SISTEMAS CARGA E PARTIDA (C&P)

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1 SISTEMAS CARGA E PARTIDA (C&P)
DISCIPLINA SISTEMAS CARGA E PARTIDA (C&P) Prof. Edson Prof. Edson-2012

2 Nesta disciplina vamos estudar:
Eletricidade, Eletromagnetismos e Máquinas Elétricas; (1ª Bim.) Sistemas elétricos gerais de um veículo; Carga de baterias e baterias; Alternadores e reguladores; Sistemas elétricos de partida e de ignição; Iluminação, fiação, fusíveis, esquemas. Aulas: Semanal: 8 (Hora-Aula:4, e atividades autônomas: 6); Semestral: 144; Carga horária: 120 h Prof. Edson-2012

3 *Manual de Tecnologia Automotiva Bosch 25a Ed.
Bibliografia para o 2o bimestre: (*São os materiais básicos e o restante é complementar) *Manual de Tecnologia Automotiva Bosch 25a Ed. *Apostila Técnica de Alternadores Bosch (Disponibilizado). *Apostila Técnica de Motores de Partida Bosch (Disponibilizado) *Introdução à Análise de Circuitos , Robert Boylestad, 10 ed. Prentice Hall. *Materiais Disponibilizados pelo Prof. no sitio da disciplina Handbook of batteries, David Linden e Thomas Reddy, McGraw Hill 30 Ed. 2002 Automotive Electrics and Automotive Electronic – Completely Revised and Extended, Bosch Handbooks, Robert Bosch, 2007, Ed. Wiley. Valve Regulated Lead Acid Battery, D. J.A. Rand et al., Elsevier 2004. Prof. Edson-2012

4 Diretrizes básicas da Disciplina:
2 Provas (P1 e P2) A P3 é substitutiva, somente para quem perdeu as provas P1 ou P2 (O conteúdo da P3 é todo o Semestre). Todas as listas de exercícios são individuais e obrigatórias, mas devem formar grupos de estudo. Primeiro bimestre, somatória das listas de exercícios e provinhas valendo de 0 à 10. Segundo bimestre, 1 Trabalho T1 de final de disciplina (Em grupo) e provinhas valendo de 0 à 10. Critério de avaliação: Prof. Edson-2012

5 Objetivos Específicos da Aula:
Histórico de Pilhas e Baterias (Bosch 25 ed. Pág , Boylestad Cap. 2) Pilha de Daniell (Artigo – Pilhas e Baterias) Ciclos das Baterias (David Linden e Thomas Reddy, Cap. 23) Baterias de Partida e Regimes (Bosch 25 ed. Pág ) Tecnologia VLRA e AGM Características das Baterias (Manual da Bosch de baterias) Prof. Edson-2012

6 1800 – Volta Demonstra a primeira pilha não recarregável
1790 – Galvani descobre a eletricidade galvânica. 1800 – Volta Demonstra a primeira pilha não recarregável Wikipedia Prof. Edson

7 1836 – John F. Daniell descreve o conceito de pilha galvânica
Pilha de Daniel (UFF) Prof. Edson 7 7

8 1836 – John F. Daniell descreve o conceito de pilha galvânica
Anions ions Pilha de Daniel (UFF) Prof. Edson 8 8

9 Gaston Planté - Wikipedia.
A bateria de Chumbo Ácido foi inventado por um francês chamado Gaston Planté ( ) em 1859, mas as baterias para automóveis foram desenvolvidas por Emile Alphonse Fauré em 1881. Gaston Planté - Wikipedia. Prof. Edson 9 9

