípio básico por trás do funcionamento de algumas pilhas e baterias. 

Imagine que temos duas peças, uma feita de carbono e outra de zinco. Essas peças são chamadas de eletrodos. O eletrodo de carbono é chamado de ânodo e fica com uma carga positiva. O eletrodo de zinco é chamado de cátodo e fica com uma carga negativa.

Quando colocamos a placa de zinco em uma solução especial chamada eletrólito, os átomos de zinco começam a se transformar em íons e entram na solução. Cada átomo de zinco perde dois elétrons na placa e se torna um íon positivo, com uma deficiência de elétrons.

Enquanto isso, os íons de zinco na solução são positivos porque eles deixaram esses dois elétrons na placa de zinco.

Essa combinação dos dois eletrodos com o eletrólito forma o que chamamos de célula. E assim começa um processo chamado de reação eletroquímica, onde há uma transferência de elétrons entre os eletrodos através do eletrólito. Essa transferência de elétrons é o que gera a energia elétrica na célula. 

Imagine que temos uma placa de zinco e uma barra de carbono mergulhadas em uma solução com cloreto de amônio. A placa de zinco fica com uma carga positiva, atraindo íons de zinco próximos a ela, enquanto a barra de carbono fica negativa.

Quando os dois eletrodos (placa de zinco e barra de carbono) são conectados por um fio condutor externo, algo interessante acontece. Os elétrons livres do zinco começam a fluir através do fio e vão para a barra de carbono, equilibrando a carga elétrica.

Ao mesmo tempo, na solução com cloreto de amônio, o cloreto de amônio se separa em íons de hidrogênio (positivos) e íons de amônio e cloro (negativos).

Os íons de hidrogênio migram para a barra de carbono, onde cada íon pega um elétron do carbono, tornando-se um átomo de hidrogênio neutro.

Os íons de zinco, que são positivos, combinam-se com os íons de cloreto (que são negativos) na solução, formando zinco neutro e coletando os íons de hidrogênio liberados na solução.

Em resumo, através das reações químicas que ocorrem no processo, elétrons são removidos da barra de carbono e liberados na placa de zinco. Isso é o que permite a passagem da corrente elétrica no sistema e a manutenção do equilíbrio de cargas.

Quando colocamos uma placa de zinco em uma solução com íons de zinco, a placa fica com carga negativa. Essa carga negativa mantém os íons de zinco próximos à placa de zinco, evitando que ela se decomponha por um período prolongado, desde que haja equilíbrio entre a carga negativa da placa e a carga positiva dos íons de zinco em solução.

Na solução, temos cloreto de amônio que se separa em íons de hidrogênio positivos e uma combinação de íons de amônio e cloro que são carregados negativamente.

Quando conectamos dois eletrodos (zinco e carbono) por um condutor externo, os elétrons livres do zinco fluem para a barra de carbono, enquanto os íons de hidrogênio movem-se para a barra de carbono. Lá, cada íon de hidrogênio recebe um elétron e se torna um átomo de hidrogênio neutro.

Os íons positivos de zinco se combinam com os íons negativos de cloreto de amônio para coletar os íons de hidrogênio liberados na solução.

Essas reações químicas têm como resultado a remoção de elétrons da barra de carbono e sua transferência para a placa de zinco. Isso cria uma fonte contínua de elétrons disponíveis no eletrodo de zinco, que é o eletrodo negativo na célula eletroquímica.

Quando conectamos os dois eletrodos, ocorre um processo chamado “polarização”. Nesse processo, os elétrons se movem para a barra de carbono, onde se combinam com íons de hidrogênio, transformando-os em moléculas de hidrogênio. O gás de hidrogênio se forma na barra de carbono e se separa da solução em que está. Esse processo de polarização faz com que a corrente elétrica pare, mas a corrente volta a fluir assim que o hidrogênio é removido.

Uma célula seca zinco-carbono padrão é usada em lanternas e outros dispositivos. Essa célula contém um composto chamado dióxido de manganês (MnO2) para evitar a acumulação de hidrogênio no lado positivo da célula. Na Figura abaixo, você pode ver um desenho dessa célula.

O termo “seca” é usado porque o eletrólito da célula está na forma de uma pasta, o que significa que a célula pode ser manuseada sem o risco de vazamentos. Isso torna a célula mais segura e fácil de usar em diferentes aplicações, como lanternas.

Essa célula eletroquímica é composta por uma placa de zinco como eletrodo negativo e uma barra de carbono como eletrodo positivo. O espaço entre esses elementos é preenchido com dióxido de manganês, misturado com grafite para reduzir a resistência interna da célula.

O eletrólito de pasta fica em contato próximo com a placa de zinco através de um caminho poroso. O topo da célula é lacrado com um material não condutivo para evitar vazamentos e a secagem do eletrólito, garantindo seu funcionamento adequado. Esse sistema permite a geração de energia elétrica por meio de reações químicas controladas.

Muitas células são colocadas dentro de uma fina embalagem de aço galvanizado para que elas se tornem mais resistentes e duráveis. Entre o interior da embalagem (feita de zinco) e o exterior, é colocada uma camada de material isolante para evitar problemas de curto-circuito.

Cada célula contém um tipo de material que gera uma tensão elétrica. Por exemplo, uma célula de zinco-carbono gera uma tensão de aproximadamente 1,5 volts (V). A tensão elétrica de uma célula depende dos materiais usados para fazer os eletrodos. Por exemplo, uma célula secundária chumbo-ácido, como as usadas em baterias recarregáveis, gera uma tensão de 2,1 V.

Os eletrodos (placas) em uma pilha ou bateria são feitos de chumbo para o negativo e peróxido de chumbo para o positivo. Diferentes metais têm polaridades definidas quando estão em contato com outros. Por exemplo, níquel e alumínio colocados em um eletrólito terão polaridades opostas, enquanto níquel e prata terão polaridades invertidas.

Metais quimicamente mais ativos são melhores para o lado negativo dos eletrodos, permitindo que a pilha ou bateria produza energia elétrica controlada para uso em dispositivos eletrônicos.

Uma célula primária é aquela que não pode ser recarregada após o uso, pois seus elementos se deterioram durante a produção de corrente elétrica. Como resultado, não é possível restaurar completamente a sua capacidade original por meio de recarga. Um exemplo comum de célula primária é a célula usada em lanternas, onde a placa negativa se deteriora devido à reação com o eletrólito.

Em contraste, uma célula secundária pode ser recarregada e reutilizada diversas vezes. Nesse tipo de célula, o material das placas não se dissolve no eletrólito durante o uso, mas passa por mudanças químicas que permitem a recarga. Ao recarregar a célula secundária, seus componentes voltam ao estado original, restaurando sua capacidade de gerar eletricidade novamente.

Em uma célula secundária, que é uma espécie de bateria recarregável, a reação química que acontece dentro dela pode ser revertida, o que permite que a célula seja recarregada. Para recarregá-la, é necessário aplicar uma tensão maior do que aquela produzida normalmente pela própria célula através de seus terminais.

Ao conectar a célula secundária a uma fonte de alimentação, o terminal positivo da fonte é conectado ao terminal positivo da célula, e o terminal negativo da fonte é conectado ao terminal negativo da célula. Essa conexão com a fonte de alimentação faz com que uma corrente elétrica flua pela célula, mas agora em uma direção oposta àquela em que ela normalmente flui quando está sendo usada para fornecer energia.

Isso reverte a reação química dentro da célula e a recarrega, pronta para ser usada novamente. É como encher a bateria com energia para que ela possa ser usada várias vezes.

Quando queremos recarregar uma célula, como uma bateria, usamos um carregador que fornece uma tensão maior do que a tensão que a célula normalmente produz. Essa tensão mais alta faz com que os elétrons fluam para dentro do polo negativo da célula e para fora do polo positivo.

Esse fluxo de elétrons faz com que uma reação química aconteça dentro da célula, mas agora no sentido contrário ao que ocorre quando a célula está sendo usada para fornecer energia.

Essa reação química revertida faz com que os elementos dentro da célula voltem à sua composição original, e é nesse momento que dizemos que a célula está carregada. Ou seja, ela está pronta para ser usada novamente.

As células secundárias, como baterias recarregáveis, podem passar por esse processo de carga e descarga muitas vezes antes de se deteriorarem ao ponto em que precisam ser descartadas.

Os símbolos padrões para uma bateria e uma única célula são mostrados na Figura abaixo. Uma bateria pode ser feita de uma única célula ou de várias células conectadas entre si. Esses símbolos também têm uma determinada polaridade, o que significa que as conexões positivas e negativas são indicadas para que a bateria seja conectada corretamente em um circuito elétrico.

Baterias de alta-energia são fontes de energia alternativa usadas em dispositivos eletrônicos comuns, como notebooks, telefones celulares, carros e aeronaves. Elas são construídas com várias células secundárias conectadas em série e/ou paralelo para criar baterias recarregáveis robustas.

Algumas baterias especiais também são usadas em aeronaves para situações de emergência ou energia de reserva. Em resumo, essas baterias são essenciais para o funcionamento eficiente de nossos dispositivos e veículos modernos.

As baterias especiais têm uma estrutura parecida com outras baterias que conhecemos, mas contêm substâncias químicas diferentes para armazenar mais energia e durar mais tempo. Essas substâncias incluem coisas como íon-lítio, dióxido de lítio-manganês, hidróxido de níquel e óxido de prata.

Essas baterias especiais são usadas em lugares específicos e precisam ser instaladas e cuidadas com atenção extra. Se não forem manuseadas corretamente, podem causar danos aos aparelhos eletrônicos. Portanto, é essencial verificar as informações técnicas da aeronave antes de substituir, recarregar ou fazer manutenção na bateria. Isso garante que tudo funcione bem e com segurança.

Um eletrólito é uma solução que contém principalmente hidróxido de potássio, que é uma substância muito forte e perigosa, semelhante a um detergente doméstico poderoso. Se entrar em contato com a pele, pode causar queimaduras graves.

