Em alguns casos, o sistema de baterias é ativado diariamente, por exemplo, para ligar geradores que alimentam redes elétricas instáveis ​​nos países em desenvolvimento. No entanto, noutras aplicações, pode ser ativado apenas uma ou duas vezes por ano, como por exemplo quando se acionam geradores de reserva que mantêm o fornecimento contínuo de energia a um hospital ou processo industrial no caso de a fonte de energia principal ser interrompida. A bateria deve desempenhar a sua função de forma impecável sempre que necessário para qualquer aplicação.

Os requisitos para estes sistemas críticos são muito mais rigorosos e vão muito além de simplesmente ligar o motor de um veículo. Considerando as potenciais consequências de uma avaria, tanto em termos de perdas financeiras como de vidas humanas, é surpreendente a pouca ênfase dada à selecção da bateria correcta para aplicações específicas. A Saft abordou este desafio inicial com a linha de baterias SPH especializadas, desenvolvida para garantir arranques sempre fiáveis.

Arranque fácil do motor do gerador de reserva com baterias de níquel de alta potência

As baterias niqueladas oferecem vantagens específicas de desempenho e fiabilidade para aplicações críticas de arranque de motores, em comparação com as baterias de chumbo-ácido. Atingiram um novo patamar com o design SPH da Saft, que garante uma elevada fiabilidade numa vasta gama de temperaturas de funcionamento, tanto altas como baixas, e uma vida útil superior a 20 anos.

Novos desafios para pôr o motor em funcionamento

Em geral, os motores que alimentam os geradores e as bombas de incêndio são motores a diesel, mas alguns também funcionam a gás. Podem variar em tamanho, chegando até 11.000 cc, como os enormes grupos eletrogéneos V-20, e são concebidos para uma elevada fiabilidade e uma longa vida útil. A mudança mais fundamental nos grupos eletrogéneos nos últimos 15 anos foi o rápido aumento da potência de saída. Desde 2000, os grupos eletrogéneos cresceram de 2 para 4 MW, com pouco espaço adicional alocado às baterias de arranque.

O ciclo de arranque

O ciclo de arranque de um motor é constituído por três secções distintas: ver Figura 1. A primeira parte do ciclo é o esforço inicial para vencer a inércia de perda. Esta fase de arranque (ou arranque) é a parte mais crítica do ciclo, pois requer a maior corrente de descarga e a menor queda de tensão na bateria. A corrente nesta fase pode variar entre apenas algumas centenas de amperes para um motor pequeno e mais de 6.000 amperes para os motores maiores durante o primeiro segundo.

Uma vez vencida a inércia, o motor entra num ciclo de arranque ou de rotação, em que roda, embora ainda não tenha iniciado a marcha. Durante este ciclo de arranque, a corrente e a velocidade do motor permanecem relativamente constantes.

Finalmente, a ignição é iniciada, a corrente cai rapidamente e a tensão aumenta à medida que a bateria recupera. As baterias de arranque devem ter energia suficiente para gerar a travagem por inércia e manter a velocidade recomendada pelo fabricante durante todo o período de arranque.

Os tempos de arranque típicos variam entre 30 segundos e quatro minutos e devem ser mantidos à temperatura mínima prescrita no local. A corrente e o tamanho da bateria necessários dependem de muitos fatores, para além do tamanho do motor em questão. Estes fatores incluem o número de motores de arranque utilizados (geralmente de um a três), a viscosidade do óleo usado, a temperatura da bateria e o número de ciclos repetidos necessários para o arranque do motor. Para aplicações de grande dimensão, podem ser ligadas várias baterias em paralelo.

Existem várias normas internacionais que especificam o número e a duração das tentativas de arranque que a bateria deve ser capaz de suportar, bem como a temperatura a que tal deve ocorrer.

Tipos de baterias de arranque

Existem dois tipos principais de baterias de arranque disponíveis: níquel e chumbo-ácido. As baterias de chumbo-ácido para arranque são as mais utilizadas pelos fabricantes de geradores devido ao seu baixo custo de aquisição. No entanto, são a principal causa de avarias nos geradores de reserva.

Uma bateria de automóvel/camião possui uma construção de placas finas coladas, concebidas para fornecer elevadas correntes de arranque com um custo mínimo. Está concebida para condições de veículos com paragens e arranques frequentes, com uma vida útil de 2 a 4 anos em condições não críticas. Estas baterias não se destinam a longos períodos de espera em carga flutuante. Não conseguem manter a carga durante mais de um mês e, a menos que seja utilizado um carregador externo, o sistema tem de operar continuamente para garantir que a bateria se mantém carregada — um processo dispendioso.

