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Acumuladores
(Parte 2 - Utilização da f.c.e.m. de polarização)

Prof. Luiz Ferraz Netto [Léo]
leo@feiradeciencias.com.br 

Princípio dos acumuladores
Quando a corrente atravessa o eletrólito, os produtos da decomposição dirigem-se para os eletrodos, e se origina uma f.c.e.m., na cuba ou eletrolisador que se torna um verdadeiro elemento, capaz de fornecer uma corrente que perdurará enquanto os produtos da eletrólise não tiverem desaparecido. O eletrolisador deve, assim, restituir a quantidade de carga elétrica que provocou a polarização e mesmo devolver a energia consumida.

Para impedir a fuga dos gases fornecidos pela eletrólise da água, esses são recolhidos em provetas, pela pilha de gás, sendo, entretanto, preferível fazê-las entrar, por meio de reações químicas reversíveis, em combinações que formam, nos eletrodos, depósitos sólidos, aderentes e condutores. A corrente secundária, por inversas reações, consome a energia acumulada nesses depósitos e reconduz a cuba eletrolítica ao seu estado inicial.

Essas cubas eletrolíticas especiais denominam-se acumuladores ou células acumuladoras; a corrente primária que as polariza é denominada corrente de carga e a corrente secundária à qual dá origem e que as despolariza é a corrente de descarga.

Há diversos tipos de acumuladores; descreveremos tão somente o acumulador de chumbo, que é o mais empregado.

Acumulador de chumbo
Descrição do acumulador não carregado -
Uma cuba em forma de paralelepípedo, geralmente de vidro, contém água acidulada por 1 a 2 décimos de H2SO4 puro a 66 °B. Laminas de chumbo antimoniado, providas de alvéolos nos quais se acha comprimido o óxido de chumbo (PbO), constituem os eletrodos.
Um acumulador, ou mais apropriadamente uma bateria de acumuladores, contém certo número de placas negativas paralelas, compreendendo entre elas as placas positivas (uma de menos). Estas placas + e - nunca são idênticas, mesmo antes da carga, se bem que assim as consideremos, no que segue, para maior simplicidade. O intervalo que separa duas placas sucessivas é de alguns milímetros, devendo-se ter o cuidado de reduzi-lo o mais possível, sem permitir, entretanto, o contacto das placas.
A figura abaixo ilustra as partes de um acumulador.

Carga do acumulador
 Façamos passar a corrente, de maneira que uma quantidade de carga elétrica igual a 2 X 96 490 coulombs atravesse o aparelho. Uma molécula grama d'água é decomposta. O vai para o eletrodo de entrada e transforma PbO em PbO2. H2 vai para o eletrodo de saída e reduz PbO ao estado de Pb.

Quando não resta mais PbO, os gases O2 e H2 se desprendem e a energia elétrica não se acumula mais, sob forma química, nos eletrodos: o acumulador está carregado. A lâmina de saída ou lâmina negativa toma, então, uma cor cinzenta, de chumbo; a lâmina positiva é de um vermelho escuro que lembra os óxidos superiores do chumbo PbO2 ou Pb304.

Descarga do acumulador
Vamos suprimir o dínamo e substituí-lo pelo circuito que deve utilizar a corrente (o consumidor).

Constata-se que no amperímetro passa a circular um corrente de sentido contrário à de carga. Esta corrente de descarga, devido à f.c.e.m. de 2 volts do acumulador, agora funcionando como gerador, decompõe a água acidulada. Uma molécula grama será eletrolisada, se a quantidade de carga elétrica que passa for igual, ainda, a 2 x 96 490 C.
H2 dirige-se para o eletrodo da saída, que é a placa positiva, reduzindo o PbO2 a PbOO oxida a placa negativa, reconduzindo-a ao estado de PbO.
Quando o bióxido de chumbo positivo e o chumbo negativo forem completamente transformados em PbO, a corrente cessará, o acumulador estará descarregado. Restituiu, na
descarga, a quantidade de carga elétrica que tinha recebido na carga. Funciona como um reservatório de energia elétrica e é, infelizmente, a única maneira que temos de armazenar para posterior utilização, a eletricidade dinâmica. Um acumulador pode ser carregado e descarregado quantas vezes se queira.