As células alcalinas têm diferentes tipos de materiais para seus eletrodos, como dióxido de manganês e zinco, óxido de prata e zinco, óxido de prata e cádmio, óxido de mercúrio e zinco, ou níquel e cádmio. Esses materiais dos eletrodos determinam se a célula será recarregável ou não recarregável e também a tensão que ela produzirá.

A maioria das células alcalinas comuns produz cerca de 1,5 V sem carga aplicada. Na figura abaixo, são mostrados exemplos de diferentes células usadas em dispositivos eletrônicos.

Células de níquel-cádmio:

Células de níquel-cádmio são dispositivos elétricos desenvolvidos para serem muito eficientes e confiáveis. Elas são usadas em dispositivos pequenos que antes utilizavam pilhas comuns de zinco-carbono e também em outros aparelhos que exigem mais energia do que as pilhas de zinco-carbono podem fornecer.

Além disso, essas células estão sendo fabricadas em tamanhos maiores para serem usadas em aeronaves, onde é necessário fornecer energia para grandes demandas. Mais adiante, no mesmo capítulo, será explicado como é feito o serviço e a manutenção das baterias de níquel-cádmio usadas em aeronaves.

As células de níquel-cádmio são uma espécie de bateria que contém dois tipos de eletrodos: um feito de cádmio metálico quando está carregado e se torna hidróxido de cádmio durante a descarga, e outro feito de hidróxido de níquel quando carregado e se transforma em hidróxido de níquel [Ni(OH)2] durante a descarga.

Essas mudanças químicas nos eletrodos são o que permite que a bateria forneça energia e possa ser recarregada para ser usada novamente.

Existem eletrodos utilizados em células de níquel-cádmio, que são uma espécie de bateria. Esses eletrodos são feitos de materiais ativos e podem ter diferentes formas: podem ser recipientes de aço com furos para segurar os materiais, ou placas perfuradas de níquel, ou ainda telas de tecido de níquel impregnadas com os materiais ativos.

Para criar esses eletrodos, é utilizado um processo chamado sinterização. Esse processo envolve aquecer partículas muito pequenas de metal em um molde até que elas quase derretam. Quando as partículas se aquecem, elas se unem umas às outras nos pontos de contato, resultando em um material sólido e resistente.

No caso dos eletrodos de níquel-cádmio, os materiais ativos utilizados para as placas positivas são níquel ou carbonila de níquel, enquanto para as placas negativas é utilizado o cádmio.

A figura abaixo mostra uma célula de níquel-cádmio que foi cortada para que possamos visualizar a sua estrutura.

Uma célula secundária é aquela que pode ser recarregada e usada várias vezes sem que seus componentes ativos se deteriorem significativamente. Um benefício da célula de níquel-cádmio secundária é que ela pode ficar descarregada por um longo tempo sem se deteriorar, desde que esteja em temperaturas normais.

Por outro lado, se uma bateria de chumbo-ácido fica descarregada por muito tempo, as placas sofrem um processo chamado sulfatação, resultando em uma perda significativa de sua capacidade.

Durante a descarga de uma célula de níquel-cádmio, os elétrons são liberados no material negativo enquanto ocorre uma mudança química. Esses elétrons fluem pelo exterior do circuito elétrico e voltam ao eletrodo positivo, onde os íons positivos no eletrólito removem os elétrons do eletrodo positivo.

Já durante a carga, ocorre uma ação inversa, e o eletrodo negativo é restabelecido a um estado de cádmio metálico, permitindo assim que a pilha seja reutilizada várias vezes.

As células de níquel-cádmio são baterias que geram gás no final da carga e durante a sobrecarga, com hidrogênio formando-se no eletrodo negativo e oxigênio no eletrodo positivo. Existem dois tipos de células: as ventiladas, que liberam o gás gerado na atmosfera, e as lacradas, que eram um meio de absorção para esses gases.

Nas células lacradas, o eletrodo de cádmio é projetado para ter uma capacidade de carga maior que o eletrodo positivo, permitindo que ele seja completamente carregado antes do eletrodo negativo.

Dessa forma, o oxigênio é liberado no eletrodo positivo sem gerar hidrogênio, mantendo a célula equilibrada e totalmente carregada durante a sobrecarga, pois o eletrodo de cádmio é oxidado a uma taxa adequada para compensar a entrada de energia.

Quando carregamos uma célula de acordo com a taxa recomendada, ela pode suportar sobrecargas por até 200 ou 300 ciclos de carga sem sofrer danos. No entanto, se carregarmos a célula muito rapidamente, a pressão do oxigênio dentro dela pode ficar tão alta que pode romper o selo da bateria. Por isso, é muito importante controlar cuidadosamente a velocidade de carga para garantir a segurança e a vida útil da célula.

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Perigos das baterias

As baterias representam um perigo potencial e precisam ser tratadas com cuidado. Mesmo quando estão descarregadas, podem liberar substâncias químicas prejudiciais ao meio ambiente, aos sistemas eletrônicos e às pessoas. Quando estiverem carregados, mantenha níveis altos de energia que, se não forem manuseados corretamente, podem causar danos graves.

Para evitar acidentes, é fundamental seguir algumas precauções ao lidar com as baterias. Sempre leia e siga as instruções e instruções específicas. Alguns procedimentos comuns de segurança incluem o uso de proteção para os olhos e luvas de borracha ao manusear como baterias. Dependendo do tipo de bateria, outras medidas de proteção pessoal podem ser recomendadas.

Lembre-se sempre de seguir as orientações do fabricante e tomar todas as medidas necessárias para garantir a sua segurança e a segurança do meio ambiente ao lidar com baterias.

As explosões de baterias podem ser causadas por mau uso ou mau funcionamento. Se alguém tentar encher uma bateria primária (não recarregável) ou se a bateria for descarregada muito rapidamente devido a problemas no circuito, a bateria pode superaquecer e acabar explodindo. Além disso, as baterias de chumbo-ácido, que emitem gás de hidrogênio durante o carregamento, apresentam risco de explosão se não forem manuseadas corretamente.

É preciso tomar cuidado durante o carregamento dessas baterias para evitar o acúmulo de gás potencialmente explosivo e superaquecimento, que também pode resultar em explosão. Em resumo, é crucial seguir as orientações adequadas para o uso e carregamento das baterias, especialmente as de chumbo-ácido, a fim de evitar acidentes graves e explosões.

As baterias são dispositivos que armazenam energia para uso em aparelhos eletrônicos, mas algumas delas contêm substâncias químicas corrosivas ou venenosas. Em caso de vazamento, tanto baterias com eletrólito líquido quanto baterias de célula seca podem liberar essas substâncias, o que pode causar danos ao equipamento e ser prejudicial às pessoas.

Por esse motivo, é essencial ter extremo envolvimento em casos de vazamento e seguir as orientações dos fabricantes, como a remoção de baterias de aparelhos inativos por longos períodos, a fim de evitar qualquer dano potencial decorrente de possíveis vazamentos.

Preocupações ambientais

Todas as baterias comerciais utilizam substâncias químicas tóxicas que levantam preocupações ambientais. O descarte inadequado das baterias usadas pode contribuir para o aumento do lixo eletrônico, além de causar danos acidentais e vazamentos de substâncias químicas que podem contaminar o solo e as fontes de água locais.

O processo de fabricação das baterias também apresenta riscos ambientais, exigindo cuidados extremos. No entanto, tais problemas podem ser evitados por meio de cuidados apropriados e procedimentos de reciclagem competentes.

É fundamental tratar as baterias como perigos químicos perigosos, reciclá-las corretamente e seguir os protocolos de limpeza caso tenham causado um derramamento químico, visando minimizar os efeitos negativos ao meio ambiente.

Tensões de circuito aberto e circuito fechado

Existem duas formas de medir a tensão de uma bateria ou célula. Quando não há carga aplicada à bateria, devido a “tensão de circuito aberto” (TCA). Já quando aplicamos uma carga à bateria, culturas de “tensão de circuito fechado” (TCF).

A TCA é sempre maior do que a TCF, pois a bateria consegue manter uma tensão mais alta quando não há corrente fluindo por ela. Quando a bateria é utilizada para alimentar um dispositivo e a corrente elétrica começa a fluir, sua tensão diminui, provocada em um valor menor de TCF em comparação com a TCA.

U TCA (Tensão de Circuito Aberto) de uma bateria de aeronave completamente carregada é de 13,2 V, mas quando uma carga pequena é aplicada, o TCA cai para cerca de 12 V, tornando-a comumente conhecida como uma bateria de 12 V Já o valor da TFC (Tensão de Fim de Carga) de uma bateria depende da carga aplicada e do estado de carga da bateria.

Se a bateria estiver conectada a uma carga pesada, o TFC será menor em comparação com uma carga leve, e se a bateria estiver quase totalmente descarregada, o TFC também será menor em relação a quando estiver totalmente carregada.

Normalmente, o estado de carga da bateria tem pouco impacto no TCA que estará próximo de seu download até completar. A relação entre TCA e TFC para várias cargas e descargas de baterias é ilustrada na Figura abaixo. Essa resposta foi melhor ou pior?MelhorarPiorMesmo

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Resistência interna

Uma bateria, quando conectada a um dispositivo, possui uma resistência interna (RI) que limita o fluxo de corrente elétrica dentro dela. Essa resistência é determinada pela carga aplicada e pelo estado de carga da bateria. Podemos calcular um RI usando a diferença de tensão entre uma bateria totalmente carregada e quase descarregada, dividida pela corrente de carga.

Essa fórmula é baseada na lei de Ohm, R = E/I. Por exemplo, se a tensão da bateria totalmente carregada é de 14 volts, a tensão quando quase descarregada é de 12 volts e estamos aplicando uma carga de 100 amperes, a resistência interna da bateria seria de 0,02 ohms.

A resistência interna de uma bateria aumenta conforme ela é descarregada, ou seja, conforme vai perdendo energia. Isso acontece porque a tensão da bateria quando está quase descarregada (TCF) diminui, enquanto a tensão da bateria quando está totalmente carregada (TCA) se mantém quase constante. Com essa diferença de tensão entre TCA e TCF aumentando, a resistência interna (RI) da bateria também aumenta.

