Construção e Funcionamento do Acumulador 
(Chumbo/Ácido)

Prof. Luiz Ferraz Netto [Léo]
leo@feiradeciencias.com.br
.. Revisado em 26/01/2012 ..  

Apresentação
Como sabemos, nos automóveis existem as chamadas baterias, que servem para fornecer energia elétrica (proveniente da energia química que elas acumulam) ao motor de arranque, faróis, rádio etc. Estas baterias nada mais são do que acumuladores de chumbo.

Os primeiros acumuladores de chumbo, também conhecidos por acumuladores de Planté, do nome do engenheiro francês Gaston Planté, que os construiu em 1859, eram feitos com placas de chumbo mergulhadas numa solução diluída de ácido sulfúrico.

Atualmente, para conseguir um maior rendimento, maior durabilidade e maior superfície de contato, os eletrodos são de chumbo, misturado com um pouco de antimônio e prensados em forma de placas com alvéolos. O eletrólito é uma solução aquosa de ácido sulfúrico, com concentração de aproximadamente 10%.

Neste projeto vamos construir um acumulador de chumbo simples (didático) e procurar interpretar o seu funcionamento e as suas características.

1. Construção de um acumulador de chumbo/ácido

Material
1 copo, cuba ou frasco de boca larga (tipo maionese),
2 tiras de chumbo, cada uma com uma pequena lapela numa das extremidades,
2 tiras de feltro ou flanela,
1 elástico,
solução aquosa de ácido sulfúrico a 10% (preparada pelo seu professor) ou solução de sulfato de sódio anidro a 4%.

Nota: O chumbo pode ser obtido a partir de canos de chumbo de antigas instalações de pias e tanques domésticos ou em placas, nas lojas de ferragens. Minha placa tem espessura de 2,5 mm.

Procedimento
a. Prepare as duas tiras de chumbo como se indica nessas ilustrações. Se a espessura da placa de chumbo obtida for superior a 2 mm não será necessário dobramento algum, basta recortar as duas tiras. O comprimento e a largura dessas tiras dependerá das dimensões do frasco a ser utilizado. Tiras de 40 cm de comprimento por 5 cm de largura são suficientes para a maioria das aplicações em laboratório.

As lapelas adaptadas na extremidade de cada tira pode ser de chumbo ou um grosso fio de cobre de comprimento 5 cm maior que a largura da tira de chumbo. Essas lapelas podem ser feitas nas próprias tiras de chumbo, como se ilustra:

b. Superponha as tiras de chumbo e de feltro alternadamente, como se indica na ilustração.

c. Estique bem o conjunto e enrole (tipo "rocambole"). Uma das lapelas de chumbo deve aparecer no centro, e a outra na parte de fora do rolo. Vamos chamar essas lapelas de terminais. Um dos terminais será o pólo positivo e o outro o pólo negativo do acumulador.

d. Prenda o rolo com um elástico (ou amarre) e coloque-o no copo ou frasco, deitando solução aquosa de ácido sulfúrico (ou sulfato de sódio anidro) até cobrir o rolo (observe a ilustração). Passe os terminais pelos cortes feitos na tampa plástica e, cuidadosamente, feche o copo.

2. Aplicações básicas do acumulador

O dispositivo montado funcionará como receptor elétrico em sua fase de carga e como gerador elétrico em sua fase de descarga.

Na fase de carga, como receptor elétrico, ele receberá energia elétrica proveniente de um conveniente circuito externo e converterá parte dessa energia recebida em energia química. Diz-se que o acumulador está sendo "carregado".

Na fase de descarga, como gerador elétrico, ele converterá parte da energia química nele armazenada em energia elétrica que será fornecida para um circuito externo. Esse circuito externo, por sua vez, converterá a energia elétrica recebida do acumulador em outra (ou outras) modalidade de energia. Quando toda sua energia química armazenada durante o processo de carga for consumida, diremos que o acumulador estará "descarregado".

