PILHAS E BATERIAS
Lorran Marcos – lorran_marcos.jfl@hotmail.com
Nathália de Souza – tatysr_98@hotmail.com
Raphael Francischeto – rapha-blz@hotmail.com
Prof. Orientador: Júlio Madureira – jmadureira@ifes.edu.br
1. INTRODUÇÃO
Este trabalho tem como principais interesses informar e despertar consciência sobre o uso correto das baterias, e não só isso, mas também imprimir um novo olhar a respeito do assunto nos interessados que prestigiarão a feira. Fará uso de métodos teóricos e práticos através de demonstrações e exposições de materiais dos quais se trata o projeto, com intuito de discutir tópicos relevantes tais como os efeitos de cada tipo de bateria no dia a dia, os inúmeros perigos de contaminação do solo, rios e lençóis freáticos, pelo descarte inadequado de pilhas e baterias no lixo doméstico ou em vazadouros comuns, procedimentos existentes para o correto descarte dos resíduos que apresentam características de periculosidade em sua composição, como os metais pesados: chumbo, cádmio, e mercúrio, e ainda fará um estudo sobre os casuais acidentes que possam vir a ocorrer, de acordo com o uso inadequado desses materiais. Tendo em vista que a sociedade carece de informações sobre as questões do meio ambiente, esse projeto vem auxiliar a todos que não possuem conhecimentos específicos sobre o tema, a adquirir aprendizado, uma vez que se trata de um conteúdo tão comum e de alta relevância no cotidiano.
1. JUSTIFICATIVA
A grande quantidade de equipamento que utiliza este tipo de dispositivo atualmente, bem como a evolução das tecnologias usadas ao longo dos anos para melhorar suas características tornam este trabalho um importante objeto de estudo.
Além disso, as consequências advindas com o uso destes dispositivos tais como risco de acidentes e poluição ambiental são assuntos pouco divulgados no cotidiano.
3. OBJETIVO
O objetivo geral do projeto é esclarecer algumas duvidas, uma vez que o tema acima é de suma importância para o nosso dia a dia por estar presente em diversos equipamentos eletroeletrônicos. É importante atentar para os possíveis riscos de acidentes caso haja mau uso ou o descarte indevido do material.
As baterias em geral apresentam uma enorme eficiência enquanto componente eletroeletrônico, uma vez que é uma fonte de corrente continua muito comum. Uma bateria consiste em uma combinação de duas ou mais células similares. Uma célula é um elemento fundamental de geração de energia elétrica, pois é capaz de realizar conversões de energia química ou solar para elétrica. Toda célula pode ser classificada como primária ou secundária. Uma célula secundária é recarregável, enquanto que uma célula primária não pode ser recarregada. Ou seja, a reação de conversão de energia que ocorre no interior da célula secundária torna possível restaurar sua carga.
Como parte específica do projeto, cita-se a classificação das baterias, sendo como já citado de dois tipos:
3.1 Baterias Recarregáveis ou secundárias
Uma pilha convencional é descartada quando sua carga acaba ou fica em nível insuficiente de energia (fraca). Com uma pilha recarregável, basta utilizar um aparelho adequado para que sua carga de energia seja restabelecida. Com isso, a bateria pode ser utilizada novamente. O mercado oferece, basicamente, dois tipos de baterias recarregáveis: NiCd (utilizadas em calculadoras, ferramentas portáteis, equipamentos portáteis etc.) e NiMH (utilizadas em lap tops, por exemplo); sendo uma terceira e usada em larga escala atualmente, a de Íons de Lítio.
3.1.1. NiCd (Niquel Cadmium)
Também chamadas de Níquel Cádmio, esse é o tipo de pilha recarregável que surgiu primeiro. Normalmente as pilhas NiCd são mais baratas, porém têm menor tempo de vida útil, além de terem menor capacidade de carga. Uma bateria de Níquel-Cádmio típica pode ser recarregada cerca de 1000 vezes e tem vida útil da ordem de alguns anos. As baterias de Níquel Cádmio podem sofrer de um problema chamado “efeito memória”. Quando isso ocorre, a pilha deixa de ser carregada totalmente por sua composição química dar sinal de que a carga está completa. Para entender melhor, imagine que uma pilha tem um efeito memória que atinge 10% de sua capacidade. Isso indica que sua carga será de 90%, pois a pilha indicará que os 10% restantes já estão carregados. O efeito memória acontece quando resíduos de carga na pilha induzem a formação de pequenos blocos de cádmio. A melhor maneira de evitar o problema é não fazer recargas quando a bateria está parcialmente descarregada. É melhor esperar até a pilha “ficar fraca” e você não conseguir mais utilizá-la em seu aparelho para então recarrega-la. As pilhas NiCd estão cada vez mais em desuso, pois além do efeito memória, de terem menor capacidade e menor tempo de vida útil, esse tipo de bateria é muito poluente, já que o cádmio é um elemento químico altamente tóxico e prejudicial ao meio ambiente.