A resistência interna de uma bateria é importante quando escolhemos uma fonte de energia ou projetamos um circuito delicado. No entanto, para usos gerais, a resistência interna da bateria não prejudicará o sistema elétrico de uma aeronave, desde que a bateria esteja com pelo menos 75% de sua carga máxima.

Quando a bateria está com uma carga abaixo disso, sua resistência interna fica muito alta e a tensão quando está quase descarregada (TCF) cai significativamente, o que pode afetar o desempenho do circuito.

Um exemplo comum de desconexão da bateria ocorre quando usamos uma segunda bateria para dar partida em um carro com a bateria descarregada. Esse processo é conhecido como “dar partida em ponte” ou “chupeta”. Para fazer isso corretamente, é importante conectar os terminais das baterias de forma correta: o terminal positivo de uma bateria ao terminal positivo da outra e o terminal negativo ao terminal negativo.

Isso é chamado de observação da polaridade. Se a polaridade não for seguida, uma grande quantidade de corrente pode fluir e danificar o sistema. Isso pode causar faíscas e superaquecimento dos cabos e da bateria. É essencial conectar as baterias corretamente para evitar problemas graves e perigos associados ao uso da bateria.

BATERIAS DE CHUMBO-ÁCIDO DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA

Um acumulador é um termo usado há muito tempo para descrever uma bateria feita de células secundárias, especialmente aquelas de chumbo-ácido e níquel-cádmio.

Existem dois tipos de baterias de chumbo-ácido utilizadas atualmente na aviação: as ventiladas e as lacradas (Figura abaixo). As baterias modernas de chumbo-ácido lacradas são mais robustas e mantidas de menos manutenção em comparação às mais antigas ventiladas de chumbo-ácido encontradas em algumas aeronaves.

Por essa razão, as baterias de chumbo-ácido estão sendo usadas para substituir as mais caras baterias de níquel-cádmio em algumas aeronaves movidas por turbinas.

Em aeronaves movidas por turbina, se você usar baterias de chumbo-ácido, é necessário ter uma fonte de energia externa disponível para ligar os motores. Além disso, as baterias de chumbo-ácido precisam ser substituídas com mais frequência.

Mesmo com melhorias nas baterias de chumbo-ácido, elas ainda não conseguem fornecer a mesma quantidade de energia que as baterias de níquel-cádmio. Por isso, a maioria das pessoas continua usando baterias de níquel-cádmio como fonte de energia. Mais adiante neste capítulo, falaremos sobre as baterias de níquel-cádmio.

As células secundárias de chumbo-ácido são compostas por placas de um material de chumbo imersas em uma solução de ácido sulfúrico e água, que é o eletrólito. Cada célula gera cerca de 2,1 volts (V) quando está completamente carregada e aproximadamente 2 V quando conectada a uma carga significativa.

As baterias de aeronaves desse tipo, chamadas de chumbo-ácido, são geralmente rotuladas como 12 ou 24 volts (V), o que significa que elas possuem 6 ou 12 células conectadas em série (veja a Figura acima).

Na verdade, uma bateria de 12 V tem uma tensão próxima de 12,6 V (6 células x 2,1 V/célula) quando está totalmente carregada. Já uma bateria de 24 V fornece 25,2 V (12 células x 2,1 V/célula). A Figura acima mostra como as células individuais da bateria são conectadas por placas de conectores externos.

Atualmente, em baterias modernas de chumbo-ácido, os conectores de células estão localizados dentro da bateria, o que reduz o risco de curto-circuito acidental entre as células.

Na utilização de células em baterias, elas podem ser conectadas de duas maneiras: em série ou em paralelo, conforme representado nos diagramas da Figura abaixo. Quando as células são produzidas em série, a tensão total é a soma das tensões individuais, gerada em uma maior tensão final.

Já na conexão em paralelo, a tensão total é a mesma da célula individual, mas a capacidade de corrente é multiplicada pelo número de células conectadas.

Para obter tanto alta tensão quanto maior capacidade de corrente, as células podem ser conectadas em um circuito série-paralelo, como na Figura ( Ligação de células em circuito série-paralelo.), onde a tensão é multiplicada pela quantidade de células em série, e a capacidade de corrente é multiplicada pelo número de células em paralelo. Assim, essa configuração permite alcançar as características desejadas de tensão e capacidade para as aplicações em baterias.

Quando ou baterias elétricas são conectadas de forma incorreta, elas podem sofrer danos permanentes. Por exemplo, ao tentar ligar três baterias em paralelo, caso uma delas esteja conectada erroneamente, pode ocorrer um curto-circuito. Isso resultaria em queima de fiação, descarga rápida das baterias e, possivelmente, danos permanentes às mesmas.

Além disso, existe o risco de explosão devido à descarga rápida de bateria mal conectada. Portanto, é fundamental que o técnico responsável compreenda bem as particularidades dos circuitos das baterias e os procedimentos adequados para conexão, a fim de evitar tais problemas e garantir a segurança e o desempenho adequado das baterias e células elétricas.

Os acumuladores, também conhecidos como baterias, são bastante convenientes para uso em aeronaves devido ao seu peso adequado em relação à potência que fornecem. Além disso, podem ser aspirados em um estado quase totalmente carregado através de um alternador de corrente contínua, que é acionado pelo motor da aeronave.

No entanto, é importante destacar que as baterias de avião são usadas apenas quando outras fontes de energia elétrica não estão disponíveis. Em aeronaves leves, elas são empregadas durante a partida do motor, para lidar com demandas intermitentes que excedem a saída do alternador e em situações de emergência, como quando há falha no sistema do alternador.

Em grandes aeronaves a jato, a bateria é reservada principalmente para energia de emergência, enquanto a corrente necessária para iniciar os motores é fornecida por uma unidade de alimentação separada. Em casos extremos, como uma falha completa do sistema de alternador, a bateria ainda pode suprir cerca de 30 minutos de energia de emergência nos jatos comerciais.

Teoria sobre a célula de chumbo-ácido

A célula secundária de chumbo-ácido usada no acumulador é composta por placas positivas com peróxido de chumbo (PbO2), placas negativas com chumbo puro esponjoso (Pb) e um eletrólito feito de uma mistura de 30% de ácido sulfúrico e 70% de água (H2SO4). Quando a bateria é usada, o ácido sulfúrico se divide em íons de hidrogênio (H2) carregados positivamente e íons de sulfato (SO4) carregados.

Os íons de sulfato reagem com a placa de chumbo, formando sulfato de chumbo (PbSO4), liberando sua carga negativa e criando um excesso de elétrons na placa negativa, permitindo assim o armazenamento e liberação de energia elétrica.

Quando uma bateria de chumbo-ácido é usada, os íons H2 deslocam-se para a placa positiva, onde se combinam com o oxigênio do terminal de peróxido (PbO2) para formar água (H2O), retirando elétrons da placa positiva. Enquanto isso, o terminal de peróxido reage com alguns íons de SO4 para criar o terminal de sulfato na placa positiva. Esse processo resulta em uma deficiência de elétrons na placa positiva e um excesso de elétrons na placa negativa.

Quando as placas são conectadas por um condutor externo, os elétrons fluem da placa negativa para a placa positiva. Esse fluxo continua até que ambas as placas estejam cobertas com sulfato de chumbo e não seja mais possível ocorrer outra reação química, momento em que a bateria é considerada descarregada.

Durante o processo de carga da bateria, uma fonte de alimentação de corrente contínua (CC) é conectada ao acumulador, com o pólo positivo da fonte ligado à placa positiva da bateria e o pólo negativo da fonte ligado à placa negativa da bateria. A tensão da fonte é maior do que a tensão da bateria, o que faz com que a corrente flua na direção oposta, permitindo que a bateria seja recarregada.

Em resumo, para carregar a bateria, conectamos uma fonte de alimentação CC à bateria com polaridades corretas e uma tensão maior do que a da bateria, o que faz a corrente fluir na direção oposta e recarrega a bateria.

Durante o processo de carga de uma bateria de chumbo-ácido, os íons de SO4 presentes nas placas são conduzidos de volta para a solução do eletrólito, onde eles se combinam com os íons H2 da água, formando o ácido sulfúrico. Isso faz com que as placas retornem à sua composição original de peróxido de chumbo e chumbo esponjoso.

Uma vez completado esse processo, a bateria estará carregada. A Figura acima ilustra as mudanças químicas que ocorrem durante o carregamento e descarregamento da bateria de chumbo-ácido.

Construção da bateria de chumbo-ácido

Um acumulador é um conjunto de células de chumbo-ácido conectadas em série, formando uma bateria. Quando a bateria contém 6 células, sua tensão é de cerca de 12 V, e quando contém 12 células, a tensão é de aproximadamente 24 V. A tensão de circuito fechado (TCF) é a tensão

Cada célula de um acumulador é composta por placas positivas e negativas por isoladores. As placas são acompanhadas por uma estrutura chamada grade e um material ativo, comumente composto por 90% de chumbo e 10% de antimônio. O antimônio é adicionado para suportar o chumbo e torná-lo menos suscetível a reações químicas. Alguns graus também podem conter outros metais, como a prata, para aumentar sua durabilidade.

Uma grade típica é ilustrada na Figura abaixo com uma borda pesada para reforço e pequenas barras horizontais e verticais para conter o material ativo. Essas barras também operam como condutores de corrente elétrica.

As barras resistentes nas placas de uma pilha têm duas funções importantes. Primeiro, elas operam como condutores de corrente elétrica, permitindo que a energia seja distribuída de forma uniforme em toda a placa. Segundo, essas placas possuem extensões ou “pés” que se encaixam nos frisos na parte inferior do recipiente da pilha.

Essa disposição é projetada para evitar curto-circuitos que podem ocorrer quando o material ativo vaza das placas e se acumula na parte inferior da célula. Dessa forma, as placas positivas repousam sobre duas nervuras e as placas negativas sobre as nervuras alternativas, garantindo um funcionamento seguro e eficiente da pilha.

A massa de placa negativa de uma bateria contém um aditivo chamado expansor, que é quimicamente inerte e representa menos de 1% da mistura. O objetivo do expansor é evitar a perda de porosidade do material negativo ao longo da vida útil da bateria. Sem o expansor, o material negativo se contrairia, tornando-se mais denso e limitando a reação química imediata com a superfície.