Se optarmos por uma bateria de chumbo-ácido, a única opção prática para ligar o motor é uma bateria de automóvel/camião. As baterias de chumbo-ácido de alta qualidade, utilizadas em aplicações industriais de reserva, são mais fiáveis ​​e têm uma vida útil mais longa, mas as suas placas mais espessas e o desempenho significativamente inferior tornam-nas inadequadas para ligar o motor. Portanto, a escolha para ligar o motor continua a ser entre as baterias de níquel e as baterias de chumbo-ácido de automóvel/camião.

Tecnologia de níquel para total fiabilidade

• Não existem falhas do tipo "morte súbita" - mesmo uma bateria de chumbo-ácido bem conservada pode falhar inesperadamente e de forma catastrófica, entrando em circuito aberto durante o arranque, enquanto as baterias de níquel se degradam lenta e progressivamente, sem a possibilidade de um efeito de morte súbita.

 Não há necessidade de trocas frequentes de baterias – as baterias de níquel têm uma vida útil muito mais longa do que as baterias de camião. Mesmo a bateria de chumbo-ácido da mais alta qualidade necessita de ser substituída após 10 anos a 25 °C, enquanto uma bateria de níquel dura mais de 20 anos. As baterias de chumbo-ácido são também muito sensíveis à temperatura, e um aumento relativamente pequeno da temperatura ambiente reduz a sua vida útil para menos de 5 anos, enquanto as baterias de níquel são muito menos afetadas pelas altas temperaturas

• As baterias de arranque do motor devem fornecer correntes muito elevadas de forma fiável, e as baterias de níquel não só têm um elevado desempenho, como também são muito mais fiáveis ​​do que as de chumbo.
• As baterias de níquel têm a capacidade de operar numa ampla gama de temperaturas, com um desempenho de descarga particularmente bom a baixas temperaturas. A -20°C, ainda fornecem mais de 90% da sua capacidade nominal, enquanto as baterias de chumbo-ácido são severamente afetadas pelas baixas temperaturas, e o seu desempenho cai drasticamente abaixo dos 0°C.

Considerando o custo de substituições frequentes e avarias inesperadas, as baterias de níquel são a opção mais económica para ligar o motor.

O Saft SPH oferece uma elevada potência num design compacto.

A Saft combinou todas as vantagens da tecnologia de níquel na gama SPH, concebida especificamente para o arranque de motores. Uma vantagem particular do design SPH é que oferece uma potência de arranque extra-elevada com uma capacidade em Ah mais baixa. Isto é crucial dado que os grupos geradores estão a tornar-se cada vez maiores sem um aumento correspondente do espaço disponível para a bateria de arranque.

Figura 3: As baterias de níquel (Saft SPH neste caso) oferecem uma vida útil mais longa do que as baterias de chumbo-ácido, especialmente quando operam a temperaturas mais elevadas.

O design SPH proporciona o dobro da potência de arranque para a mesma capacidade em Ah em comparação com uma bateria de chumbo-ácido, e oferece correntes muito elevadas, até 20 vezes a capacidade nominal da bateria. Isto permite a criação de uma bateria que satisfaz os requisitos de arranque com uma capacidade e um custo inferiores, oferecendo diversas vantagens em relação às baterias de chumbo-ácido. Além disso, o design compacto do elétrodo negativo PBE e o design do elétrodo positivo SPH sinterizado permitem que a bateria mantenha níveis de desempenho elevados ao longo da sua vida útil, mesmo quando parcialmente descarregada.

Não existe limite para o número de baterias SPH que podem ser instaladas em paralelo, pelo que podem ser utilizadas para ligar até mesmo os motores maiores.

As baterias SPH são substitutos diretos das baterias de chumbo-ácido: podem utilizar o mesmo sistema de carregamento. E como funcionam bem com uma capacidade mais pequena, são mais pequenos do que as baterias que substituem, pelo que o espaço não costuma ser um problema. A única consideração é que as diferentes dimensões podem exigir alguma modificação na caixa da bateria.

A SPH garante uma inicialização fiável

A Saft tem uma longa história no desenvolvimento de baterias de níquel para aplicações de arranque, baseadas na tecnologia sinterizada/PBE, que oferecem baixa manutenção e uma longa vida útil num design compacto e leve. Esta abordagem é aperfeiçoada na gama SPH da Saft, que estabeleceu um historial incomparável em aplicações de arranque graças à vasta experiência de instalação em todo o mundo.