3.1.2 NiMH (Níquel-Metal Hydride).
Também denominadas de Níquel Metal Hidreto, as pilhas NiMH são o tipo mais usado atualmente, pois oferecem maior capacidade, maior tempo de vida, suportam mais recargas se comparado ao NiCd (dependendo do fabricante, isso pode não ser verdadeiro) e são menos poluentes, já que não utilizam materiais pesados, como o cádmio. Outra vantagem desse tipo é a não existência do efeito memória. Baterias que usam esse padrão são as mais
vantajosas, pois possuem tempo de vida útil maior e podem ter maior capacidade de carga, porém são mais caras e é difícil encontrar pilhas nos formatos AA (pequena) e AAA (palito) com essa tecnologia.
3.1.3. Íons de Lítio
As baterias de íons de lítio são um tipo de baterias recarregáveis muito utilizadas em equipamentos eletrônicos portáteis. Armazenam o dobro de energia que uma bateria de níquel-metal hidreto (ou NiMH) e três vezes mais que uma bateria de níquel cádmio (ou NiCd). Outra diferença da bateria de íons de lítio é a ausência do efeito memória (não vicia), ou seja, não é preciso carregar a bateria até o total da capacidade e descarregar até o total mínimo, ao contrário da bateria de NiCd. É muito usada na montagem de circuitos impressos, pois sua fonte é de longa duração, própria pra esses casos.
3.1.4. Chumbo ácido
A composição básica da bateria é essencialmente, chumbo, ácido sulfúrico e materiais plásticos. O chumbo está presente na forma de chumbo metálico, ligas de chumbo, bióxido de chumbo e sulfato de chumbo. O ácido sulfúrico se encontra na forma de solução aquosa com concentrações variando de 27% a 37% em volume. Existem várias baterias no mercado com a mesma voltagem e amperagem, porem de tipos diferentes, basicamente se refere ao tipo de funcionamento:
- Selada: Não requer manutenção, segundo o fabricante a água da bateria dura por toda a vida útil sem a necessidade de recarga, esta vida útil normalmente chega a 4 anos se a bateria for bem cuidada. Nestas baterias o processo químico para produzir eletricidade consome uma quantidade insignificante de água. O problema é que em alguns casos de sobrecarga a água desaparece da bateria e acaba inutilizando a mesma, não existe uma forma de recarregar ou verificar o nível da água.
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Não selada: Requer manutenção, o nível da água deve ser verificado pelo menos uma vez por ano, se o nível da água estiver sempre completo a bateria pode durar tanto quanto uma bateria selada bem cuidada. Estas baterias o processo químico para produzir eletricidade consome água e por este motivo deve ser verificado e completado. A desvantagem fica por conta de ser mais uma coisa a ser verificada na hora da manutenção.
- Método de carga das baterias de chumbo acido
Há diversos métodos para carregar baterias, porém o algoritmo de quatro estados é o que alcança o melhor desempenho, pois utiliza a um corrente constante para recarregar rapidamente as células chumbo-ácido e também a carga com tensão constante para recuperar a capacidade completa da bateria em aplicações em que a bateria é utilizada como supridora de energia, como no caso dos no-breaks.
O período de carga das baterias recarregáveis está subdividida em 4 estágios:
Estágio 1 – Carga lenta: O carregador entrará neste primeiro estágio apenas se a tensão da bateria estiver abaixo da tensão de descarga profunda. Neste caso, é aplicado a corrente de flutuação , ou seja, a corrente mínima, até a tensão da bateria atingir . Caso
contrário o carregador iniciará a carga no estágio 2.
Estágio 2 – Carga rápida: Estágio em que aproximadamente 90% da energia da bateria é restabelecida. É aplicado a corrente máxima permitida até a tensão da bateria atingir a
tensão de equalização.