Para obter o máximo aproveitamento do material da placa, é importante que a reação química provocada de maneira uniforme, da superfície para o centro da placa. Alguns materiais comuns usados ​​como expansores são carbono preto, sulfato de bário, grafite, serragem fina e carbono do solo.

Além disso, em algumas baterias, os fabricantes reforçam o material ativo das placas usando fibras de plástico com comprimentos de 3 a 6 mm. Essa adição diminui a vida útil da bateria, melhorando suas características de dureza e porosidade. Outros materiais conhecidos como agentes de dureza e porosidade também podem ser usados ​​em placas positivas para atender a requisitos específicos de diferentes aplicações.

Após a aplicação da pasta de material ativo nas notas das placas, elas são secas em um processo controlado até que prevalecem suportáveis. Em seguida, passe por um tratamento de formação, onde muitas placas positivas são conectadas ao terminal positivo de um aparelho de carga, e as placas negativas (uma a mais) são emitidas ao terminal negativo.

Essas placas são imersas em uma solução de ácido sulfúrico e água (eletrólito) e carregadas lentamente por um longo período. Esse processo converte os compostos de chumbo nas placas em material ativo, resultado em placas positivas castanhas e com textura rígida, enquanto o material das placas negativas se transforma em chumbo esponjoso de cor cinza-perolada. Após a formação, as placas são lavadas, secas e, finalmente, estão prontas para serem agrupadas e montadas.

Resumindo, o processo envolve a aplicação da massa de material nas grades das placas, seguido de secagem e formação em um aparelho de carga com ácido sulfúrico e água. Isso converte os compostos de chumbo em material ativo nas placas positivas e chumbo esponjoso nas placas negativas. Depois de lavadas e secas, as placas podem ser agrupadas e montadas para uso.

Os grupos de placas em uma bateria são formados pela combinação de várias placas semelhantes, conectadas a um terminal comum. A quantidade de placas no grupo é determinada pela capacidade desejada, que, por sua vez, depende da área do material ativo exposto ao eletrólito.

Os fabricantes procuram aumentar a capacidade da bateria aumentando a área das placas, para isso, utilizam caixas de plástico ultra finas que “contêm” a área máxima de placa dentro do tamanho determinado da bateria.

Além disso, aumentar as dimensões internas e externas da bateria também pode ser uma forma de aumentar sua capacidade, mas para uso em aeronaves, há um esforço para tornar as baterias menores, mais leves e com uma capacidade relativamente alta.

Em resumo, os grupos de placas em uma bateria são compostos por placas semelhantes conectadas a um terminal comum. A quantidade de placas no grupo é determinada pela capacidade desejada, que depende da área de material ativo exposta ao eletrólito.

Os fabricantes procuram aumentar a capacidade utilizando caixas de plástico ultrafinas para ampliar a área das placas. Além disso, aumentar as dimensões internas e externas da bateria também aumenta sua capacidade, mas para aplicações em aeronaves, priorizando-se menores, mais leves e com alta capacidade.

Imagine que estamos falando de placas que são usadas em baterias. Cada uma dessas placas tem uma parte elevada na parte superior para que a fita da placa possa ser unida a ela. As placas positivas são um conjunto de placas ativas a uma alça da placa, enquanto as placas negativas também são um conjunto de placas ativas da mesma forma.

Quando esses dois grupos são colocados juntos, com separadores entre as placas positivas e negativas, eles formam o que lideram o “elemento de célula“. Pode-se pensar nesse elemento de célula como uma unidade básica de uma bateria, que é composta por essas placas positivas e negativas e os separadores que as sempre organizadas. Na Figura abaixo, você pode ver uma representação visual disso.

Nas figuras, você pode perceber que há uma menor quantidade de placas positivas em comparação com as placas negativas. Isso é feito para proteger as placas positivas, porque elas tendem a se deformar e se deteriorar mais facilmente do que as placas negativas.

Ao colocar placas negativas ao lado de cada placa positiva, a reação química que ocorre na bateria é distribuída de maneira uniforme em ambos os lados da placa positiva. Esse arranjo evita que a placa positiva sofra deformações excessivas. Em outras palavras, as placas negativas ajudam a sustentar as placas positivas, tornando a bateria mais resistente e eficiente.

Os separadores utilizados nas baterias de chumbo-ácido são materiais como fibra de vidro ou borracha, que têm a função de manter as placas da bateria separada, evitando um curto-circuito interno. Caso não existissem separadores, mesmo que as placas fossem encaixadas para não se tocarem diretamente, o material das placas positivas poderia se desgastar e atingir as placas negativas.

Isso poderia levar ao entusiasmo do material negativo, fazendo-o entrar em contato com as placas positivas, ou à deformação das placas positivas, fazendo-as tocar as placas negativas. Os separadores são cruciais para garantir o bom funcionamento e a segurança das baterias.

Utilizamos baterias separadores de fibra de vidro, que consistem em fibras finas dispostas em diferentes ângulos e cimentadas na superfície com um cimento solúvel. Esses separadores são colocados entre as células da bateria, adjacentes à placa positiva.

A lã de vidro do separador é compressível e entra em contato próximo com a placa positiva, evitando o derramamento do material ativo e alegadamente prolongando a vida útil das baterias.

Outra abordagem eficaz para separar as placas positivas é inseri-las em bolsas de polietileno microporoso. Esse método aumenta a eficiência da bateria, pois as placas ficam muito mais próximas (cerca de 1,25 mm), comparadas a outros tipos de separadores. As bolsas de polietileno também impedem o derramamento do material ativo das placas positivas, melhorando o desempenho geral da bateria.

Quando se montam os elementos de célula da bateria, eles são colocados em um recipiente feito de plástico duro, que contém tantos compartimentos quanto células na bateria. No fundo desse recipiente, há quatro fresas, sendo duas para apoiar as placas positivas e outras duas para apoiar as placas negativas.

Essa disposição cria um espaço abaixo das placas, permitindo o acúmulo de sedimentos sem que eles entrem em contato com as placas e causem um curto-circuito. Essa estrutura protege a bateria e garante seu funcionamento adequado.

Os acumuladores possuem um espaço para sedimentos com capacidade suficiente, o que significa que não é necessário abrir as células para limpar o sedimento. Quando esse espaço fica cheio ao ponto de o material sedimentado pode entrar em contato com as placas, a célula está desgastada e precisa ser substituída.

A célula montada de um acumulador possui uma tampa feita do mesmo material que o recipiente da célula. Essa tampa tem dois orifícios pelos quais os terminais se estendem e um furo com rosca, onde a tampa ventilada da célula é parafusada. Quando a tampa é colocada na célula, ela é selada com um composto especial de vedação para evitar vazamentos e perda de eletrólitos.

Quando um acumulador de bateria de chumbo-ácido está sendo carregado e atinge o ponto de carga completa, os gases de hidrogênio e oxigênio são liberados. Para evitar o excesso desses gases, é necessário ter um respiradouro na tampa da célula da bateria, permitindo que os gases escapem da célula fechada, mas também mantendo o eletrólito líquido dentro da bateria.

No caso de baterias usadas em aeronaves, o projeto da tampa ventilada é desafiador, pois durante manobras de voo e voos turbulentos, a aeronave pode inclinar e balançar, dificultando o equilíbrio entre permitir a saída dos gases e evitar vazamentos do eletrólito.

Em resumo, ao carregar uma bateria de chumbo-ácido, os gases de hidrogênio e oxigênio são liberados, deixando um respiradouro na tampa da célula para permitir a saída desses gases e evitar vazamentos de eletrólito. No contexto de baterias de aeronaves, a concepção dessa tampa é desafiadora devido às manobras de voo e condições turbulentas que podem ocorrer.

A Figura acima mostra uma tampa de ventilação especialmente projetada para aviões militares e acrobáticos. Essa tampa possui uma válvula localizada na parte inferior, controlada por um peso cônico na parte superior da tampa. Quando a bateria do avião é inclinada em torno de 45°, o peso cônico se move para o lado da tampa, puxando uma pressa que fecha a válvula de ventilação.

Por outro lado, quando a bateria é trazida de volta para uma posição de aproximadamente 32° em relação à vertical, o peso se centraliza novamente, permitindo que a pressa da válvula vá para baixo e abra a válvula de ventilação.

Em resumo, a tampa de ventilação da Figura acima é uma solução engenhosa para aviões militares e acrobáticos. Ela controla o fluxo de ar para a bateria através de uma válvula operada por um peso cônico, que fecha a válvula quando o avião é inclinado e abre quando é trazido de volta para uma posição próxima à vertical. Isso garante uma ventilação adequada da bateria durante as diferentes manobras do avião.

Princípios envolvidos no projeto de baterias

As baterias de chumbo-ácido, apesar de terem características semelhantes em geral, apresentam variações nos detalhes de tamanho e acabamento de acordo com sua funcionalidade. Por exemplo, uma bateria envolta por um invólucro metálico (feito de alumínio ou aço) é construída com uma caixa externa que é revestida com tinta resistente ao ácido.

Essa caixa desempenha duas funções importantes: fornece proteção mecânica à bateria e também atua como blindagem elétrica. Além disso, uma caixa é equipada com uma tampa de metal que é firmemente fixada no lugar por meio de hastes grampeadas.

Uma característica adicional da caixa é a criação de um espaço hermético acima das células da bateria. Isso é feito para evitar que os gases sejam liberados durante a operação da bateria e escapem para a aeronave onde ela está instalada. Para garantir a remoção segura desses gases, há um espaço de ventilação na caixa, que está conectado a um tubo projetado para transportar os gases para fora da aeronave.

Esse sistema de ventilação é um requisito fundamental para baterias que emitem gases durante seu funcionamento, garantindo a segurança e o desempenho adequado da bateria no contexto da aeronave.

A bateria possui dois pontos principais chamados de terminais, um positivo e outro negativo. Esses pontos são como as portas de entrada e saída da energia da bateria. Eles se conectam a partes externas da bateria, localizadas perto da caixa de metal.

