VANTAGENS E LIMITAÇÕES DAS BATERIAS DE CHUMBO-ÁCIDO

 

 

 

É a bateria mais econômica quando o problema do peso pode ser desprezado.

É bastante usada em equipamentos hospitalares, cadeira de rodas elétricas, luz de emergência e nobreaks.

Inventadas em 1859 pelo físico francês Gaston Planté, as baterias de chumbo-ácido foram as primeiras baterias para uso comercial.

Atualmente as baterias de chumbo-ácido são usadas em automóveis, empilhadeiras e grandes sistemas de fornecimento de energia elétrica ininterrupta (nobreaks).

 

 

Figura 1 - Bateria de chumbo-ácido

 

Durante a metade dos anos 70, os pesquisadores desenvolveram uma bateria chumbo-ácido livre de manutenção, que pode operar em qualquer posição. O eletrólito líquido foi transformado em separadores umedecidos e o invólucro foi selado. Válvulas de segurança foram adicionadas para permitir a liberação do gás durante a carga e descarga.

 

Direcionada a várias aplicações, surgiram duas designações para essas baterias. São elas:

 

 - SLA (sealed lead acid – bateria selada chumbo-ácido)

 - VRLA (valve regulated lead acid – bateria chumbo-ácido regulada por válvula)

 

Tecnicamente ambas as baterias são as mesmas. Não há uma definição clara de quando uma bateria deixa de ser SLA e passa a ser VLRA. Engenheiros podem argumentar que a palavra “bateria selada” é um engano já que nenhuma bateria pode ser totalmente selada. Em essência, todas são reguladas com válvulas.

As baterias SLA tem uma faixa típica de capacidade que vai de 0,2Ah até 30Ah. Os usos típicos são nobreaks para computadores, pequenas unidades de iluminação de emergência e cadeiras de rodas elétricas.

As baterias VRLA são usadas em aplicações estacionárias.

Sua capacidade vai de 30Ah até vários milhares de Ah e são encontradas em nobreaks de grande porte. Usos típicos são em repetidoras telefônicas, centros de distribuição de energia, hospitais, bancos, aeroportos e instalações militares.

Ao contrário das baterias de chumbo-ácido com eletrólito líquido, ambas as baterias SLA e VRLA são projetadas para uma baixa sobretensão, de forma a evitar a formação de gases durante a carga.

Carga em excesso pode causar aparecimento de gás e depleção de água. Consequentemente, as baterias SLA e VRLA não podem nunca ser recarregadas em todo seu potencial.

Entre as baterias recarregáveis modernas, a família das baterias de chumbo-ácido tem a menor densidade de energia.

Como estamos nos focando em aplicações portáteis vamos tratar daqui para diante exclusivamente das baterias SLA.

As baterias SLA não estão sujeitas ao efeito memória. Deixar a bateria em carga flutuante por um período de tempo prolongado não causa nenhum dano.

A retenção de carga é a melhor entre todas as baterias recarregáveis. Enquanto que as baterias NiCd autodescarregam aproximadamente 40 % da sua energia armazenada em três meses, a bateria SLA se autodescarrega na mesma quantidade no período de um ano.

A bateria SLA é relativamente barata de se comprar, mas os custos operacionais podem ser maiores que os das baterias NiCd quando são exigidos da bateria ciclos repetitivos a plena carga.

As baterias SLA devem sempre ser armazenadas carregadas. Deixar a bateria descarregada causa sulfatação, uma condição que torna difícil, se não impossível, recarregar as baterias.

Diferente das baterias de NiCd, as baterias SLA não gostam de ciclos profundos. Uma descarga completa causa um esforço extra e cada ciclo de carga/descarga rouba uma pequena quantidade da capacidade da bateria. Essa perda é muito pequena enquanto a bateria está em boas condições de operação, mas se torna mais aguda uma vez que o desempenho cai abaixo de 80% da sua capacidade nominal.

Esta característica de redução também se aplica para outras químicas de baterias em graus variáveis. Para prevenir o problema da descarga profunda repetitiva, recomenda-se uma bateria SLA de maior capacidade.

Dependendo da profundidade de descarga e temperatura de operação, a bateria SLA fornece 200 a 300 ciclos de carga/descarga.

 A primeira razão para seu ciclo de vida relativamente curto é corrosão da grade do eletrodo positivo, depleção do material ativo e expansão das placas positivas. Essas mudanças são predominantes em temperaturas de operação mais altas. Aplicar ciclos de carga/descarga não previne ou inverte essa tendência.

Existem alguns métodos que melhoram o desempenho e prolongam a vida da bateria SLA.

A temperatura de operação otimizada para uma bateria VRLA é de 25°C. Em geral, cada 8°C de aumento de temperatura irá cortar a vida da bateria pela metade.

A bateria VRLA que deveria durar 10 anos a 25°C, terá sua vida reduzida para apenas 5 anos se operada a 33°C. A mesma bateria aguentaria pouco mais de um ano a uma temperatura de 42°C.

 

 

 

As principais vantagens das baterias de chumbo-ácido são:

 

 - Baratas e simples de se fabricar - em termos de custo por watt hora, a bateria SLA é a menos cara.

 

 - Tecnologia madura, confiável e bem compreendida. Quando usada corretamente, a bateria SLA é durável e fornece serviço seguro.

 

 - Autodescarga baixa. Está entre as mais baixas entre as baterias recarregáveis.

 

 - Exigências de manutenção baixas. Sem memória; nenhum eletrólito para encher.

 

 - Capaz de taxas elevadas de descarga.

 

 

 

As principais limitações das baterias de chumbo-ácido são:

 

 - Não pode ser armazenada em uma condição descarregada. A tensão da célula não deve cair abaixo de 2,1 Volts

 

 - Densidade baixa da energia

 

 - Permite somente um número limitado de ciclos de descarga. Bem adequada para aplicações de espera que requerem somente descargas profundas ocasionais.

 

 - São hostis ao meio ambiente. O eletrólito e o conteúdo da carga podem causar danos ambientais.

 

 - Limitações do transporte. Existem interesses ambientais a respeito do derramamento no caso de um acidente.

 

 - Fuga térmica pode ocorrer com carregamento impróprio.

 

 - A bateria SLA tem uma densidade de energia relativamente baixa comparada com outras baterias recarregáveis, tornando-a inadequada para dispositivos de mão que exigem um tamanho compacto. Além disso, o desempenho em baixas temperaturas é amplamente reduzido.

 

 - A bateria SLA é taxada em 0,2C ou 5 horas de descarga. Algumas baterias são até taxadas a uma baixa descarga de 20 horas. Tempos de descarga maiores produzem leituras de capacidade maiores. A bateria SLA funciona bem em altos pulsos de corrente.

 

 - Em termos de descarte, a SLA é menos prejudicial do que a bateria de NiCd, mas o alto conteúdo de carga torna a SLA inimiga do ambiente. As baterias de chumbo-ácido devem ser recicladas. As baterias em fim de vida útil devem ser removidas de casa. Baterias velhas podem vazar e causar danos ao meio ambiente. Não se devem guardar baterias de chumbo-ácido onde crianças brincam. Simplesmente tocar os polos de chumbo pode ser prejudicial. Apesar de ambientalmente hostis, as baterias de chumbo-ácido continuam a deter um nicho de mercado forte.