Capítulo 1: Características e funcionamento

Por: Redação

Construção
A bateria, quando está em perfeito funcionamento, é um transformador de energia química em elétrica, e vice-versa. É composta por um conjunto de placas (fig. 2), confeccionadas de chumbo com polaridade invertida, que são separadas com material isolante microporoso do tipo bolsa de polietileno. As placas negativas (-) são feitas em chumbo poroso (Pb) e as placas positivas (+) de dióxido de chumbo (PbO2).

[Fig. 2] Construção de uma bateria do tipo chumbo/ácido, também conhecida como bateria úmida. A imagem representa apenas 1 célula de um total de
6 contidas na bateria


A bateria é composta por várias células. A tensão desejada para a bateria é conseguida através da interconexão em série das células, por meio das juntas de interconexão. Conecta-se sempre o pólo negativo de uma célula com o pólo positivo da seguinte. As juntas de interconexão entre as células passam através das paredes divisórias da caixa da bateria.

Os pólos da bateria e as juntas de interconexão também são de chumbo. Algumas baterias apresentam o pólo positivo com diâmetro maior do que o do pólo negativo. A diferença serve para evitar conexões com a polaridade incorreta no veículo.

O espaço livre entre as células, bem como entre os poros das placas e separadores, é preenchido com eletrólito, o qual será explicado adiante.

A caixa da bateria é do tipo bloco, feita de material isolante, resistente aos efeitos de ácidos (polipropileno) e acomoda as células (fig.2a).

[Fig. 2a] Partes da caixa da bateria


Apresenta saliências na base para a sua fixação e é fechada por cima através da tampa.

Nas baterias mais antigas que precisavam de manutenção, cada célula tinha uma tampa roscada que podia ser removida para a verificação e reposição do eletrólito. Nas baterias livres de manutenção, estas tampas já não podem ser acessadas. Estas baterias também são conhecidas como “seladas”. A tampa é utilizada para o primeiro enchimento de eletrólito e também para saída do gás produzido.

A saída do gás ocorre através da abertura de desgaseificação central.

Eletrólito
O líquido das baterias recebe o nome de eletrólito. Em uma bateria de chumbo é utilizado o ácido sulfúrico diluído em água destilada.

Com a sua carga elétrica máxima, o ácido sulfúrico equivale aproximadamente a 38% do eletrólito e o resto é água destilada. Devido às características dos seus íons, o eletrólito está em condições de conduzir uma corrente elétrica entre os eletrodos.

[Fig. 3] A densidade nominal do eletrólito varia de acordo com a carga da bateria, por isso, analisando a tensão da bateria podemos saber como está a
densidade do ácido

A densidade nominal do eletrólito varia de acordo com a carga da bateria, por isso, analisando a tensão da bateria podemos saber como está a densidade do ácido.

Processo de descarga
A bateria de chumbo é constituída de dois eletrodos; um de chumbo e o outro de dióxido de chumbo, ambos mergulhados em uma solução de ácido sulfúrico com densidade aproximada de 1,28 g/cc.

Quando o circuito externo é fechado, conectando eletricamente os terminais, a bateria entra em funcionamento (descarga), ocorrendo a semi-reação de oxidação no chumbo e a de redução no dióxido de chumbo.

Durante o processo de descarga, o eletrólito fornece íons SO4 (átomos com desequilíbrio de elétrons) para as placas até atingir o equilíbrio e se transforma em água (fig.4).

[Fig. 4] Durante o processo de descarga, o eletrólito fornece íons SO4 (átomos com desequilíbrio de elétrons) para as placas até atingir o equilíbrio
e se transforma em água

Com isso a densidade do eletrólito diminui, o que pode servir de parâmetro para determinar estado de carga da bateria.

A corrente se origina do fluxo de íons SO4 para as placas.

Nas placas (+) e (-) se forma o sulfato de chumbo.

Processo de carga
A corrente passa em direção oposta à da descarga. Portanto, é necessária tensão maior que a nominal da célula a ser carregada.

A mudança química que ocorre é a seguinte: água se transforma em H2SO4 a partir dos íons SO4 vindos das placas (fig. 5).