É importante que esses terminais não toquem na caixa, para evitar problemas. Por isso, eles são separados da caixa por peças chamadas arruelas e buchas, que funcionam como uma barreira para garantir que a energia flua apenas pelos lugares certos.

A Figura acima mostra um acumulador em uma aeronave leve. Este é um tipo de bateria feita de poliestireno leve e projetada para ser usada em aeronaves com um compartimento fechado e ventilado. A bateria possui placas toleradas com fibras de plástico, sendo que as placas positivas são em compensações microporosas para proteção e separação.

Os conectores entre as células estão selados permanentemente com uma resina de epóxi. Importante notar que há 6 tampas de célula na bateria, indicando que ela contém 6 células no total, o que a torna uma bateria de 12 Volts (6 células multiplicadas por 2 Volts por célula, totalizando 12 Volts).

A bateria inferior na Figura abaixo está instalada em uma aeronave leve típica e é projetada para ser usada em locais abertos, sem compartimentos fechados. Na figura, o coletor de gás na parte superior da bateria está conectado a um tubo que permite a saída de gases de hidrogênio/oxigênio para fora da aeronave.

Esses tubos de ventilação se estendem cerca de 2 polegadas para fora da estrutura da aeronave, geralmente saindo em uma parte baixa da fuselagem, perto da exaustão do motor. Isso é feito para evitar que gases corrosivos, formados durante o carregamento da bateria, entrem em contato com partes importantes da aeronave, garantindo assim a segurança dos componentes críticos.

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Bateria de chumbo-ácido regulada por válvula

Uma nova geração de baterias foi desenvolvida, chamada de baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula (CARV), para reduzir gases corrosivos e explosivos emitidos por baterias de chumbo-ácido tradicionais. Essas baterias, também conhecidas como baterias seladas, são comuns em aeronaves modernas.

Elas são feitas de células recarregáveis ​​e utilizam as mesmas reações químicas das baterias de chumbo-ácido tradicionais. O diferencial está na construção, pois as baterias CARV não precisam de água regularmente adicionada às células e não permitem que os gases saiam durante a carga. Qualquer gás produzido é armazenado em uma câmara interna do compartimento.

A ventilação reduzida é uma vantagem das baterias CARV, permitindo seu uso em espaços fechados ou com pouca ventilação. No entanto, a vedação das células impede a adição de água ao eletrólito quando necessário.

Por esse motivo, as baterias CARV têm um uso limitado em aeronaves e são mais frequentemente aplicadas em situações especiais que não exigem ciclos regulares de carga e descarga. Existem dois tipos principais de baterias CARV: as baterias de manta com vidro absorvente (AGM) e as baterias de gel (célula de gel).

Uma bateria AGM (Absorbed Glass Mat) possui eletrólito absorvido em separadores feitos de fibra de vidro. Esses separadores são como esteiras compostas por fibras de vidro muito finas, que aumentam a área de contato com o eletrólito necessário.

As fibras da manta de vidro não são absorvidas nem são submetidas ao eletrólito ácido; elas apenas o mantiveram aderido, praticando como uma esponja. Já a célula de gel contém eletrólito misturado com pó de sílica, formando um gel imobilizado. Esse gel, mais espesso, envolve o material da placa e substitui o eletrólito líquido das baterias tradicionais de chumbo-ácido.

Ambos os tipos são conhecidos como baterias “seladas” de chumbo-ácido, mas sempre têm uma válvula de alívio de pressão de segurança para ventilação de emergência, se necessário. As baterias CARV (AGM e gel) não vão derramar o eletrólito mesmo se forem inclinadas ou invertidas, tornando-as ideias para uso em aeronaves.

Além disso, essas baterias usam uma quantidade menor de eletrólito em comparação com as baterias tradicionais de chumbo-ácido. Isso ocorre porque apenas uma pequena quantidade de eletrólito é necessária, ficando contida na manta de vidro ou na substância em gel, o que explica o nome comum dessas baterias.

O termo “regulado por válvula” não explica completamente a tecnologia das baterias. Estas são mais precisamente conhecidas como baterias “recombinantes”; isso quer dizer que o oxigênio gerado nas placas positivas será amplamente recombinado com o hidrogênio produzido nas placas negativas dentro da câmara vedada da bateria.

Esse processo evita a perda de água e a necessidade de acrescentar água ao eletrólito à medida que a bateria envelhece. A válvula serve como medida de segurança, caso a taxa de produção de hidrogênio aumente perigosamente. Nas células tradicionais, os gases escapam antes que o hidrogênio e o oxigênio possam se recombinar, sendo necessário adicionar água regularmente.

A válvula de alívio de pressão é acionada caso a bateria seja recarregada com uma tensão muito alta, geralmente acima de 2,30 V por célula. Isso pode acontecer se o sistema de recarga não estiver funcionando corretamente ou se a bateria estiver com defeito.

Quando a válvula é acionada, ela permite que parte do gás ou líquido da saia da bateria, assim como a capacidade total da bateria. Se essa sobrecarga acontecer, é importante consultar o manual da aeronave para saber como fazer o reparo adequado e, se necessário, trocar a bateria do sistema.

As baterias CARV são diferentes das baterias convencionais e devem receber equipamentos especiais para o carregamento. Os carregadores de bateria CARV têm um interno que monitora a condição da bateria e controla o ciclo de carga para evitar danos às células ou liberação de gás perigoso. É importante não usar um carregador de bateria convencional em baterias CARV, pois isso pode causar problemas.

O método mais comum, eficiente e seguro para carregar baterias CARV é o de tensão constante. Nesse método, a bateria é carregada gradualmente até atingir um nível estável de tensão. No entanto, existem outros métodos que também podem ser usados.

As baterias CARV podem ser mantidas continuamente com uma carga “flutuante” em torno de 2,30 V por célula a uma temperatura de 77°F (5°C). Algumas baterias CARV podem ser carregadas rapidamente em apenas uma hora, mas é importante verificar sempre as informações fornecidas pelo fabricante antes de realizar qualquer manutenção em uma bateria de aeronaves.

Operação com água fria

A temperatura desempenha um papel fundamental na operação e vida útil de uma bateria. Com o aumento da temperatura, as reações químicas dentro da bateria ocorrem mais rapidamente. Isso significa que uma bateria funcionará muito melhor em climas temperados ou tropicais em comparação com climas frios. Por outro lado, em climas quentes, a bateria se deteriorará mais rapidamente, havendo substituição freqüente.

Em regiões frias, é crucial manter a carga da bateria no nível máximo. Uma bateria completamente carregada não congelará, mesmo nas condições meteorológicas mais diversas. No entanto, o eletrólito de uma bateria descarregada congelará facilmente.

Se você adicionar água a uma bateria em um clima extremamente frio, é essencial recarregá-la imediatamente. Caso contrário, a água não se misturará com o ácido e congelará. A Tabela 3-1 fornece informações sobre os pontos de congelamento em diferentes níveis de carga.

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PROCEDIMENTOS DE MANUTENÇÃO DE BATERIAS DE CHUMBO-ÁCIDO

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Precauções

Aplique estas medidas importantes ao fazer a manutenção das baterias de aeronaves:

1. Use sempre óculos de segurança para proteger seus olhos durante a manutenção.

2. Ao desconectar a bateria, lembre-se de retirar o cabo negativo primeiro e instalá-lo por último. Isso evita riscos elétricos.

3. Evite causar um curto-circuito entre os terminais da bateria. Tenha cuidado com joias e relógios, pois eles podem dirigir eletricidade e causar ferimentos graves ao técnico.

4. Mantenha-se longe de chamas ou centelhas ao fazer manutenção em baterias, pois elas são inflamáveis ​​e podem causar acidentes.

5. Ao preparar um avião para o voo, nunca tente empurrá-lo com outra fonte de energia se a bateria estiver descarregada. A bateria dentro da aeronave não é capaz de fornecer energia suficiente para levantar voo devido ao seu estado descarregado Ela precisa de várias horas para recarregar completamente quando está completamente descarregada. Durante a partida do avião, um fluxo de corrente intenso na bateria pode danificar suas placas, levando a uma falha prematura. Isso compromete a capacidade da bateria de suportar o sistema elétrico da aeronave em situações de emergência.

Inspeção e manutenção de uma bateria chumbo-ácido

A maioria das aeronaves precisa passar por inspeções regulares, que acontecem a cada 50 horas de voo, 100 horas de voo, periodicamente ou em intervalos específicos. Durante essas inspeções, é importante verificar e consertar a bateria conforme necessário.

Recomenda-se fazer uma proteção a cada 50 horas de voo ou pelo menos uma vez por mês, o que acontece primeiro, para garantir que a bateria continue funcionando bem. Sempre é importante seguir as instruções do fabricante para manutenção, quando possível. Abaixo, você encontrará um guia básico para manutenção e manutenção de baterias:

1. Ao lidar com as baterias, é importante considerar que elas são pesadas, e o conjunto de montagem precisa ser examinado minuciosamente. Verifique cuidadosamente se não há rachaduras ou enfraquecimento em qualquer parte da estrutura de suporte.
2. Se a bateria tiver uma tampa, remova-a e examine o interior. Procure por sinais de vazamento ou corrosão. Certifique-se de que o topo da bateria esteja limpo e seco. Se houver um pouco de proteção ao redor dos terminais, você pode limpá-la usando uma escova rígida e uma solução fraca de refrigerante. No entanto, não utilize uma escova de arame, pois isso pode causar um curto-circuito na bateria. É essencial notar que uma bateria com eletrólito e sujeira na parte superior descarregará rapidamente. O eletrólito fora da bateria cria uma corrente constante do terminal negativo para o terminal positivo. Portanto, manter a parte superior da bateria limpa e seca é crucial para o bom funcionamento do acumulador. Quando você estiver usando uma solução de refrigerante para lidar com derramamentos de baterias de chumbo-ácido, é importante ter cuidado para não deixar a solução entrar nas células da bateria. Se isso acontecer, uma solução irá neutralizar o eletrólito e a bateria pode deixar de funcionar corretamente. Depois de limpar a bateria com a solução de refrigerante, é necessário enxaguá-la com água limpa e depois secá-la. Se você encontrar muita resistência na parte externa da bateria, é preciso remover com cuidado essa aderência e limpar a área. Se houver danos causados ​​na cobertura da bateria ou na estrutura de montagem, será necessário substituir ou substituir as peças danificadas.
3. Verifique o eletrólito da bateria olhando o líquido dentro dela. Se estiver baixo, acrescente água destilada limpa até que fique cerca de 0,95 cm acima das placas da célula da bateria. Muitas baterias têm um sinal que mostra onde o eletrólito deve ficar, um pouco acima das placas. Se a bateria tiver esse sinal, encha o eletrólito até lá. A Figura abaixo mostra como o nível do eletrólito deve ser certo para baterias de chumbo-ácido. Importante lembrar: use somente água destilada, nunca eletrólito. O nível certo deve estar acima das placas e aproximadamente 1,0 polegada abaixo do topo da bateria.
4. Caso desconheça que a bateria pode estar com problemas, siga estes passos simples para verificar. Primeiro, faça um teste de carga na bateria ou, se for uma bateria de chumbo-ácido, use um hidrômetro. Se, durante um desses testículos, a bateria parecer descarregada, recarregue-a e aguarde cerca de 1 hora para que se estabilize. Importante lembrar que, se você adicionou água às células da bateria, evite realizar um teste de densidade imediatamente. Aguarde até que a água e o eletrólito estejam bem misturados, caso contrário, as leituras serão imprecisas.