As baterias SPH foram desenvolvidas para oferecer fiabilidade em todas as condições. Podem operar normalmente numa gama de temperaturas de -20 °C a +50 °C e suportar temperaturas extremas de -50 °C a +70 °C durante curtos períodos. Além disso, podem permanecer armazenadas durante muitos anos antes de serem colocadas em serviço sem que o seu desempenho subsequente seja afetado.

Além disso, devido à fiabilidade geral das fontes de alimentação da rede elétrica, a manutenção das baterias dos geradores é frequentemente negligenciada. Quando instaladas à temperatura ambiente, as baterias SPH praticamente não requerem manutenção durante os primeiros 10 anos, garantindo, ao mesmo tempo, o fornecimento da energia necessária para o arranque do gerador quando necessário. Este pode ser um fator crítico para as centrais elétricas em áreas remotas, especialmente nos países em desenvolvimento, onde os custos de transporte podem encarecer a manutenção. Se necessário, a manutenção de uma bateria SPH consiste numa recarga única com água destilada. Isto contrasta com as baterias de chumbo-ácido, que exigem inspeções frequentes para garantir o funcionamento adequado. O design da bateria SPH oferece uma vida útil superior a 20 anos, dependendo da aplicação específica. Isto representa aproximadamente cinco vezes a vida útil de uma bateria de arranque de chumbo-ácido.

A gama de baterias SPH oferece a máxima potência de arranque durante toda a sua vida útil. Mesmo quando a bateria não está totalmente carregada, a fiabilidade de arranque é praticamente de 100%. Isto torna a SPH ideal para sequências de arranque prolongadas, em que o motor pode necessitar de até 240 segundos para ligar. Após uma sequência de arranque, a SPH oferece uma recarga rápida até 85% da capacidade, dependendo da corrente de carregamento disponível.

Assim, na maioria dos casos, o motor arranca em questão de segundos e a bateria será recarregada em poucos minutos.

A tecnologia SPH oferece uma vida útil 5 vezes superior às baterias de chumbo-ácido

A corrosão nas baterias de chumbo-ácido pode causar falhas repentinas ou mesmo a morte do utilizador. As baterias SPH são isentas de corrosão e de gases corrosivos, pelo que não falham em circuito aberto. Todas as peças que suportam carga, como os terminais de ligação e a estrutura das placas, são feitas de aço, enquanto a caixa da célula, os separadores e os respiros são feitos de polipropileno. O eletrólito alcalino não reage com os componentes de aço e atua exclusivamente como meio de transferência de iões.

A bateria SPH possui um reservatório de eletrólito de grande capacidade que, juntamente com a sua construção robusta, permite o seu funcionamento mesmo em condições extremas. Não sofrerá desgaste prematuro e proporcionará um serviço fiável durante 20 anos ou mais

O SPH não gera gases corrosivos

A corrosão nas baterias de chumbo-ácido pode causar falhas repentinas ou mesmo a morte do utilizador. As baterias SPH são isentas de corrosão e de gases corrosivos, pelo que não falham em circuito aberto. Todas as peças que suportam carga, como os terminais de ligação e a estrutura das placas, são feitas de aço, enquanto a caixa da célula, os separadores e os respiros são feitos de polipropileno. O eletrólito alcalino não reage com os componentes de aço e atua exclusivamente como meio de transferência de iões.

A bateria SPH possui um reservatório de eletrólito de grande capacidade que, juntamente com a sua construção robusta, permite o seu funcionamento mesmo em condições extremas. Não sofrerá desgaste prematuro e proporcionará um serviço fiável durante 20 anos ou mais.

O SPH é fácil de calcular

Os cálculos do tamanho das baterias SPH podem ser feitos rapidamente com o BaSics, o software de cálculo de baterias fácil de utilizar da Saft.

Após introduzir os critérios de desempenho, o BaSics define a corrente de arranque/tamanho da bateria para a aplicação específica de arranque do motor. Uma corrente de arranque elevada significa normalmente que uma bateria de menor capacidade é adequada, resultando num custo total mais baixo.

SPH para um custo total de propriedade (TCO) ideal

A Saft desenvolveu a linha SPH para garantir um custo total de propriedade (TCO) otimizado. Embora o seu custo inicial seja superior ao de uma bateria de chumbo-ácido, para aplicações de arranque de motores, a SPH apresenta um desempenho superior quando as falhas são inaceitáveis, quando se exige uma longa vida útil ou quando existe o risco de manutenção inadequada da bateria.

Sobre o autor:

Mikael Greis é o gestor de produtos de níquel-cádmio da Saft para o mercado industrial. É especialista na Saft.