Placa Empastada
Placa Plana
versus
Placa Tubular
Fundamentos
•
Os princípios eletroquímicos que governam a bateria tracionária com placas positivas
empastada (Plana) e tubulares são IDÊNTICOS. Não existem diferenças fundamentais
entre os dois tipos de baterias tracionárias.
•
Todas as baterias de Chumbo-Ácido têm as seguintes características:
–
Reações secundárias de evolução de Oxigênio nas placas positivas e evolução de
Hidrogênio nas placas negativas.
–
Corrosão da grade da placa positiva (Tubular ou Plana).
–
Estes dois fenômenos são inevitáveis e não podem ser suprimidos, fazem parte de
como este tipo de bateria opera. No entanto, o grau de evolução de gases e de
corrosão podem ser controlados e manipulados para otimizar o desempenho da
bateria.
Fundamentos
•
Quando uma bateria de Chumbo-Ácido opera num regime de ciclagem
profunda, os materiais ativos estão sujeitos a variações de volume
consideráveis.
•
O material ativo positivo e negativo expandem em volume durante a descarga
e perdem volume durante a recarga. O produto da descarga da bateria é o
sulfato de chumbo que tem 2,4 vezes mais volume que o chumbo.
•
Durante a vida útil da bateria de Chumbo-Ácido em operação de ciclagem
profunda, o material ativo positivo perde densidade, ao passo que o
material ativo negativo ganha densidade.
•
Por esta razão é critico manter o material ativo positivo debaixo de uma
certa compressão para controlar a perda de densidade e se assegurar
que o material ativo positivo não perca condutividade (É um dos pontos
que a PLANA leva uma grande vantagem sobre a tubular).
Construção das baterias
Placa Plana
Placa tubular
• Filetes de grades verticais e
horizontais facilitando fluxo de
elétrons;
• Espinhas de chumbo
paralela. Único caminho de
eletróns;
• Mais chumbo na grade
(Menor corrosão);
• Baixo chumbo na grade
(Maior corrosão);
• 5 camadas de retenção de
massa;
• Único sistema de blindagem.
Apenas o tubete.
• Óxido de chumbo;
• Chumbo vermelho (Zarcão).
Mais contaminante.
• Menor altura do prisma.
Maior reserva de capacidade;
• Maior controle da densidade
do material ativo;
• 4 – 6% de antimônio;
• Altura do prisma maior.
Menor reserva de capacidade;
• 10%
de antimônio;
Grade:
•
Principais Diferenças
Plana: 4-6% de antimônio (Sb)
* Menor antimônio por conta do design da grade.
* São filetes horizontais e verticais que facilitam o fluxo elétrico. Menor resistência elétrica.
* Melhor adesão massa-grade da placa retardando a corrosão de grade.
* Ótima performance elétrica.
* Vida útil prolongada.
* Boa reserva de capacidade.
* Maior garantia.
•
Tubular: 10% de antimônio (Sb)
* Necessita de maior nível de Sb para processa-la.
* São espinhas paralelas de chumbo.
* Único caminho para os eletróns seguirem (Maior resistência elétrica).
* Baixa performance elétrica.
* Vida mais curta.
* Baixa reserva de capacidade.
* Menor garantia.
NOTA:
1) Na operação da bateria há a migração do antimônio da placa positiva para a negativa. Isto
causa tensões menores na recarga e promover sobrecarga ocasionando corrosão de grade,
queda de massa e pequenos curtos interno na bateria.
2) Placas tubulares apresentam menor chumbo na grade e por isso diminui a resistência a
corrosão pelo o ácido.
Principais Diferenças
Material Ativo (densidade):
•
Plana: Óxido de chumbo
* Controle da densidade já na masseira.
* Longo tempo de cura.
* Longo tempo de formação.
* Menor queda de massa (Melhor adesão massa – grade).
* Aumento da capacidade durante a operação.
•
Tubular: Red Lead (Chumbo vermelho – Zarcão)
* Grãos menores.
* Menor tempo de formação.
* Maior capacidade inicial.
* Maior queda de massa (Menor adesão massa-grade).
* Grande dificuldade de controle de densidade.
Principais Diferenças
Sistema de retenção (Blindagem)
•
Plana:
* 5 camadas de proteções.
** Sliver - (Manta de vidro com fios orientados no sentido vertical) – 1º Envelopamento
** Ouetr wap – ( Manta de vidro no sentido transversal da placa) – 2º Envelopamento.
** Koroesil – Filme retentor de PVC – 3º Envelopamento
** Botinhas inferiores e superiores
* Menor altura do prisma – Mais ácido acima das placas (maior reserva de
capacidade)
•
Tubular: Red Lead (Chumbo vermelho – Zarcão)
* Único sistema de blindagem (Tubete).
* Maior altura do prisma – Menos ácido acima das placas (menor reserva de
capacidade)
Principais Diferenças
Resultados
Capacidade Inicial:
• Plana:
• Tubular:
85% - 105% de capacidade
90% - 112% de capacidade
10 – 100 ciclos:
•
Plana:
Plana:
•
Tubular::
Tubular
Ganha capacidade (100 - 110%)
Perde capacidade (9 a 15%)
Vida útil:
•
Plana:
•
Tubular:
1.700 à 2.000 ciclos
900 à 1.300 ciclos
Fundamentos
• Métodos de retenção do material ativo positivo de uma
placa plana:
– Placa Empastada (Plana) consegue conter o material ativo através de
um sistema de envelopamento robusto, seguro e eficiente, que inclui
cinco componentes principais:
•
•
•
•
Manta de fibra de vidro de fios orientados no sentido longitudinal (Sliver)
Manta de fibra de vidro no sentido transversal (Outer mat)
Blindagem de PVC perfurada (Retentor)
Botinhas inferiores e superiores.