5. Verificar as conexões elétricas é importante para garantir que tudo esteja seguro e funcionando corretamente. Verifique se os conectores estão bem presos e sem sinais de corrosão. Se a bateria apresentar um plugue de desconexão rápida, remova-o e examine os contatos. Se eles estiverem sujos ou corroídos, limpe-os com cuidado e aplique um pouco de óleo de terminal antes de colocar o plugue de volta. Certifique-se de que o assento está suave e firme.
6. É necessário analisar as condições de isolamento, o estado dos cabos da bateria e a segurança das conexões. Verifique se há evidência de atrito ou desgaste nos cabos. Essa verificação ajuda a prevenir problemas futuros.

7. Após realizar as verificações, recoloque a tampa na carenagem da bateria. Certifique-se de apertar as porcas de fixação para que tudo fique bem preso e seguro. Se necessário, ajustes de fachada para garantir a estabilidade.

8. Além disso, é fundamental inspecionar o sistema de ventilação da aeronave e a caixa da bateria. Verifique se os tubos de ventilação estão limpos e sem danos. É importante examinar a área próxima à saída do tubo de descarga, pois essa região pode corroer-se com o tempo. Caso seja necessário, realize uma limpeza e neutralização periódica dessa área para evitar problemas e garantir o bom funcionamento do sistema.

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Teste com o hidrômetro

As baterias de chumbo-ácido em aeronaves são comumente avaliadas quanto ao seu estado de carga por meio de um teste usando um densímetro, que é um instrumento que mede a densidade de um líquido, no caso, o eletrólito presente na bateria. A densidade é a relação entre o peso de uma certa quantidade de uma substância e o peso equivalente de água pura a 4ºC.

À medida que a carga da bateria diminui, o peso específico do eletrólito também diminui. Isso ocorre porque o ácido no eletrólito reage com as placas da bateria enquanto ela produz corrente elétrica, o que resulta em menos ácido presente no eletrólito. Como o ácido é mais pesado que a água, essa redução na quantidade de ácido faz com que a densidade do eletrólito diminua.

Para determinar essa densidade do eletrólito em uma célula de bateria de chumbo-ácido, é utilizado um instrumento chamado densímetro. Esse densímetro é uma ferramenta comum para testar baterias e permite verificar a densidade do eletrólito. Um exemplo de densímetro usado para esse propósito é ilustrado na Figura abaixo.

Um densímetro é um instrumento utilizado para medir a densidade de um líquido. Ele é composto por um pequeno tubo de vidro que é selado e possui um peso na ponta inferior para fazê-lo flutuar na posição vertical. A quantidade de peso na parte inferior do tubo depende da densidade do líquido que está sendo testado.

Por exemplo, em um densímetro de bateria, a faixa de densidade é de 0,100 a 1,300. Esse tubo menor é inserido em uma seringa de vidro maior. Essa configuração permite que o líquido, como eletrólito em uma bateria, seja transferido para dentro do tubo de vidro para a leitura.

A leitura da densidade é feita observando onde o nível do líquido encontra a boia dentro do densímetro, que flutua no eletrólito. É importante garantir que a boia esteja flutuando livremente no líquido para obter uma medição precisa.

Depois de concluir o teste, o líquido é devolvido à célula de onde foi retirado, no caso de eletrólitos de bateria. Esse processo permite determinar a densidade do líquido, o que é útil para várias aplicações, como avaliar a saúde de uma bateria.

Quando testamos uma bateria usando um densímetro, é importante considerar a temperatura do líquido dentro dela. Isso acontece porque as leituras de densidade no densímetro vão variar dependendo da temperatura do líquido. Se a temperatura estiver acima ou abaixo de 80°F (26,7°C), as leituras no densímetro não vão representar com precisão a densidade real.

Se a temperatura estiver entre 70 e 90°F (21,1 e 32,2°C), não precisa fazer correções, porque a diferença não é grande o suficiente para importar. Mas, se estiver muito mais quente ou mais frio, é necessário usar a Tabela 3-2 para ajustar as leituras. Esses ajustes são números que somamos ou subtraímos da leitura original do densímetro.

Por exemplo, se a temperatura do líquido for 10°F (-12,2°C) e a leitura do densímetro for 1,250, a leitura correta será 1,250 – 0,028, que é igual a 1,222. Esses números de correção representam pequenas frações. Alguns densímetros têm uma escala de correção embutida, o que significa que você pode aplicar a correção de temperatura diretamente durante a leitura no densímetro.

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Testador de carga de baterias

Diversos aparelhos automáticos servem para testar a energia de baterias, e um desses é mostrado na Figura abaixo. Essa máquina não somente está disponível como baterias, mas também verifica o sistema de carga de uma aeronave, se desejado. Durante um teste automático da bateria, uma carga é aplicada por 15 segundos e as tensões de circuito aberto (TCA) e fechado (TCF) são detectadas automaticamente.

A TCA é a voltagem da bateria quando sem carga, enquanto a TCF é a voltagem quando sob carga. Se a TCF descer abaixo de 9,6 V, a unidade de teste mostrará “ruim”. Se um TCF permanecer acima de 9,6 V durante o teste completo de carga, a unidade indicará “bom”. É importante recarregar baterias descarregadas antes do teste.

O teste de alta capacidade da taxa de descarga da bateria é muito utilizado na prática. Ele simula uma carga que é normalmente colocada sobre uma bateria durante a partida do motor, que pode ser bastante intensa, chegando a várias centenas de ampères por alguns minutos. Esse momento é crítico para a bateria.

Para realizar o teste, conectamos o equipamento de ensaio à bateria em paralelo, conforme mostrado na Figura abaixo. Em seguida, o operador aplica uma carga de cerca de duas ou três vezes a taxa de descarga em ampères-hora da bateria (a taxa ampère-hora será explicada mais adiante neste capítulo).

Enquanto essa carga é aplicada, medimos a Tensão da Célula Final (TCF) da bateria. A carga é aplicada por menos de 2 minutos, e durante esse tempo, monitoramos a TCF. Se a TCF cair abaixo de 11 volts, mas permaneça acima de 10 volts, significa que a bateria está apenas um pouco descarregada.

Se a leitura da TCF da bateria estiver entre 10 e 9 V, isso significa que a bateria tem uma carga um pouco baixa. Se um TCF for menor que 9 V, indica que a bateria está muito fraca ou completamente descarregada. É importante notar que uma leitura baixa de TCF não necessariamente aponta um defeito na bateria.

Isso apenas sugere que a carga da bateria está fraca. Isso pode acontecer devido a uma bateria defeituosa ou a uma boa bateria que tenha sido parcialmente usada anteriormente.

Para verificar se a bateria tem um defeito, você pode recarregá-la e fazer o teste de TCF novamente. Se a leitura da TCF ainda for baixa após a recarga, então a bateria está com defeito. Se a leitura da TCF permanecer alta mesmo depois da recarga, isso indica que a capacidade da bateria está boa.

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Carga da bateria

Células secundárias recebem energia quando uma corrente contínua é enviada através da bateria, mas agora no sentido oposto ao da corrente que é utilizada quando a bateria está sendo usada. Isso quer dizer que o lado positivo da fonte de energia deve ser ligado ao lado positivo da bateria, e o lado negativo deve ser conectado ao negativo.

Existem diferentes maneiras de enviar essa energia para recarregar a bateria. Em um avião, o gerador ou alternador gera energia de recarga. Em solo, um equipamento de carga converte uma corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) com uma voltagem de 115 V necessária para recarregar a bateria.

Existem dois tipos principais de equipamentos de carga: aqueles que fornecem uma corrente constante e aqueles que fornecem uma tensão constante.

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Carregadores de corrente constante

Um carregador de bateria de corrente constante assegura que uma quantidade constante de corrente seja fornecida à bateria durante todo o processo de carga. Durante esse processo, o carregador monitora cuidadosamente o fluxo de corrente e ajusta a tensão aplicada à bateria para garantir uma carga adequada.

Conforme a carga da bateria começa, sua tensão é menor em comparação com quando está completamente carregada. Para manter uma corrente constante desejada pelo operador, o carregador de corrente constante aumenta gradativamente a tensão fornecida à bateria ao longo do processo de carregamento.

A Figura abaixo ilustra como conectar várias baterias a um carregador de corrente constante da maneira correta. As baterias são conectadas em série entre si e também ao carregador. Isso garante que uma corrente constante flua através de cada bateria. É importante monitorar cuidadosamente o uso de carregadores de corrente constante, pois eles podem causar sobrecarga.

Para evitar isso, a maioria dos carregadores desliga automaticamente após um certo período de tempo. É fundamental conhecer e programar com precisão tanto a corrente quanto o tempo de carga no equipamento de carregamento, para evitar que as baterias sejam carregadas em excesso ou insuficientemente.