OBSERVAÇÃO - A teoria que acabamos de expor é extremamente simplificada, e o ácido sulfúrico desempenha um papel no funcionamento. Durante a descarga, as matérias ativas absorvem H2SO4 e a densidade da solução decresce (20° Baumé). Durante a carga, pelo contrário, o H2SO4 é novamente posto em liberdade, e a densidade da solução cresce (30° Baumé). A densidade do eletrólito, medida com um areômetro, é um dos melhores meios que se têm de verificar a carga ou a descarga.
Entretanto, não se forma sulfato de chumbo. A produção desta substância num acumulador, caracterizada pelo aspecto esbranquiçado das placas, é um acidente grave que se evita quando os acumuladores são bem tratados.

Características dos acumuladores — Força eletro-motriz
A f.e.m. é de 2,1 volts. Sobe a 2,5 volts, no fim da carga, baixando no fim da descarga; é prudente detê-la quando se chega a 1,8 volt (formação de PbS04).

Capacidade — A quantidade de carga elétrica que os acumuladores usuais podem armazenar, sob forma química, é, em média, de 20 amperes hora por quilograma de eletrodos, ou sejam, em coulombs, 20 X 3 600 = 72 000 coulombs/kg. O acumulador fornece somente 90% da carga elétrica da corrente de carga.

Energia — A energia Eelet. de um acumulador é o produto da sua f.e.m. e = 2 volts, pela quantidade de carga, q ampères-hora, que contém: Eelet. = q.e .

A energia química armazenada, por quilograma de eletrodos, é Eelet. = 20 ampères-hora x 2 volts = 40 watts-hora, ou,  40 W X 3600 s = 144 000 joules.

O acumulador não devolve toda a energia que se lhe forneceu: há perda de eletricidade por uma parte nas transformações químicas, ao passo que, por outra, uma certa quantidade de energia se transforma em calor, em virtude da resistência interna; o rendimento em energia é, em média, de 80%.

Regime de carga e descarga - Potência
Uma corrente muito intensa deteriora os acumuladores; a intensidade máxima que eles suportam é, em geral, de 3,5 amperes por quilograma de placas.

A potência máxima por quilograma de placas é, assim,  Pelet.= e.imáx. = 2 volts X 3,5 amperes = 7 watts.

Aplicação dos acumuladores
O texto seguinte indica, por ordem de importância decrescente, as aplicações atuais dos acumuladores.

1.° Baterias fixas: Iluminação das instalações particulares, castelos, granjas, etc. Baterias das usinas. Baterias de emergência, para os casos de interrupção de corrente, nos grandes estabelecimentos, teatros, etc.

2.° Baterias transportáveis: Tração em grandes estradas de ferro e tratores (Alemanha); submarinos. Tração de pequenos veículos: automóveis, caminhões, transportadores de usinas. Iluminação dos trens.

3.° Pequenos elementos: Partida, iluminação de automóveis. Estações telegráficas. Aparelhos de rádio. Aviação: iluminação e radiotelegrafia. Lâmpadas de mineiros.

Manipulação. Carga e descarga de um acumulador. — Princípio
Um acumulador A envia corrente para um acumulador de estudo
a, constituído por duas lâminas de Pb mergulhadas na água acidulada por ácido sulfúrico. A polarização dessas lâminas transforma a num gerador que, em seguida, se descarrega. Eis a montagem experimental:

Experiências
1.° Carga: a chave acha-se em 1-2; R1 é regulado de maneira que se obtenha uma corrente aproximadamente igual a 0,3 ampere, que se mantém durante 5 minutos.

2.° Descarga: a chave acha-se em 1-3; R2 é regulado para obter uma corrente de descarga de alguns décimos de ampere; este valor mantém-se durante algum tempo; depois a corrente decresce. Anota-se, de 15 em 15 segundos, a intensidade i da corrente de descarga, parando quando se tornar inferior a 0,1 ampere.

Recomeçam-se várias vezes estas cargas e descargas, a capacidade cresce: o acumulador se forma.

Resultados - Traça-se, para cada operação, a curva que dá a intensidade da corrente de descarga, em função do tempo. A área compreendida entre o eixo dos tempos, a curva e as suas ordenadas extremas, representa a quantidade de carga elétrica restituída na descarga.

Calcular-se-á, de cada vez, a relação:

Quantidade de carga elétrica restituída na 'descarga'
---------------------------------------------------------------------
Quantidade de carga elétrica fornecida na 'carga'

OBSERVAÇÕES. — Pode-se substituir as lâminas de chumbo por placas de um acumulador de chumbo bem pequeno. Entre duas manipulações sucessivas, substituir a água acidulada por água destilada, para evitar a sulfataçâo.  Melhores resultados são obtidos com um acumulador  Ag+ --- NACl- --- Zn-.

Segue (mas ainda em preparo): Pilhas Hidrelétricas


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