Karmann
Ghia - SAFARI
BATERIAS
Dicas de manuseio
São várias as
modificações efetuadas pelos proprietários buscando um melhor desempenho da
SAFARI.
Originalmente as baterias da
SAFARI são independentes e não interligadas. A bateria do carro alimenta
somente os equipamentos do mesmo e é recarregada pelo alternador quando o motor
está ligado. A bateria do trailer alimenta a iluminação interna e externa, e
equipamentos como bomba d`água e geladeira e é recarregada quando o conjunto
está conectado à rede externa de luz.
Alguns safaristas passam até
três dias com as cargas das baterias, outros sentem a necessidade de recorrer a
outros modos de geração ou acumulação dessa energia, já que utilizam outros
equipamentos, como ventiladores e televisores.. Existem poucas SAFARIS
equipadas com gerador, dada a ausência de espaço para ele. As alternativas são
várias, porém sempre contestáveis entre elas.
A opção de interligação das
baterias é uma dessas alternativas, porém a maior duvida desta questão é o caso
do alternador. Alguns dizem que o alternador original da SAFARI não daria conta
de recarregar as duas baterias. Outra desvantagem é que o usuário deve tomar
muito cuidado para não zerar o conjunto, já que a partida do veículo dependerá
dessas baterias. A medida mais equilibrada neste caso seria a inserção de uma
chave comutadora que oferecesse ao usuário a opção de qual bateria será
carregada. Assim não se forçará o alternador e poderá se escolher qual bateria
merece a carga da vez. É importante lembrar que o alternador oferece em média
10% da carga total da bateria, levando mais ou menos 10 horas para a carga
completa de cada, mesmo assim, quando os equipamentos do veículo (faróis e
sistema de som) não estiverem ligados. Como essas 10 horas seriam para baterias
completamente zeradas, de 4 a
5 horas diárias para cara bateria seriam suficientes para uma recarga
satisfatória
Existe a opção de carregador
solar. Alguns são instalados no teto do veículo e outros, em tamanhos
reduzidos, podem ser apoiados sobre o painel do veículo. Ainda são equipamentos
inovados e desconhecidos. Sabe-se que são caros e apresentam uma carga lenta.
Cuidados:
A primeira questão é
verificar se a bateria do trailer está em boas condições. Baterias possuem vida
útil e devem ser trocadas de tempos em tempos. Outra verificação é a constatação da
densidade de cada célula da bateria, com o intuito de detectar pequenos
curtos-circuitos internos, que levam ao aquecimento do eletrólito e conseqüente
deficiência na aceitação da carga.
Bateria bem cuidadas certamente
durarão mais. A bateria deve ser mantida com sua carga total, mas nunca forçada
uma carga maior que a sua capacidade. Não se deve deixar a carga chegar perto
do zero. Quando se recarrega uma bateria nessas condições, há um aquecimento
interno e oxidação das placas internas que liberarão partículas que se
depositarão no fundo das células, levando à bateria não segurar mais carga.
As baterias necessitam ser
carregadas a cada 45 dias, se o veículo permanecer parado, devido ao auto
descarregamento provocado pela resistência interna das mesmas.
A instalação de flutuadores
ou carregadores inteligentes é um ótimo recurso, já que poucos equipamentos de
recreação possuem e não é intenção do campista passar seus dias de descanso em
função da carga das baterias de seu equipamento. Quando a carga da bateria
atinge seu pico, o carregador deve ser desligado para não provocar o
superaquecimento da mesma.
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Recarregadores
solares (carga lenta)
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Bateria
do trailer
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Bateria
12V
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Agora para conhecer
mais esta preciosidade, só indo a um revendedor para ver pessoalmente e melhor
ainda, viajando, conhecendo lugares e curtindo a natureza. Boa viagem...
Artigo escrito
por
Marcos
Pivari
BATERIAS
(Automotivas e Estacionárias)
O que
é?
A bateria é
um acumulador recarregável de energia. Sua função é armazenar
energia sob a forma química, que será transformada em energia
elétrica quando o veículo dela necessitar. Ela serve para dar
partida no veículo, fornecer energia para iluminação externa e
interna e manter os "sistemas elétricos e eletrônicos" ativos
enquanto o veículo não estiver em funcionamento.
Uma bateria
automotiva de 12 v é formada por seis elementos constituídos de
placas positivas, negativas, separadores e eletrólito.
Todas as
baterias aparentemente são iguais, porém a tecnologia empregada
na sua fabricação, assim como o processo, os materiais
empregados e o sistema de qualidade são determinantes na
performance e na vida útil do produto.