10 ECK-2012 10 David Linden e Thomas Reddy, Handbook of batteries, McGraw Hill 30 Ed. 2002 10

11 Prof. Edson 11 David Linden e Thomas Reddy, Handbook of batteries, McGraw Hill 30 Ed. 2002 11

12 Funções básicas da bateria no automóvel: (Ler Bosch 967-973)
Fornecer energia inicial para o ciclo de partida e ignição Fornecer energia suplementar para os sistemas elétricos Funcionar como um capacitor (Alta capacitância) Armazenar energia química para fornecer energia elétrica durante a transformação Diferentemente da Pilha de Daniell, a bateria denominada Chumbo-Ácida é recuperável e é uma bateria secundária. Atualmente, é considerado um elemento de segurança e confiabilidade, visto que os sistemas de segurança são elétricos, tais como freios e direção. Prof. Edson 12 12

13 Forma construtiva Pb PbO2 Prof. Edson 13 13

14 Bateria carregada + - Peróxido de chumbo Chumbo esponjoso
Placa Positiva com PbO2 Placa Negativa com Pb Eletrólito com H2SO4 (27%-37%) + H2O + - Peróxido de chumbo Chumbo esponjoso Prof. Edson

15 Bateria descarregando
- + Prof. Edson 15 15

16 Bateria totalmente descarregada
Prof. Edson

17 Bateria carregando Prof. Edson

18 Resumindo: Tabela com o ciclo de descarga
Prof. Edson 18 David Linden e Thomas Reddy, Handbook of batteries, McGraw Hill 30 Ed. 2002 18

19 Tensão de Célula versus a Corrente de Carga
Em uma mistura entre metal e solução sempre ocorrem reações eletroquímicas. Essas reações anódicas e catódicas produzem diferenças potenciais iônicas entre o eletrodo e a solução, algumas vezes chamado de Potencial de Eletrodo do metal que está em contato com uma solução de seus próprios íons. Prof. Edson 19 David Linden e Thomas Reddy, Handbook of batteries, McGraw Hill 30 Ed. 2002 19

20 Tensão de Célula Prof. Edson - 2012 20 20
David Linden e Thomas Reddy, Handbook of batteries, McGraw Hill 30 Ed. 2002 20

21 Resumindo: Tabela com o ciclo de carga
Prof. Edson 21 David Linden e Thomas Reddy, Handbook of batteries, McGraw Hill 30 Ed. 2002 21

22 Tipos de Baterias Chumbo Ácidas Estacionárias:
São mais pesadas, vida longa e maior capacidade. Utiliza placas positivas pelo processo de Planté e placas negativas pelo processo de Faure. Prof. Edson 22 22

23 Tipos de Baterias Chumbo Ácidas
Automotivas, Baterias de Partida. São menores, mais leves, menor duração. A massa ativa é construída nas duas placas pelo processo de Faure. Prof. Edson 23 23

24 Conector de células (+) > (-) Terminal Caixa Células (+ e -)
Prof. Edson 24 24

25 Construção em forma de células
Placa com massa ativa Grade expandida de terminal central Separador tipo bolsa Grade fundida de terminal lateral Prof. Edson 25 25

26 1 – Grades (suporte para a massa ativa
2 – Formulação Bosch para a massa ativa 3 – Massa ativa + Grade 4 – Separador ou envelope separador Prof. Edson 26 26

27 4 – Separador ou envelope separador
5 – Bloco com o conjunto das grades 6 – Conexão intermediária 7 – Tampa de contenção do eletrólito 8 – Pólos terminais (+) e (-) 9 – Indicador de carga 10 - Caixa Prof. Edson

28 Densidade específica do eletrólito
Prof. Edson

29 Curva de carga e descarga de uma bateria
Prof. Edson

30 Placas ou grelhas de fixação da Massa Ativa
Massa ativa (PbO) é uma mistura pastosa de Chumbo (Pb) com grafita e água levemente ácida. As grelhas são suportes mecânicos para a massa ativa e eram feitas de chumbo e antimônio Prof. Edson

31 Problemas comuns das Baterias
Auto-descarga (Impurezas na solução) Sensibilidade às variações de temperatura Manutenção (Perda de água, principalmente no pólo +) >4.0g/Ah (convencional) <2.0g/Ah (os modelos de baixa manutenção) <1.0g/Ah (os modelos livres de manutenção) Formação de Sulfatos Produção de gases (Mistura de chumbo-antimônio) Prof. Edson