Estágio 3 – Sobrecarga: Durante este estágio a tensão da bateria é regulada. A corrente inicial é a mesma do estágio 2, que irá gradativamente decaindo até atingir a corrente Ioct, terminando o processo de carregamento da bateria e passando para o estágio 4. É
importante verificar a tensão durante este processo, para que não ultrapasse o limite máximo.
Estágio 4 – Carga flutuante: Neste estágio o carregador apenas suprirá corrente para compensar a própria descarga conforme a variação da temperatura.
3.2. Baterias Não Recarregáveis ou primárias
As pilhas e baterias primárias são aquelas que não podem ser recarregadas. Uma vez que a reação de transferência de elétrons cessa, a pilha para de funcionar, tendo em vista que suas reações não são reversíveis. Dentre os principais exemplares de baterias não recarregáveis cita-se:
3.2.1. Pilha Alcalina
Essa pilha usa zinco (Zn), hidróxido de potássio (KOH) e dióxido de manganês (MnO2) como reagentes, é também conhecida como pilha seca alcalina. A vantagem dessas pilhas é a durabilidade, uma vez que possuem menor risco de vazamentos.
Em razão de tais fatores, esse tipo de pilha ganhou grande espaço no mercado. A nomenclatura foi escolhida devido à presença do hidróxido de potássio que é um composto básico (alcalino).
A pilha alcalina é um tipo de fonte portátil de energia. Tem voltagem de 1,5 V e não é recarregável. É indicada para equipamentos que requerem descargas de energia rápidas e fortes, como brinquedos, câmeras fotográficas digitais, MP3 players, lanternas, walkmans, discmans etc.
3.2.2. Pilha de óxido de prata
O reagente usado nessa pilha, como o próprio nome já indica, é o óxido de prata. O Zinco também se faz presente como ânodo. Essa pilha é fonte de energia para máquinas fotográficas automáticas e calculadoras eletrônicas, e apesar do preço elevado, tem se difundido no mercado.
3.2.3 Zinco – Carbono
Uma pilha de zinco-carbono é uma célula electroquímica de tipo seco constituída por um invólucro de zinco que serve simultaneamente como recipiente e terminal negativo. O seu terminal positivo é normalmente um bloco cilíndrico de carbono ou grafite envolvido por uma mistura de dióxido de manganês ou pó de carbono, e o electrólito uma pasta húmida de cloreto de zinco e de cloreto de amônio.
As pilhas de zinco-carbono são células primárias por terem apenas um ciclo de descarga e não poderem ser carregadas após o seu término (devendo ser por isso descartadas). Foram já comercializados “rejuvenescedores de pilhas” com vista à recuperação de parte da sua carga por meio da aplicação de uma corrente inversa, mas estes tendiam a provocar fugas de eletrólito ou mesmo o rebentamento das pilhas. As células de zinco-carbono são mais propensas a fugas pelo facto do ânodo ser o próprio contentor do eletrólito.
3.3. Problemas ambientais relacionados ao descarte de pilhas e baterias
As pilhas são compostas por metais pesados, tais como mercúrio, chumbo, cobre, níquel, zinco, cádmio e lítio. Esses metais são perigosos para o ambiente e a saúde humana.
Depois de descartadas, as pilhas vão se decompondo, podendo seus componentes infiltrar-se no solo e atingir os lençóis de água subterrânea, entrando assim, no ecossistema dos rios e dos mares, sendo incorporados na cadeia alimentar, aumentando a sua concentração nos seres vivos. Outra forma de contaminação é a inalação ou o simples contato com as substâncias tóxicas. Como exemplos, são citados o chumbo, que causa disfunção renal e anemia; o mercúrio, que gera estomatites e problemas renais, além de lesões cerebrais e neurológicas; o zinco, que provoca doenças pulmonares; e o manganês, que afeta o sistema imunológico.
No Brasil, não há nenhum método desenvolvido para o descarte final das pilhas, somente sistemas de coletas e armazenamento em blocos de concreto fechados. Mas foram desenvolvidas leis para que haja um melhor reaproveitamento dos recursos das baterias por instituições governamentais, que serão citadas mais a frente.
