PILHAS RECARREGÁVEIS 2014/2015 MIEEC02_3

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1 PILHAS RECARREGÁVEIS 1

2 Tópicos abordados 1. História das pilhas( invenção da pilha elétrica e recarregável) 2. Funcionamento e composição 3. Principais caraterísticas de cada tipo de pilha 4. Diferenças entre as pilhas de NiMH e NiCd 5. O efeito de memória 6. Cuidados a ter com as pilhas recarregáveis 7. Vantagens e desvantagens da pilha recarregável 8. Diferenças entre as pilhas primárias e secundárias 9. Resultados acerca do estudo realizado 2

3 1. Pilha elétrica Em 1780, Luigi Galvani verificou que o contacto de dois metais diferentes com o músculo de uma rã criavam corrente elétrica Com base na experiência de Galvani, Alessandro Volta começou a fazer experiências somente com metais, tirando a hipótese de o tecido muscular animal ter qualquer influência na produção de corrente elétrica. Em 1800 realizou com sucesso a demonstração do funcionamento da primeira pilha elétrica, validando a sua hipótese 3

4 1. Invenção das pilhas recarregáveis A bateria de chumbo-ácido foi a primeira bateria recarregável que surgiu na história Foi inventada por Gaston Planté Inicialmente era usada em sinalizações ferroviárias Presentemente o seu uso é mais comum em automóveis. É constituída por chumbo (Pb) e dióxido de chumbo (PbSO4) 4

5 . Funcionamento e composição Uma pilha é um dispositivo, que através de uma reação química, produz eletricidade. É constituído por três substâncias químicas: o eletrólito (solução química) e dois metais - elétrodos o ânodo e o cátodo A eletricidade é gerada pelo movimento frenético dos eletrões Os dois metais cátodo e ânodo ficam com cargas eletricamente opostas 5

6 3. Principais caraterísticas de uma pilha Capacidade Àmpere hora (Ah) Capacidade volúmica Tensão Potência Energia Ah/kg Volts (V) Watts (W) Joule (J) Outras características: Carga Capacidade nominal Influência da temperatura Auto descarga 6

7 3. Pilhas não recarregáveis Também designadas por pilhas primárias Uso descartável não aceitam recarga Direcionadas para aparelhos eletrónicos e portáteis com motor A tensão em circuito aberto varia entre os 1,55V e 1,0V Mais caras que as pilhas secas comuns Mantêm constante a sua voltagem por um longo período de tempo 7

8 Pilhas recarregáveis Conhecidas também por pilhas secundárias ou acumuladores Direcionadas para dispositivos eletrónicos mais avançados Pilhas robustas e de baixa resistência interna, sendo por isso ideais para o fornecimento de elevadas correntes Capacidade de carga baixa Auto descarga alta Tensão nominal é de 1,2V A tensão muda ligeiramente aquando o seu descarregamento 8

9 4. Diferenças entre as pilhas de NiMH e NiCd NiMH NiCd Capacidade + - Tensão 1.2V 1.2V Efeito de memória Não tem Tem Poluição Poluente Mais poluente devido à presença do Cádmio. Ciclos de carga e descarga 1000 Ciclos 500 Ciclos, por isso mais económicas Auto descarga 2x mais alta Alta Densidade energética W.h/dm W.h/dm 3 Cargas e descargas da corrente Uso Não lidam com cargas/descargas muito rápidas Em baterias de veículos elétricos e dispositivos mais sofisticados. São também exploradas nas indústrias de robótica e telecomunicações. Aguentam cargas/descargas mais rápidas Em telemóveis e outros dispositivos eletrotécnicos 9

10 5. O Efeito de Memória Particularidade das pilhas de Níquel Cádmio? Em que consiste este efeito? Este efeito ocorre quando a pilha dá sinal de que a bateria está totalmente carregada, quando na verdade isso não se verifica. Por isso, o carregamento não é feito na sua totalidade.? Como e porque é que ocorre? A sua ocorrência deve-se ao facto de a pilha ser constantemente recarregada sem estar totalmente descarregada. Com isto, a pilha perde parte da sua capacidade. Este efeito dá-se devido à formação de pequenos cristais de cádmio, que é estimulada por altas temperaturas 10