Cuidados
preventivos no manuseio:
· a
bateria produz gases explosivos. Por isso, evite fumar, produzir
faíscas ou a proximidade de fogo;
· não
incline a bateria, para evitar vazamento de solução ácida,
altamente corrosiva;
· utilize
óculos e luvas de proteção;
· mantenha-a
fora do alcance de crianças;
· leia
o manual de instruções.
Modelos
existentes:
· Baterias
seladas
Toda bateria
automotiva comercializada no mercado brasileiro contém
eletrólito (solução de ácido sulfúrico e água), seja ela selada
ou convencional (com rolhas).
Qualquer
bateria de automóvel (selada ou não) produz gases quando está
sendo utilizada. As baterias seladas têm um respiro, por onde
escapam os gases. Se os gases fossem retidos dentro da bateria,
com o tempo o aumento de pressão faria a bateria explodir. O
termo "selada" é utilizado de forma exagerada, uma vez que
nenhuma bateria é completamente fechada, pois possui respiro.
· Bateria
"livre de manutenção"
Em todo o
mundo existem baterias "livres de manutenção", com rolhas. A
característica "livre de manutenção" está relacionada aos
materiais com que essas baterias são fabricadas. Entende-se como
livres de manutenção aquelas construídas como uma "liga" que
produz baixa liberação de gases, seguindo as normas do BCI (Battery
Council International). Portanto, bateria livre de
manutenção não precisa ser selada.
Existem
várias tecnologias que utilizam prata como elemento de liga para
a fabricação de baterias. No Brasil, existem baterias com grades
fundidas e outras com grades expandidas. Estas (de última
geração) são mais duráveis e com maior desempenho. Somente a
Enertec, em nosso País, faz baterias com liga de prata e grades
expandidas.
Existem
fabricantes que colocam em seus rótulos valores indicativos os
quais não refletem testes amparados por normas nacionais e
internacionais.
Desempenho
de Qualidade - Teste realizado pelo IPT (Instituto de Pesquisas
Tecnológicas do Estado de São Paulo)
Capacidade
em 20 horas
Indica a
quantidade de energia que a bateria consegue armazenar. O teste
é feito descarregando-se a bateria com uma corrente
específica até atingir uma tensão final de 10,5 v.
Saiba como
proporcionar vida longa a sua bateria
1º
Dê partidas curtas, entre 5 e 7 segundos;
2º
Não deixe luzes, rádio ou qualquer equipamento ligado quando o
veículo não estiver em funcionamento;
3º
Uma bateria descarregada pode ser identificada por dificuldade
de partida, luzes fracas, problemas causados por regulador de
voltagem desregulado, correia frouxa ou fio de terra solto;
4º
Lembre-se de que a constatação de defeito só é possível com o
uso de equipamentos que testem todos os elementos da bateria;
5º
Não
aceite que testem sua bateria com cabos, fechando o
curto-circuito entre os pólos. Este procedimento, além de ser
enganoso, pode prejudicar a bateria, fazendo-a ferver, o que não
caracteriza defeito;
6º
Faça
regularmente um check-up na parte elétrica de seu veículo;
7º
Ao
instalar qualquer opcional elétrico não-original, verifique
junto à rede autorizada se é recomendável a substituição da
bateria devido ao aumento da demanda elétrica.
ESCLARECENDO ALGUMAS DÚVIDAS SOBRE BATERIAS E CARREGADORES
Não é difícil ouvirmos, no meio campista,
reclamações e questionamentos sobre a durabilidade das baterias
que equipam nossos veículos de recreação. Diante deste problema,
muitas são as sugestões apresentadas, não raras vezes por pura
intuição, como por exemplo a instalação de um alternador mais
potente, aumento da capacidade das baterias, etc. Tais
indicações pouco ou nada ajudam, tendo em vista a arquitetura do
sistema elétrico utilizado.
De fato, há notáveis diferenças entre o sistema elétrico
automotivo e os chamados “sistemas de serviço”, que seriam os
mais indicados para energizar nossos trailers e motorhomes. O
grande equívoco se dá quando tentamos utilizar um tipo de
sistema, quando a realidade requer outro. Vejamos abaixo, uma
breve descrição dos sistemas a que nos referimos:
1)
SISTEMA
AUTOMOTIVO:
Composto por
bateria chumbo/ácido e alternador, esse sistema é desenhado para
funcionar tão somente enquanto o motor do veículo está em
operação, uma vez que o verdadeiro responsável pelo suprimento
elétrico do automóvel é exclusivamente o alternador, não
havendo, portanto, consumo elétrico digno de nota previsto para
o tempo em que o motor estiver parado. Por esta razão, o sistema
automotivo é também conhecido como “sistema contínuo”. É
notório, também, que o alternador, independentemente de sua
amperagem nominal, é insuficiente para carregar a bateria por
completo, já que os parâmetros fundamentais para que isso
ocorra, a saber, variações corretas de tensão e corrente
mediante o tempo de carga, não são respeitadas, ficando a
bateria limitada a cerca de 70% de sua capacidade total. Não
obstante às considerações até aqui expostas, lembramos,
oportunamente, que as baterias automotivas foram concebidas,
primordialmente, para alimentar o motor de partida do carro,
sendo uma de suas principais características, o fornecimento de
uma corrente inicial elevada, em detrimento de uma capacidade
maior de armazenamento. Aliás, as baterias automotivas também
não suportam descargas profundas, e isso está relacionado às
suas faculdades físico-químicas, o que as torna ainda menos
indicadas para uso em veículos de recreação.