As informações sobre como carregar as baterias geralmente podem ser encontradas com o fabricante. No entanto, se não soubermos quanta carga ainda resta na bateria, carregá-la de forma inadequada pode ser um problema. Para resolver isso, às vezes usamos carregadores especiais que fornecem uma quantidade constante de energia durante o carregamento.

Esses carregadores constantes são mais comuns em baterias novas, onde sabemos quanto de carga elas têm no início. Mas em baterias de chumbo-ácido que já estão sendo usadas, eles não são tão usados. As baterias de níquel-cádmio têm um jeito próprio de serem carregadas com corrente constante, e isso será explicado mais adiante.

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Carregadores de tensão constante

O carregador de tensão constante é um dispositivo que mantém a tensão externa à bateria sempre constante durante o processo de carregamento. Para baterias de 12 V, ele fornece cerca de 14 V, e para baterias de 24 V, ele fornece cerca de 28 V. É importante que o carregador tenha uma tensão maior do que a da bateria para garantir que a corrente flua do carregador para uma bateria.

Quando a bateria está quase descarregada, há pouca resistência aos elétrons que fluem para ela, o que permite que uma corrente relativamente alta seja alimentada pelo carregador.

Conforme a bateria vai sendo carregada, sua resistência aumenta, o que faz com que a corrente fornecida pelo carregador diminui gradualmente. Dessa forma, o carregador se adapta ao estado da bateria, garantindo que ela seja carregada de forma adequada.

Quando a bateria está completamente carregada, sua tensão se aproxima da tensão do carregador, resultou em uma diminuição da corrente de carga para menos de 1 A. Quando a corrente de carga é baixa, a bateria pode ficar carregada por até 24 horas sem grandes efeitos . Durante o processo de carregamento, é importante monitorar de perto o nível de eletrólito para evitar que ele fique abaixo do nível adequado.

Devido à queda significativa na corrente à medida que a bateria está carregada, a abordagem mais segura é o método de carga de tensão constante. Esse tipo de carga, comum em carregadores de bateria e sistemas de geração de energia, é amplamente utilizado, especialmente em baterias de veículos e aeronaves.

Quando várias baterias estão conectadas a um carregador que mantém uma tensão constante, é importante conectá-las todas em paralelo. Dessa forma, cada bateria e o carregador obedecem a uma mesma tensão constante. Isso é ilustrado na Figura abaixo. Existem diferentes tipos de carregadores de tensão constante disponíveis, com capacidades variando geralmente de 5 a 50 A.

Esses valores indicam a quantidade máxima de corrente que o carregador pode fornecer a uma bateria descarregada. À medida que a bateria se carrega, o carregador reduz a corrente para cerca de 1 A.

Alguns carregadores vêm com recursos extras, como temporizadores ou monitores de tensão, que desligam o sistema quando a bateria está totalmente carregada. Sempre, é seguro fornecer uma corrente baixa (cerca de 1 A) a uma bateria completamente carregada por até 24 horas sem causar danos.

Muitos carregadores modernos de bateria com tensão constante têm uma função de carga automática. Isso significa que o carregador monitora o nível de carga da bateria e, quando necessário, para de carregar automaticamente. Isso é útil porque permite colocar uma bateria para carregar sem precisar ficar cuidando do processo.

Às vezes, um carregador automático é projetado para ficar conectado a uma bateria por um longo tempo, especialmente quando essa bateria não será usada por muitos meses. Isso evita que a bateria se descarregue lentamente ao longo do tempo. Esses carregadores são chamados de “guardiões da bateria” porque cuidam da bateria automaticamente, mantendo-a carregada quando necessário.

Isso é muito útil para situações como deixar uma aeronave estacionada por vários meses, garantindo que a bateria esteja pronta para voar na próxima vez. Claro, antes de voar, o guardião da bateria precisaria ser desconectado e depois reconectado quando a aeronave retornasse.

Ao utilizar um carregador de tensão constante, é fundamental garantir que o carregador seja compatível com a bateria que você está usando. No caso das baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula, é necessário um carregador com saídas de tensão específicas para garantir a longevidade da bateria. As baterias CARV não devem ser conectadas a um carregador destinado a baterias de chumbo-ácido convencionais, pois isso pode resultar em danos.

É importante observar que sistemas de aeronaves frequentemente utilizam baterias de 12 V e 24 V. Conectar uma bateria de 12 V a um carregador de 24 V pode causar danos sérios, enquanto conectar uma bateria de 24 V a um carregador de 12 V não a danificará, mas não permitirá o carregamento adequado. Certifique-se sempre de escolher o carregador correto para a bateria específica que você está utilizando.

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Precauções relativas à carga de uma bateria

Precauções durante o carregamento de uma bateria de chumbo-ácido são fundamentais para garantir a segurança. O maior perigo ocorre quando a bateria está sendo carregada, pois libera gases como hidrogênio e oxigênio. Essa mistura de gases pode ser altamente explosiva, tornando essencial evitar qualquer faísca ou chama aberta que possa inflamar o gás. Para evitar explosões, é importante tomar as seguintes precauções:

1. Ao recarregar pilhas, sempre escolha um local bem arejado. É recomendado usar exaustores para eliminar gases perigosos, pois presumir que um espaço amplo, como um hangar, tenha ventilação adequada é um equívoco.
2. Antes de desconectar a bateria do carregador, certifique-se de desligá-lo. Isso reduz o risco de faíscas nos terminais da bateria ao desconectar as conexões.
3. Quando remover a bateria do avião, comece desconectando o polo negativo. Ao instalar a bateria, conecte o cabo negativo por último. Isso ajuda a prevenir curtos-circuitos acidentais entre a fuselagem e o terminal positivo da bateria.
4. Verifique se as tampas de cada célula da bateria têm ventilação e limpeza adequadas. Se as tampas parecerem sujas, mergulhe-as em água quente para limpar. Se as aberturas continuarem bloqueadas, substitua as tampas antes de recarregar.
5. Sempre retire a bateria da aeronave antes de recarregar, se possível. Durante a recarga, o eletrólito corrosivo pode vaporizar e escapar pelas tampas ventiladas da bateria. Isso pode corroer a aeronave se a bateria for carregada dentro dela. Caso seja necessário carregar a bateria na aeronave, evite usar rádios ou equipamentos eletrônicos, pois o carregador de bateria pode não regular a voltagem com precisão, o que poderia prejudicar esses dispositivos.
6. Tome cuidado para não derramar eletrólito na pele ou roupas, pois o líquido é corrosivo e pode causar queimaduras. Use óculos de proteção durante a manutenção de baterias de chumbo-ácido para evitar que o ácido entre em contato com os olhos. Se houver derramamento de eletrólito, lave a área afetada com água e neutralize-a com uma solução de bicarbonato de sódio e água. Em seguida, enxágue cuidadosamente com água. Geralmente, uma solução de bicarbonato de sódio e água é usada para neutralizar derramamentos de eletrólito de chumbo-ácido.

Colocando novas baterias de chumbo-ácido para operar

Para garantir o correto uso das baterias de chumbo-ácido novas, é fundamental seguir as orientações do fabricante, já que essas instruções podem variar significativamente. É essencial tomar cuidado e aderir com precisão a essas orientações.

Por vezes, quando as baterias de chumbo-ácido ficam armazenadas por muito tempo ou aguardando venda, elas podem não estar cheias com o eletrólito necessário. Antes de montá-las, as placas internas são carregadas sem eletrólito, ou seja, estão “a seco”. Somente quando a bateria for efetivamente usada é que o eletrólito é adicionado nas células.

No caso de receber baterias novas sem eletrólito, é fundamental preenchê-las com o eletrólito recomendado pelo fabricante. Após uma ou mais horas, é necessário verificar o nível do eletrólito e, caso tenha diminuído, adicionar mais eletrólito até atingir o nível recomendado.

Após essa etapa, a bateria pode ser usada após pelo menos 1 hora desde a adição do eletrólito, mas, se possível, é preferível carregá-la lentamente por cerca de 18 horas. A taxa de carga varia conforme o tipo e capacidade da bateria, e essa informação geralmente está nas instruções fornecidas pelo fabricante.

Portanto, para obter o melhor desempenho e vida útil da bateria, é crucial seguir essas diretrizes com cuidado. Quando você guarda uma bateria de chumbo-ácido com eletrólito, siga estes passos simples para mantê-la em boas condições. Primeiro, carregue totalmente a bateria.

Limpe qualquer eletrólito derramado e lave a bateria com água limpa, certificando-se de secá-la completamente. Proteja os terminais da bateria usando graxa de terminal, vaselina ou uma tampa protetora. Durante o armazenamento, lembre-se de recarregar a bateria a cada 30 dias para compensar a perda gradual de energia quando não está em uso.

Alternativamente, você pode conectar a bateria a um carregador especial do tipo guardião de bateria, como mencionado antes.

ESPECIFICAÇÕES DAS BATERIAS

Uma bateria é composta por células que podem ser do tipo primárias ou secundárias e são conectadas em série. Essa conexão em série é feita para aumentar a tensão total da bateria além do que uma única célula pode fornecer. Quando as células estão ligadas em série, a tensão total da bateria é a soma das tensões de cada célula individual.

Por exemplo, se temos três células com 2 V cada, a tensão total da bateria será 2 V + 2 V + 2 V = 6 V. A figura abaixo mostra um exemplo de células de uma bateria de chumbo-ácido ligadas em série para obter uma tensão total de 12 V. Como cada célula de chumbo-ácido produz cerca de 2 V, são necessárias seis células para formar uma bateria de 12 V.

A capacidade de uma bateria é como medimos a quantidade total de corrente que ela pode fornecer. Isso é avaliado usando uma medida de corrente durante um certo período de tempo. Baterias pequenas usadas em dispositivos comuns, como telefones, são avaliadas em miliampères-hora (mAh), porque elas geralmente fornecem uma corrente baixa por várias horas.