11 Como evitá-lo Não carregar a bateria enquanto esta ainda não se encontra totalmente descarregada Manter as pilhas longe de altas temperaturas 11

12 . Cuidados a ter com as pilhas recarregáveis Não devem ser expostas ao calor Não devem sofrer choques mecânicos A sua utilização para o fornecimento de elevadas correntes requer algumas medidas de segurança Não devem continuar a ser descarregadas abaixo de 1V, sob o risco de se danificarem Devem ser guardadas à temperatura ambiente, de forma a evitar que entrem em curto-circuito, e em caixas de plástico Não devem ser misturaradas com outros tipos de pilhas 12

13 7. Vantagens Desvantagens O ciclo de descarga e recarga pode ser feito inúmeras vezes, tornando este tipo de pilha mais económica Resistência interna baixa indicadas para o fornecimento de elevadas correntes A cada ciclo de carga e descarga a capacidade da pilha diminuiu No caso de ser de NiCd, sofre o efeito de memória Poluentes 13

14 . Alcalina Pilhas primárias VS pilhas secundárias NiMH NiCd Tensão nominal 1.5V 1.2V 1.2V Capacidade de fornecimento da Média Alta Alta corrente Ciclos de recarga Não é recarregável 1000 Ciclos 500 Ciclos Auto descarga Muito baixa Alta Alta Densidade energética 230W.h/dm W.h/dm 3 300W.h/dm 3 Poluição Não é Poluente Poluente A mais poluente Descarregamento Sucessivo e linear. A sua tensão decai durante o uso e considera-se descarregada quando esta diminuiu para 60% (0,9V) Mantem o valor da sua tensão durante a maior parte do funcionamento. Considera-se descarregada quando esse valor atinge 1V Mantem o valor da sua tensão durante a maior parte do funcionamento. Considera-se descarregada quando esse valor atinge 1V 14

15 9. Experiências realizadas Descarregaram-se três tipos de pilhas: A e B, ambas de níquel e metal e X, alcalinas Cada uma delas foi descarregada com três intensidades diferentes Fatores em estudo: variação da tensão e variação da energia em função do tempo 15

16 Resultados 16

17 Pilha A 300mA 550mA 1100mA Tensão inicial (mv) Tensão final (mv) Duração (s) Intervalos de tempo Intensidade média da corrente (ma) 301, , ,51 Pilha B 300mA 550mA 1100mA Tensão inicial (mv) Tensão final (mv) Duração (s) Intervalos de tempo Intensidade média 300, , ,71 da corrente (ma) Pilha X X1 X2 X3 Tensão inicial (mv) Tensão final (mv) Duração (s) Intervalos de tempo Intensidade média da corrente (ma) 546, , ,

18 18

19 Pilha A 330mA 550mA 1100mA Energia total (J) 2488,3 2501,4 2164,7 Pilha B 330mA 550mA 1100mA Energia total (J) 2450,1 2632, Pilha X X1 X2 X3 Energia total (J) 1527,6 1689,

20 Interpretação dos resultados obtidos A pilha que foi descarregada com uma intensidade de 550mA é a que apresenta maior capacidade - tensão inicial maior. Foi também a que forneceu mais energia, logo a sua tensão final foi a menor. Pilha com maior resistência interna - dissipa mais energia Assim, são preferíveis as pilhas com correntes de descarga mais baixas pois têm um melhor rendimento. 20

21 As pilhas de 300mA tem a tensão inicial inferior e terminam com uma tensão mais alta - auto - descarga mais baixa Disponibilizam mais energia do que as pilhas de 1100mA Têm maior capacidade em relação as pilhas de 1100 ma, desperdiçando menos energia útil maior rendimento Pode constituir uma vantagem, dependendo do objetivo do utilizador no momento da compra. 21

22 A pilha B forneceu mais energia que a pilha A, logo apresenta maior capacidade Comparando a pilha X (alcalina) com as pilhas A e B (NiMH), conclui-se que as pilhas não recarregáveis têm uma menor capacidade visto que disponibilizam menos energia 22

23 A pilha mais antiga, que ainda funciona, encontrase num laboratório em Inglaterra. Desde 1840 que não parou de emitir uma fraca corrente elétrica. (vives malondro 2004) 23