32 Todas as baterias produzem gases. Toda bateria tem algum respiro
Mitos Baterias não são secas Todas as baterias produzem gases. Toda bateria tem algum respiro Livre de manutenção são baterias com ligas especiais, mas produzem gases. Não se testa bateria aplicando um curto ou medindo somente a tensão. Prof. Edson

33 Características Desejadas nas Baterias:
Fornecer energia suficiente para os consumidores Livres de manutenção Proteção do meio ambiente Manuseio seguro Baixo peso e custo Exigência futuras: - Redundância (duas baterias) - Sistemas de monitoramento mais complexos - Desafio futuro, redes de bordo operando à 42V. Prof. Edson

34 Novas Tecnologias de Baterias Bateria Molhadas Convencionais
Baterias Gel O eletrólito é envolto em gel. Prof. Edson

35 Novas Tecnologias VRLA (Valve Regulated Lead Acid)
AGM (Absorved Glass Mat) Placas de Chumbo-Cálcio Placas de Chumbo-Cálcio-Prata Indicadores de estado Prof. Edson

36 Sistemas de controle remoto
Consumidores Constantes: 10mA – 50mA Relógios Alarmes Sistemas de controle remoto Na partida: (motor de arranque, ignição, injeção) 0.7KW ~ 2.0KW (carros) 1.4KW ~ 2.6KW (utilitários) 2.3KW ~ 9.0KW (ônibus e caminhões) 300A (0.3s ~ 3.0s) Pico de 1000A Prof. Edson

37 Durante marcha lenta: 20A ~70A (intermitente) Ventilador
Consumidores Durante marcha lenta: 20A ~70A (intermitente) Ventilador Ar condicionado Faróis Iluminação externa/interna Buzina Rádios/CD Prof. Edson

38 Ciclo de recarga: Carregar com 10% da corrente nominal da bateria no modo corrente constante. Monitorar a tensão das células para evitar a sobrecarga e perda de água por eletrólise e danos na bateria. Prof. Edson

39 Prof. Edson – 2012

40 Capacidade de carga no padrão K20 (EN 50 342)
É a corrente fornecida pela bateria durante 20 horas seguidas de descarga até atingir o valor de C Para calcular a corrente denominada I20 , faz-se o seguinte cálculo: Prof. Edson

41 Baixo custo e de fácil produção mundial
Vantagens Baixo custo e de fácil produção mundial Disponível em diversos tamanhos Bom desempenho para partida de motor Bom desempenho com altas temperaturas Eficiência maior que 70% comparando a energia de carga com a energia de descarga Tensão alta por célula > 2,0V Bom desempenho com flutuação de carga Fácil indicação do estado de carga Boa capacidade de retenção de carga para aplicações com carga intermitentes Células facilmente recicláveis Desvantagens Baixo ciclo de vida (50-500)* Baixa densidade de energia (30-40 Wh/kg) Armazenamento de longo prazo pode sulfatar irreversivelmente as células Dificuldade para produzir baterias de pequenos tamanhos Produz hidrogênio Utiliza materiais contaminantes * Até 2000 ciclos com projetos especiais de células Prof. Edson David Linden e Thomas Reddy, Handbook of batteries, McGraw Hill 30 Ed. 2002

42 Prof. Edson

43 Descreva claramente como o seu circuito funciona e como foi calculado.
O circuito ao lado é um monitor de baterias automotivos que é ligado no acendedor de cigarros do veículo. Usando o conceito desse circuito, projete um novo circuito de monitoração de baterias usando o amplificador operacional CA 3140, que faça as mesmas funções que este circuito. Descreva claramente como o seu circuito funciona e como foi calculado. Prof. Edson 301 Circuitos – Elektor – Ed. Hermus