2)
SISTEMA
ELÉTRICO “DE SERVIÇO”:
Concebido
para fornecer energia sem que o gerador esteja necessariamente
ligado, este sistema se presta a disponibilizar a carga
acumulada por períodos mais longos de tempo, de forma linear, e
seu dimensionamento tem foco nos parâmetros de consumo máximo,
utilizando baterias especiais que suportam descargas profundas e
carregadores microprocessados, que fazem uma “leitura” dos
níveis de carga presentes no acumulador, e repondo-os de forma
otimizada.
Os carregadores dos quais falamos, são
os do tipo “inteligente”, que atendem às especificações “U. U.
I.” (3 fases de carga), ou “U. I.” (2 fases de carga), sendo os
primeiros capazes de carregar a bateria em 100% de sua
capacidade.
Trailers e motorhomes, especialmente os mais antigos (e isso
inclui nossos Safaris), possuem sistemas elétricos automotivos
adaptados para o suprimento energético do habitáculo. Talvez
isso se deva a uma possível indisponibilidade tecnológica quando
de sua fabricação, ou ao custo (bem) mais elevado de componentes
específicos, ou, quem sabe, a falhas de projeto devido por falta
de conhecimento técnico orientado à esta questão. De qualquer
forma, se quisermos atualizar nossos equipamentos a contento,
teremos que compreender seu funcionamento básico, para não
incorrer em erros que nos possam levar a frustrações e dispêndio
desnecessário.
Abaixo, enumeramos alguns equívocos cometidos com mais
frequência:
a)
Instalar outro alternador ou instalar outro, mais potente:
Os
alternadores, além de não produzirem uma curva de carga
adequada, ainda pecam por produzir uma tensão muito baixa, na
casa dos 13 ou 14 volts, carregando a bateria em não mais do que
70% de sua capacidade total. Baterias de chumbo/ácido devem ser
carregadas a no máximo 10% de sua corrente nominal. Assim sendo,
uma bateria de 60A deve receber uma corrente de carga de 6A, por
cerca de 10 horas, a uma tensão que varia entre 14,4 a 15,2
volts. Se aplicarmos uma corrente excessivamente alta à bateria,
o eletrólito torna-se mais concentrado nas proximidades das
placas, fazendo surgir um fenômeno chamado “falsa carga”, ponto
a partir do qual nada mais é acumulado. Paralelamente, o
eletrólito se superaquece, provocando a erosão prematura das
placas, consequentemente diminuíndo a vida útil do acumulador.
Face aos
argumentos acima, podemos concluir que, ao instalarmos
alternadores mais potentes, estamos piorando o rendimento
do sistema. Como podemos verificar, alternadores menos potentes
carregam baterias com maior eficiência, o que desfaz o mito de
que os alternadores originais do carro são fracos.
b)
Trocar a bateria por outra de maior capacidade:
Talvez esta seja a alternativa mais correta, muito embora, no
que diz respeito à prática, precisaríamos de um conjunto de
baterias que totalizasse 550A para um alternador de 55A, o que,
na maioria dos casos, constitui solução inviável, tanto por uma
possível indisponibilidade de espaço no veículo, quanto pelo
custo elevado desses componentes.
c)
Usar fontes estabilizadas como carregadores:
Essas fontes são ótimas para alimentar nossos aparelhos de som,
TV, luminárias e eletrônicos em geral, porém, são péssimos
carregadores de bateria, por fornecerem tensão abaixo do valor
ideal, e corrente acima do nível aceitável. O termo “fonte
estabilizada” produz a falsa impressão de que estamos utilizando
o dispositivo correto.
3)
CONCLUSÃO:
De posse dos dados acima, podemos sugerir algumas mudanças que
permitam melhorar ou mudar radicalmente o desempenho do sistema
elétrico de nossos RV’s, senão vejamos:
3.1)
Substituir todo o sistema atual por outro, desenhado
especificamente para esse fim. Esta é a solução mais cara e
complicada de todas, porém, a mais adequada. Os componentes são:
a) Banco de baterias especiais para serviço, de alta
amperagem.
b) Carregador inteligente tipo U. U. I. (3 fases de
carga).