Placa BLINDADA
Sliver Mat
Koroseal
ou filme retentor
Proteções laterais
Outer Mat
Botinhas inferiores e
superiores
Fundamentos
– Placa Tubular:
• Retenção realizada unicamente pelo tubete. Se o tubete
relaxa (geralmente por motivo da vibração da empilhadeira),
tem perda de contato entre a espinha de chumbo e o
material ativo, perdendo autonomia .
• Com o crescimento do tubete, a tira de fundo selada rompese e a tira de fundo encaixada tende a soltar-se ainda mais
facilmente.
Tira de fundo
Tubetes
Comparativo das grades
•
A placa plana empastada tem uma grade que oferece maior fixação e
uniformidade para a massa ativa, além de ser um meio mais eficaz
para o transporte de energia através de seus múltiplos caminhos.
•
As espinhas de chumbo de uma placa Tubular só oferecem um meio
muito limitado para colher a corrente gerada no interior do material
ativo positivo. As espinhas situadas no centro dos tubetes das placas
tubulares não oferecem nenhum suporte ao material ativo e estão
sujeitas ao ataque da corrosão, idêntico ao ataque de corrosão que
acontece com as grades das placas planas.
Comparativo do controle de
densidade do material ativo
• A placa plana empastada tem uma grande vantagem no
controle de densidade do material ativo positivo.
• A densidade da massa positiva já está estabelecida na
masseira e logo é aplicada de maneira uniforme sobre a grade
de chumbo.
• O controle de densidade é uniforme e perfeito.
Comparativo do controle de
densidade do material ativo
•
A placa Tubular se enche com óxido de chumbo em pó. Depois de
enchida a placa é sulfatada, lavada e secada. Durante este processo,
as variações de densidade são extremas e é muito difícil manter
uniformidade no produto final. O controle de densidade é critico para
obter uma boa ciclagem.
Máquina de encher os tubetes
•
O tecido dos tubetes das placas positivas podem permitir uma perda de
material ativo e por conseqüência uma queda na densidade da placa. O
controle da densidade é inferior a placa plana.
Comparativo da Recarga
•
Os fatores críticos para uma recarga adequada das baterias
tracionarias são:
•
1.- O tipo de carregador e o método de recarga que está sendo
aplicado. O fator de sobrecarga de 115% a 120% é essencial para
uma boa ciclagem. Baterias de ambos os tipos de placas positivas
possuem esta característica.
•
2.- Estado de Carga/Descarga da bateria também é um fator critico.
Uma bateria, depois de ser descarregada, tem uma resistência
elevada. A medida que a bateria se recarrega, esta resistência
decresce.
Comparativo da Recarga
•
3.- O material ativo de uma placa empastada (Plana) está 100% oposto ao
material ativo negativo da placa negativa. Isto quer dizer que todo o material
positivo está disponível para receber a corrente. No caso da placa tubular, o
quarto de circunferência dos tubetes que estão opostos aos tubetes vizinhos,
não estão em oposição e por conseqüência o material ativo permanece
inativo.
Região sem oposição com a placa negativa
Região sem oposição com a placa negativa
Placa plana
Placa Tubular
Comparativo de Ciclagem
• Os fatores críticos que determinam a ciclagem da bateria
tracionaria são:
• 1.- Recarga adequada: Qualquer bateria tracionária não pode
ciclar se não receber um mínimo de 115% da capacidade
utilizada durante o período de descarga. Isto é válido para
qualquer tecnologia de baterias;
• 2.- Bom controle da densidade do material ativo positivo
aumenta o tempo de vida da bateria. Nesse sentido, a placa
empastada (Plana) oferece melhores condições de controle.
Variações na densidade de material ativo ou densidade
muito baixa poderão reduzir a vida útil da bateria;
• 3.- A placa empastada (Plana) oferece melhores condições de
retenção do material ativo e permite uma maior compressão
deste, visto que o material ativo esta sendo retido por
quatro materiais e dois deles são compressíveis.
Comparativo de Ciclagem
• As variações de densidade nas placas tubulares são muito
grandes e por conseqüência é muito difícil manter a
uniformidade no produto final.
• O tecido dos tubetes das placas positivas podem permitir uma
perda de material ativo e por conseqüência uma queda na
densidade da placa. O controle da densidade é inferior à placa
plana.
Conclusões
Podemos listar 5 grandes razões que comprovam de forma
consistente que a bateria empastada é a melhor escolha para
clientes que trabalham de forma mais severa. São elas:
1.
A placa plana positiva tem maior proteção ao seu redor. As
camadas de envelopamento são mais eficientes do que a
simples bolsa utilizada na placa tubular. Além disso, a placa
plana resiste a uma vida cíclica (expansão em compressão)
maior.
2.
As densidade dos materiais ativos são usualmente maiores
para baterias planas. Isso favorece também a uma vida cíclica
maior para a bateria devido a resistência mecânica da massa
ser mais alta.
Conclusões
3.
A grade positiva tem mais chumbo para resistência maior à corrosão.
Para grades tubulares, uma simples corrosão em uma das espinhas
pode favorecer a uma queda brusca de capacidade.
4.
Placas tubulares geralmente têm vazios entre o material ativo que
servem como caminho direto para o ácido entrar em contato com a
grade e corroer a mesma.
5.
As placas tubulares podem sofrer com o crescimento das espinhas e
romper a proteção inferior da bolsa fazendo com que o material ativo
caia e haja uma perda prematura de capacidade.