Baterias chumbo-ácidas


Há vários termos que descrevem o tempo de vida útil de uma bateria, que nem sempre são compreendidos pelos usuários finais. Este artigo explica esses termos e por que eles são usados, discutindo algumas variáveis ambientais primárias, que devem ser consideradas na seleção das baterias, dependendo do tipo de aplicação.


Dan Lambert, da Schneider Electric

Data: 29/06/2017

Edição: RTI Maio 2017 - Ano XVIII - No 204

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A estimativa de vida útil de uma bateria pode ser descrita por vários termos. Alguns deles são claramente definidos por empresas de bateria e bem compreendidos por aqueles que pertencem a essa indústria. Outros são informais sem definições claras. Como resultado, os termos que visam descrever o tempo de vida da bateria podem confundir ou enganar os usuários finais que não estejam totalmente familiarizados com os jargões desse mercado.

Além disso, várias condições ambientais afetam a estimativa de vida de uma bateria e devem ser consideradas quando o usuário final está selecionando esses equipamentos para uma aplicação.

Para explicar o que os termos de estimativa de vida de uma bateria significam e por que são usados, este artigo irá descrevê-los isoladamente. O artigo ainda discute algumas das variáveis ambientais primárias.

Estimativa de vida do projeto

Antes de criar uma bateria, o projetista conhece todos os parâmetros básicos que ela deverá satisfazer. Tensão, ampacidade, tamanho da caixa e estimativa de vida do projeto são parte da especificação original. O trabalho do projetista é garantir que haja material ativo e eletrólito suficientes dentro do tamanho da caixa designada para fornecer os requisitos de tensão e ampacidade pelo período especificado pela estimativa de vida do projeto. Essa estimativa é o tempo de duração que o fabricante diz que a bateria é capaz de ter, dado que todos os parâmetros de especificação sejam mantidos.

A especificação da estimativa de vida de projeto varia de fabricante para fabricante e também dos modelos de baterias. As categorias básicas de estimativa de vida de projeto para uma bateria VRLA são cinco anos, 10 anos e 12 anos. Há várias especificações não padrão de diferentes fabricantes, mas nem todos fornecem essa informação.

A especificação inclui todas as variáveis ambientais, que normalmente afetam o tempo de vida da bateria. Para segui-la, é típico que os seguintes parâmetros sejam atendidos:

corrente e de tensão permitida, durante o carregamento, bem como o descarregamento.

Esse é um regime muito rigoroso que tem que ser seguido de forma precisa. Não são muitas instalações que podem manter esse nível de controle.

Estimativa de vida de serviço

Diferentemente da estimativa de vida do projeto, a do serviço não tem qualquer especificação real. O que realmente indica essa característica é aproximadamente quanto tempo uma bateria de um uma dada estimativa de vida de projeto permanecerá confiável, dependendo do ambiente real em que é usada. Em geral, essa é uma estimativa específica de um local.

Quando usada em sistemas UPS, o ambiente, tanto elétrico quanto físico, pode ser extremamente impactante. Com os modernos projetos de UPS de alta eficiência, a bateria se tornou muito mais importante como uma parte da capacidade de filtragem de UPS. Isso porque os novos projetistas eliminaram muito da ferroressonância e da capacitância que forneceram a base para os sistemas antigos passarem por variações menores tanto na energia input quanto em flutuações de carga.

O sistema de bateria tem sido cada vez mais usado para atender a capacitância que estabiliza a carga no inversor. Isso causa numerosas microdescargas, o que, em conjunto, com a exigência de satisfazer as demandas de descargas de alto índice e mais frequentes causadas pelas flutuações do serviço, impõem à bateria UPS uma trajetória de expectativa de vida significativamente menor. Há também um certo número de fatores ambientais e elétricos que afetam a duração da bateria:

A extremidade oposta do espectro de corrente de carga também merece atenção. A carga de estado estável nominal, muitas vezes referida como ‘carga de flutuação, também faz parte do regime de carregamento. O nível típico da carga de flutuação de uma bateria de estado estável é de aproximadamente 100 mA por 100 Ah de capacidade de bateria. Esse não é um número preciso e varia de acordo com o design e a construção da bateria, mas é algo que deve ser observado quanto a mudanças significativas.

A bateria UPS típica não terá uma corrente de flutuação realmente estável, devido às variações do retificador e do inversor que ocorrem pelas mudanças no tensão de input e no fator de carga, mas é recomendado que o nível de corrente de flutuação seja observado como um indicador de mudanças potenciais dentro do string da bateria.

O que isso tudo significa para o usuário final? Qual a principal diferença entre estimativa de vida de projeto e de serviço?

Quando se veem esses termos e quando considerados com a explicação mais simples, é fácil verificar que a estimativa de vida de projeto é aquela que o fabricante descreve, dado que sejam mantidos todos os parâmetros da especificação. É também relativamente fácil verificar que, por conta das variáveis físicas e elétricas do ambiente, é altamente improvável que a estimativa de vida de serviço fique de alguma forma próxima da estimativa de vida de projeto.

A estimativa de vida de projeto é qual a probabilidade de duração da bateria, dado que haja um ambiente e um ciclo de carga/descarga perfeito. A bateria é carregada numa tensão estável e é mantida com muita precisão por um retificador que fornece uma energia CC muito limpa. Quando é descarregada, a descarga é um fluxo de corrente de longa duração e baixa amperagem que permite que o material ativo disponível seja usado de forma muito eficiente. Esse tipo de serviço tem maior probabilidade de ser visto em um ambiente de operadora.

A estimativa de vida de serviço é o quanto a bateria irá provavelmente durar, dado que tenha que se submeter a todas as variáveis que são, normalmente, de difícil controle. O usuário final não pode controlar a frequência com que o dispositivo experimenta flutuações e as flutuações de temperatura são geralmente maiores que o ideal. Quando ocorre uma descarga, o que acontece com maior frequência do que se acredita, o perfil é quase o oposto da descrição anterior. A bateria é, normalmente, dimensionada para fornecer energia por apenas um breve período de tempo, mas a demanda de carga é muito alta durante essa descarga. O perfil dessa descarga é de muito alta amperagem por poucos minutos, o que não permite o uso eficiente do material ativo disponível. A bateria é então recarregada a uma corrente muito alta para formar a capacidade do armazenamento o mais rápido possível, de forma que esteja pronta para uma nova ocorrência de descarga. Mesmo quando a bateria está totalmente recarregada, é muito difícil controlar como o perfil de carga muda de um momento para outro, sem a microgestão de todo o equipamento instalado. Isso está além da capacidade da maioria dos usuários finais.

Devido à própria natureza de como a maioria dos usuários emprega um sistema UPS, a estimativa de vida de serviço fornecida pela maior parte das baterias é boa. A bateria UPS irá experimentar tantas descargas por ano, seja em grandes eventos ou em microdescargas, quanto as baterias standby irão experimentar em seu tempo de duração. Dependendo do design de UPS, e também do tipo de equipamento que está sendo alimentado por UPS, não é incomum ver uma quantidade significativa de ruído eletrônico e reflexão harmônica no barramento CC. Todos esses fatores contribuem para reduzir o tempo de vida.

Atualmente, é normal que um usuário final especifique a bateria de melhor estimativa de vida de projeto com 12 anos e de serviço de três a quatro anos. Em um mundo perfeito, a estimativa de serviço deveria ser de nove a 10 anos.