[Fig. 5] Durante o processo de carga, os íons SO4 voltam a se integrar com a água restabelecendo a densidade do eletrólito. Os átomos de oxigênio, que cederam lugar para os íons SO4, retornam para a placa positiva.


As reações de reincorporação do H2 e do O2 nas placas (-) e na (+) produzem gaseificação.

A densidade do eletrólito só começa a aumentar quando a gaseificação aumenta e o eletrólito é “agitado”.

Contudo, a gaseificação excessiva e prolongada é danosa à bateria por remover material ativo da superfície das placas.

A hidrólise do eletrólito provoca evaporação da água e consequente queda no nível. Como as placas oxidam se expostas ao ar, deve-se evitar que a queda de nível ocorra, caso contrário haverá corrosão das grades das placas.

Sulfatação
Conforme visto anteriormente, durante a fase de descarga ocorre o que chamamos de sulfatação das placas positivas e negativas (fig. 6).

[Fig. 6] Se a bateria estiver com alto grau de sulfatação, perde a sua reversibilidade, isto é, as mudanças químicas que deveriam ocorrer no processo de carga não são mais possíveis


O termo “sulfatadas” é usado para descrever baterias danificadas por sub-carga ou por terem sido deixadas muito tempo descarregadas (ocorre perda de porosidade e é desenvolvida alta resistência elétrica). Se a bateria estiver com alto grau de sulfatação, perde a sua reversibilidade, isto é, as mudanças químicas que deveriam ocorrer no processo de carga não são mais possíveis.

Uma bateria que permanece por um longo período de tempo descarregada (mais de 1 mês) sofre o que chamamos de cristalização do sulfato. Este sulfato cristalizado necessita de mais energia para ser quebrado.

Por vezes, a demora na aceitação da carga faz com que a bateria seja condenada. Esta sulfatação ocorre em qualquer tipo de tecnologia de bateria automotiva.

Grandezas e conceitos técnicos
Uma bateria possui 6 células e cada uma delas gera 2 Volts nominais, ou seja, 6 células x 2 volts cada = 12 Volts. Porém, na realidade varia de acordo com a construção. Por exemplo, dependendo do fabricante, uma bateria é capaz de gerar 2.1 V por célula, logo teremos 12.6 V estando 100% carregada.

Uma bateria de outro fabricante é capaz de gerar 2.13 Volts por célula, logo teremos 12.8 V estando 100% carregada.

Sendo assim, entendemos que 12 V não é uma tensão razoável para o bom funcionamento do veículo. O mínimo é de 12.4 V, abaixo desse valor é necessário recarregar a bateria para qualquer eventualidade, por exemplo, ao efetuar uma adaptação de unidade de controle.

Em uma bateria automotiva existem vários itens que devemos levar em consideração. Um deles é a aplicação correta da bateria ao veículo. Ao observarmos a bateria encontramos três informações importantes (fig. 7).

[Fig. 7] Sempre devemos repor uma bateria danificada por outra bateria nova com as mesmas especificações indicadas pela Montadora para
o veículo


A primeira informação refere-se à tensão nominal, logo os 12 V são aplicáveis a um automóvel com rede de bordo de 12 V.

A segunda refere-se à capacidade de fornecimento de corrente x hora.

A terceira refere-se à capacidade de corrente de partida a frio a -18º C segundo as normas prescritas.

Mais adiante mostraremos como estas informações também são usadas para se fazer o diagnóstico da saúde da bateria.

Tampa labirinto
Geralmente as baterias úmidas possuem uma tampa dupla, formada por duas peças: o elemento superior e o elemento inferior. A tampa dupla é dotada de um sistema de labirinto e, por esse motivo, também recebe o nome de tampa labirinto. Na tampa labirinto estão integrados os sistemas de desgaseificação central e proteção antichama.

O vapor de água gerado durante a carga da baterias se condensa na tampa da bateria e retorna à bateria na forma líquida através do labirinto.

Normalmente, a tampa labirinto também impede que o eletrólito saia se a bateria for inclinada. Isto aumenta consideravelmente a segurança da bateria durante seu uso e manuseio.

[Fig. 7a] Esquema de funcionamento da tampa labirinto.