Se o circuito externo, por exemplo, for um pequeno motor elétrico, ele converterá parte da energia elétrica recebida do acumulador em energia mecânica útil (rotação de seu eixo). Se o circuito externo, num outro exemplo, for um voltâmetro, ele utilizará parte da energia elétrica recebida do acumulador para dissociar moléculas do eletrólito e assim, gases resultantes da decomposição poderão ser recolhidos nos tubos do voltâmetro.

3. Carga do acumulador

Material
Lâmpada de 60W, 117V e um soquete de porcelana,
Cordão de força,
1 diodo retificador 1N4001 ou 1N4002,
2 garras "jacarés",
fios de ligação, base de madeira (painel), parafusos etc.
Acumulador montado como especificado no item 1.
Vide nota relativa a esse material e montagem.

Procedimento
a. Montar o circuito esquematizado na figura seguinte: a lâmpada de 60W/117V deve ficar em série com o diodo retificador. Atente para a posição do anel branco do diodo, é seu ânodo, terminal que funcionará como pólo positivo do circuito retificador de corrente elétrica. Consulte seu professor ou um técnico em eletrônica durante a montagem desse simples retificador de corrente elétrica.

Nota
A montagem dessa unidade retificadora pode ser suprimida e substituída por um "eliminador de pilhas ou baterias", já pronto, muito comum no comércio eletrônico. Existem nas lojas de eletrônica tais "carregadores de baterias" que fornecem saídas múltiplas (para 1,5V, 3,0V, 4,5V, 6,0V, 7,5V, 9,0V e 12V) ou saídas únicas (em geral de 6,0V ou 12V). Qualquer um deles poderá substituir nossa unidade retificadora com lâmpada e diodo. Nessa opção, eis a ilustração da montagem para a fase de carga do acumulador experimental:

b. Fechar o circuito de carga, ou seja, ligue os terminais do acumulador experimental nos terminais do retificador de corrente e deixa passar corrente no acumulador durante algum tempo (5 minutos aproximadamente);

c. desligar o acumulador da fonte de alimentação (carregador de baterias);

d. Assinalar adequadamente os terminais do acumulador com os sinais + e -;

e. Observar e registrar o que se passa no interior do frasco do acumulador;

f. Se possível, meça a tensão elétrica nos terminais do acumulador com um multiteste; anote;

g. Interpretar o que foi observado. Recorra ao professor de química se pretender escrever as reações químicas que ocorrem durante a fase de carga do acumulador.

4. Descarga do acumulador

Material
dispositivo montado no item 1.
1 lâmpada de lanterna e soquete (ou pequeno motor elétrico)
2 fios de ligação
4 "jacarés"
1 amperímetro (optativo)

Procedimento
Montar o circuito esquematizado na ilustração a seguir (no lugar da lâmpada de lanterna pode-se colocar um pequeno motor elétrico ou mesmo um LED em série com resistor de 100 ohms, 1/4 W):

Pergunta: O que pode observar com o circuito fechado?

Pergunta: Depois da lâmpada se apagar, que aspecto apresentam os eletrodos?

Interprete o que foi observado. Recorra ao professor de química para obter as equações químicas envolvidas no processo de descarga do acumulador.

Sugestão
Para os professores de física (eletricidade) e química (eletroquímica) recomenda-se a construção de um painel vertical de (60 x 60) cm para ser levado para a sala de aula na ocasião adequada. O painel que utilizo, para mostrar as fases de carga e descarga do acumulador, contém:

cordão de força,
interruptor,
lâmpada incandescente de 60W/117 V e seu soquete,
diodo (1N4007),
chave inversora de faca (2 pólos duas posições),
cuba retangular (de vidro),
eletrodos de chumbo,
motor elétrico para 3,0 a 6,0 V,
etiquetas, alça de transporte e pés transversais.

Ilustrando:

 NOTA: Bateria é uma associação de acumuladores ou células voltaicas. Numa bateria de 12 V há 6 células acumuladoras associadas em série.