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Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS CARGA E PARTIDA (C&P) Prof. Edson.

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

2 Prof. Edson 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

3 Prof. Edson Bibliografia para o 2 o 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 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.

4 Prof. Edson-2012 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:

5 Prof. Edson 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)

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

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

8 Prof. Edson – John F. Daniell descreve o conceito de pilha galvânica Pilha de Daniel (UFF) 1,10V Anion s ion s

9 Prof. Edson 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 Gaston Planté - Wikipedia.

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

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

12 Prof. Edson Funções básicas da bateria no automóvel: (Ler Bosch ) 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.

13 Prof. Edson Forma construtiva PbO2 Pb

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

15 Prof. Edson Bateria descarregando + -

16 Prof. Edson Bateria totalmente descarregada

17 Prof. Edson Bateria carregando

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

19 Prof. Edson Tensão de Célula versus a Corrente de Carga David Linden e Thomas Reddy, Handbook of batteries, McGraw Hill 30 Ed 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.

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

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

22 Prof. Edson 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.

23 Prof. Edson 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.

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

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

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

27 Prof. Edson – 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

28 Prof. Edson Densidade específica do eletrólito

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

30 Prof. Edson 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

31 Prof. Edson Problemas comuns das Baterias 1)Auto-descarga (Impurezas na solução) 2)Sensibilidade às variações de temperatura 3)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) 1)Formação de Sulfatos 2)Produção de gases (Mistura de chumbo-antimônio)

32 Prof. Edson Mitos 1)Baterias não são secas 2)Todas as baterias produzem gases. 3)Toda bateria tem algum respiro 4)Livre de manutenção são baterias com ligas especiais, mas produzem gases. 5)Não se testa bateria aplicando um curto ou medindo somente a tensão.

33 Prof. Edson 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.

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

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

36 Prof. Edson 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

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

38 Prof. Edson 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.

39 Prof. Edson –

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

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

42 Prof. Edson

43 Prof. Edson Circuitos – Elektor – Ed. Hermus 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.


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