3.4. Acidentes cotidianos causados por baterias
Baterias de diversos tipos, tais como as já vistas, estão presentes quase que todo o tempo em nosso dia a dia, uma vez que servem como propulsão para que diversos equipamentos eletrônicos tenham um funcionamento adequado. A falta de conhecimento relacionado ao correto uso das mesmas pode acarretar diversos problemas, tais como acidentes graves, uma vez que os elementos que estruturam esses tipos de componentes elétricos, possuem naturezas de acidez, corrosividade, alcalinidade, e toxicidade; e o calor gerado pela sua atividade funcional, pode sobrecarregar os elementos componentes da bateria, causando explosões, queimaduras, e até mesmo disfunções que podem gerar acidentes ainda mais graves.
Uma bateria, quando sujeita a trações e/ou compressões, podem causar o derramamento e exposição dos líquidos que a compõem, sendo que esses devem ser removidos com muito cuidado para que se evite algum tipo de contaminação pela pele ou que ocorram lesões como as já citadas acima.
4. EFEITO “MEMÓRIA”
Efeito memória, também conhecido como vício de bateria, ocorre em algumas baterias mais antigas como as níquel cádmio (NiCd), enquanto em outros tipos não, como é o caso das de íons de lítio.
Sem o devido cuidado nas recargas, as baterias propensas ao efeito, parecem adquirir uma capacidade de carga cada vez menor. O efeito acredita-se, seja causado por modificações químicas sofridas pelos materiais utilizados na confecção das células (por exemplo, a formação de cristais de Cádmio).
Para aumentar a vida útil das baterias sujeitas ao efeito, deve-se sempre descarregá-las até que tensão atinja o valor indicado pelo fabricante (cerca de 1,55 V para as baterias de NiCd) antes de submetê-las a um novo ciclo de carga.
Circulam muitos mitos sobre formas de se recuperar baterias afetadas pelo efeito memória, nenhum dos quais se revela eficaz. Um dos mitos bastante difundido, afirma que descarregar completamente uma bateria de NiCd e submetê-la a seguir a um ciclo longo de carga, pode reverter o efeito memória que a acomete.
Tal afirmação se revela falsa e danosa para as baterias deste tipo, que jamais devem ser descarregadas por completo nem armazenadas quando a carga estiver baixa, sob pena de lhes causar danos permanentes.
Outros problemas que afetam a capacidade de carga das baterias são comumente confundidos com o efeito memória, entre os quais podemos citar o envelhecimento da bateria devido a reações químicas secundárias, perda de eletrólito, curtos-circuitos internos e a reversão de polaridade das células.
5. CONCLUSÃO
Pilhas e baterias são componentes essenciais para o armazenamento de energia. Além de saber utilizá-las, o conhecimento dos diferentes materiais usados na composição destes dispositivos, muitos dos quais são extremamente tóxicos, é de suma importância para que não ponha em risco à nossa saúde e o meio ambiente.
REFERÊNCIAS
JOAREZ. Disponível em <http://www.arpapr.org.br/files/pilhas_recarregaveis.> Acessado em 23 de setembro de 2013.
REVISTA ELEKTOR. (Edição brasileira) Ano 4, N.º 45/46 Pág. 58. Tempo de vida das baterias de íons de lítio por Karel Walraven.
Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Bateria_de_i%C3%A3o_l%C3%ADtio.> Acessado em 11 de outubro de 2013.
LABORATÓRIO DE QUÍMICA DO ESTADO SÓLIDO. Disponível em <http://lqes.iqm.unicamp.br/canal_cientifico/lqes_responde/lqes_responde_pilhas_descarte.html> Acessado em 11 de outubro de 2013.
BOYLESTAD, Robert L. Introdução a análise de circuitos, 10ª edição. Acessado em 11 de outubro de 2013.
Imagens:
Figura 1.1 – http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/5683-uso-de-uma-bateria-de-nicd/
Figura 1.2 – http://en.globtek.com/battery-packs.php/baterias-e-blocos-de-bateria-ni-cd-ni-mh#.UliGIJlDtFo
Figura 2.1 – http://dmohankumar.wordpress.com/2010/04/15/nickel-metal-hydride-nimh-battery/
Figura 3.1 – http://www.brasilescola.com/quimica/pilhas-baterias-litio.htm
Figura 4.1 – http://www.mundoeducacao.com/quimica/pilhas-alcalinas.htm
Figura 4.2 – http://www.brasilescola.com/quimica/pilhas-alcalinas.htm
Figura 5.1 – http://andaambiente.blogspot.com.br/2010/06/misterios-da-reciclagem-baterias-parte_15.html