Baterias maiores, como as usadas em aviões, são medidas em ampères-hora (Ah). Estas baterias grandes podem fornecer uma corrente mais alta por um tempo muito mais longo do que as pequenas, o que significa que têm uma capacidade maior. A capacidade da bateria é calculada multiplicando o tempo que leva para a bateria se esgotar completamente pela corrente que está sendo usada.

Por exemplo, se uma bateria fornece 2 A por 2 horas, sua capacidade é de 4 Ah (2 A x 2 h = 4 Ah). Isso também significa que se a bateria fornecer 1 A por 4 horas ou 8 A por meia hora, ainda seria considerada uma bateria de 4 Ah, desde que o produto do fluxo de corrente e tempo seja 4.

As classificações ampère-hora ou miliampère-hora são valores que os fabricantes atribuem a diferentes tipos de baterias. Essa classificação é importante porque ajuda a escolher a bateria certa para uma situação específica de carga e a determinar a taxa de carga adequada para cada tipo de bateria.

Por exemplo, no caso de uma pequena célula de níquel-cádmio, para recarregá-la corretamente, é recomendado usar uma taxa de carga em miliampères que corresponde a aproximadamente 10% de sua capacidade nominal em miliampères-hora. Se a célula tiver uma capacidade de 900 mAh, ela deve ser carregada a 90 mA.

O processo de carga deve durar de 14 a 16 horas, o que proporcionará uma recarga de cerca de 140% a 160% da capacidade total da célula, ou seja, 90 mA * 14 h = 1260 mAh, que é 140% da capacidade nominal de 900 mAh.

Outro exemplo é o caso de baterias de aeronaves de níquel-cádmio. Nesse caso, elas são normalmente recarregadas a uma taxa igual a 140% de sua capacidade estimada. Por exemplo, uma bateria com capacidade de 30 Ah exigiria uma carga de 42 Ah. Essas taxas de carga serão explicadas com mais detalhes mais adiante.

A capacidade de uma bateria varia conforme o tempo de descarga. Todas as baterias têm produtos químicos que geram energia elétrica ao reagirem. Descarregar a bateria rapidamente fornece menos energia total do que uma descarga lenta, porque os produtos químicos precisam de tempo para reagir e gerar energia.

Se você usar uma lanterna por muito tempo, as baterias enfraquecem e a luz apaga, pois a descarga rápida não permite que todos os produtos químicos reajam. Se a lanterna ficar desligada por alguns minutos ou horas, os produtos químicos têm tempo para interagir novamente quando você a liga, restaurando temporariamente a luz.

No entanto, essa “força extra” dura pouco. Descarregar grandes baterias rapidamente deixa energia extra retida nos produtos químicos.

Desde que se tornou importante avaliar a capacidade real de uma bateria, especialmente em aeronaves, é necessário descarregar as baterias ao longo de um período considerável para determinar sua capacidade. Um padrão comum é a taxa de descarga de 5 horas, o que significa que todas as baterias são descarregadas ao longo de 5 horas para medir sua capacidade.

Por exemplo, se uma bateria fornece uma corrente de 6 A por um período de 5 horas, ela é classificada como uma bateria de 30 Ah a uma taxa de 5 horas (6 A × 5 h = 30 Ah). No entanto, se essa mesma bateria for descarregada completamente em apenas 1 hora, sua capacidade diminui para 25 Ah (25 A × 1 h = 25 Ah). Se a descarga for ainda mais rápida, como em 10 minutos, a capacidade pode cair drasticamente para apenas 10 Ah (60 A × 1/6 h = 10 Ah).

As diferenças precisas nas capacidades em taxas de descarga diferentes dependem dos produtos químicos usados na bateria, de sua pureza e da estrutura interna. É claro que, em geral, as baterias fornecerão menos energia do que o total quando descarregadas rapidamente. A Tabela abaixo apresenta exemplos das várias taxas de descarga para diferentes tipos de baterias.

As tensões nominais

Existem diferentes tipos de acumuladores, e eles são classificados com base na tensão e capacidade em ampère-hora. Por exemplo, uma bateria de chumbo-ácido totalmente carregada tem uma tensão de cerca de 2,1 volts quando a célula não está ligada a uma carga. Já uma célula de níquel-cádmio tem uma tensão avaliada em cerca de 1,28 volts em condições semelhantes.

Quando uma célula de chumbo-ácido está sob uma carga moderada, ela fornece cerca de 2 volts. No entanto, em uma carga muito pesada, como no acionamento de um motor de arranque, a tensão pode cair para 1,6 volts.

É importante notar que uma célula de chumbo-ácido parcialmente descarregada terá uma resistência interna maior do que uma célula totalmente carregada. Isso significa que ela terá uma queda de tensão maior sob a mesma carga.

Essa resistência interna acontece, em parte, devido à acumulação de sulfato de chumbo nas placas da bateria. Esse sulfato de chumbo reduz a quantidade de material ativo exposto ao eletrólito, o que acaba impedindo a reação química e interfere no fluxo de corrente dentro da bateria. Como resultado, a capacidade e eficiência da bateria podem ser prejudicadas quando ela está parcialmente descarregada.

A imagem abaixo apresenta como funciona a liberação de energia de uma bateria comum de aeronaves, feita de chumbo-ácido. A medida chamada TCA mantém-se quase constante em 2,1 V até que toda a energia seja usada. Depois disso, cai rapidamente até chegar a zero.

A TCF começa a diminuir gradualmente quando a voltagem atinge cerca de 2 V, chegando a aproximadamente 1,8 V conforme a bateria vai se esvaziando. Novamente, a voltagem cai rapidamente quando a bateria está quase totalmente vazia.

Mesmo que a voltagem das células da bateria possa variar bastante em diferentes situações, as baterias são categorizadas em 6 V (3 células), 12 V (6 células) e 24 V (12 células). Quando for necessário trocar a bateria, o técnico deve ter certeza de que a nova bateria tenha a mesma voltagem correta da bateria antiga.

Potências nominais

A maioria das baterias é classificada em ampères-hora (Ah) a uma taxa de descarga de 5 horas. Isso significa que a capacidade da bateria é determinada ao descarregá-la completamente em 5 horas. Por exemplo, muitas baterias de 12 volts usadas em veículos têm uma capacidade entre 25 e 35 Ah, mas existem opções maiores disponíveis.

No entanto, apenas comparar as ampères-hora não indica a potência total da bateria. Para isso, precisamos levar em conta a tensão da bateria, já que a potência (Watts) é o resultado da multiplicação entre a tensão e a corrente elétrica. Isso significa que duas baterias de 12 volts podem ser comparadas apenas em termos de ampères-hora, assim como duas baterias de 24 volts.

Porém, é importante lembrar que uma bateria de 12 volts com 30 Ah (360 Wh) tem metade da energia de uma bateria de 24 volts com 30 Ah (720 Wh). Portanto, a tensão da bateria é fundamental para determinar a potência total que ela pode fornecer.

Às vezes, quando precisamos de mais energia para um trabalho específico do que uma única bateria pode fornecer, podemos conectar duas ou mais baterias juntas da mesma forma. Isso é chamado de ligar baterias em paralelo. Fazendo isso, aumentamos a quantidade de energia disponível e mantemos a mesma força elétrica.

As baterias também são classificadas de acordo com algo chamado de “taxa de descarga de 5 minutos”. Isso basicamente nos diz qual é a quantidade máxima de energia que uma bateria pode fornecer durante um período de 5 minutos, a uma temperatura inicial de 80°F (26,7°C) e com uma voltagem média final de 1,2 volts por célula.

Essa classificação é relevante apenas para as baterias de chumbo-ácido. Essa medida nos ajuda a entender quão bem uma bateria pode funcionar para dar partida normal em motores.

Quando você conecta uma bateria totalmente carregada a algo que requer muita energia, ela perde energia rapidamente. Imagine quando você tenta ligar um motor numa manhã muito fria. Depois de ligá-lo por um curto período, o dispositivo usado para ligá-lo pode parar de funcionar. Isso acontece principalmente porque a quantidade intensa de eletricidade faz com que o sulfato reaja rapidamente com o material ativo na superfície das partes da bateria.

No entanto, o material no interior das partes ainda está carregado. O sulfato de chumbo que se forma na superfície das partes cria uma espécie de bloqueio que dificulta o fluxo da eletricidade, o que faz com que a bateria perca sua força mais rapidamente.

Perda de capacidade devido às baixas temperaturas

Usar um acumulador em clima frio é como usar uma bateria de menor capacidade. Por exemplo, uma bateria completamente carregada a 80°F [26,6°C] pode fazer um motor funcionar vinte vezes. No entanto, a 0°F [17,8°C], a mesma bateria só consegue ligar o motor três vezes.

As baixas temperaturas também fazem com que levar muito mais tempo para recarregar uma bateria. Se normalmente levaria 1 hora para recarregar uma bateria a 80°F, a mesma bateria pode precisar de cerca de 5 horas para recarregar a 0°F. Essas mudanças na capacidade da bateria são causadas pelas reações químicas mais lentas que ocorrem em temperaturas frias.

 

As baterias, em especial as usadas em aeronaves, são fundamentais para a operação segura de vários sistemas e componentes críticos a bordo. Exploramos detalhadamente a natureza e os princípios de operação das células voltaicas, com ênfase particular nas células de níquel-cádmio e baterias de chumbo-ácido. Embora as tecnologias de bateria ofereçam uma miríade de benefícios, elas também trazem desafios significativos, como os perigos associados ao seu uso e preocupações ambientais. A resistência interna é um parâmetro-chave que determina o desempenho da bateria, e a compreensão de suas especificações, como ênfase e potências nominais, é crucial para garantir uma operação correta e eficiente. A manutenção das baterias de chumbo-ácido, em particular, exige atenção meticulosa para garantir sua longevidade e eficácia. Carregadores de corrente e tensão constantes desempenham um papel vital nesse processo. É imperativo que os profissionais de aviação compreendam estes princípios e sigam rigorosamente os procedimentos de manutenção, garantindo assim uma operação segura e confiável da privacidade. Além disso, à medida que avançamos para um futuro mais ecológico, é essencial abordar e mitigar as preocupações ambientais associadas às baterias, buscando tecnologias mais sustentáveis ​​e práticas de descarte responsável.