3.2) Uma
alternativa menos cara seria a troca das baterias por outras de
chumbo/ácido, porém, de amperagem maior.
OBS: Nunca
substituir o alternador por outro mais potente, ou adicionar um
segundo alternador.
4)
DICAS DE ECONOMIA DE ENERGIA E CUIDADOS PARA COM BATERIAS DE
CHUMBO/ÁCIDO:
4.1)
Nunca permitir que as baterias se descarreguem completamente;
4.2)
Quanto mais lenta for a carga, melhor. Carregar baterias envolve
mais do que isso, mas a observância deste preceito já é um bom
começo;
4.3) O
uso de flutuadores eletrônicos de carga pode ajudar. Existem
alguns alimentados por painéis solares, que cumprem bem essa
tarefa;
4.4) Dê
preferência ao uso do carregador que veio no veículo. Por mais
antiquados que possam parecer, seu rendimento no quesito “carga
de bateria” supera o dos alternadores e fontes estabilizadas
(essas, fortemente contra-indicadas);
4.5) O
ideal é possuir uma fonte estabilizada bi-volt para alimentar os
dispositivos eletro-eletrônicos durante a permanência no
camping, e um carregador dedicado à bateria, devidamente
chaveado;
4.6)
Verificar periodicamente o nível do eletrólito da bateria, e, se
preciso for, completar com água destilada (nunca com solução
ácida);
4.7)
Mantenha limpos os terminais da bateria;
4.8)
Procure utilizar luminárias econômicas, do tipo fluorescente. Já
é possível encontrar luminárias à base de diodos emissores de
luz (LED), que são infinitamente mais indicadas. Televisores com
tela de cristal líquido também são melhores, por consumirem
cerca de 30% se comparadas às convencionais.
4.9)
Evite o uso de inversores. Tais aparelhos costumam ser grandes
vilões na guerra contra o consumo elétrico excessivo. Se não
houver outro jeito, prefira os totalmente transistorizados, sem
transformador, de onda senoidal ou semi-senoidal.
Espero ter
esclarecido algumas das principais dúvidas sobre baterias e suas
aplicações. Boas acampadas a todos!!!!
Alfie
KG Safari 1980, nº 0239.
A
partir do meu interesse em adquirir um motorhome (estou
altamente inclinado a que seja um Karmann Mobil Safari) tenho
participado de foruns de debates de proprietários de motorhome e
venho notando que um assunto recorrente tem sido a desagradável
obrigatoriedade de deixar o motor ligado em altas rotações por
longo tempo, para carregar as baterias, bem como a baixa
durabilidade das mesmas, não raro pifando as baterias quando se
mais precisa delas, ou seja, quando o motorhome está em uma
praia, longe de uma fonte de alimentação de energia elétrica;
outra queixa recorrente é a paralização de ventiladores e
climatizadores durante a noite, não raro danificando o aparelho
irremediavelmente, acordando o campista "molhado de suor". Sem
querer ser dono da verdade, mas apenas contribuir para o
entendimento do problema e o debate em torno das soluções,
gostaria de compartilhar minha experiência de velejador, que
quando ancorado em uma praia distante, passa pelos mesmos
dissabores ao tentar manter um mínimo de confortos domésticos
baseado apenas na energia elétrica fornecida por acumuladores
(baterias), e apontar as soluções usadas por alguns "skippers"
(capitães de embarcações). Preliminarmente temos que entender
que ao utilizarmos baterias automotivas precisamos saber para o
que foram projetadas, e nos rendermos às limitações do projeto e
adaptá-lo ao nosso tipo particular de utilização. Em um
automóvel ou caminhão o consumo de energia elétrica se dá
geralmente quando o mesmo está em movimento, portanto com o
motor ligado. Assim, a bateria serve apenas para dar a partida
no motor, depois assumindo quase totalmente o gerador (no caso,
um alternador). As baterias automotivas comuns, de chumbo e
fluido ácido, só precisam ser capazes de liberar rapidamente uma
grande quantidade de energia, mas por pouco tempo, processo
conhecido como CCA (Cold Cranking Ampéres). Por exemplo, um
motor de arranque que necessite de 500 A por segundo para girar,
consome em 3 segundos 1.500 A. Porém, tranformando em horas (já
que a capacidade é medida em A.h), isso representa 0,41 A.h, o
que para uma bateria comum de 100 A.h é totalmente desprezível,
carga que o alternador, uma vez ligado o motor, reporá em alguns
segundos. O alternador carrega a bateria com uma voltagem um
pouco superior à da bateria, normalmente 14 volts, sempre
passando por um regulador de voltagem de modo a evitar seu
carregamento a uma razão incompatível com sua capacidade. Mas
num motorhome, o motor fica grandes períodos parado, sofrendo a
bateria autodescarga sem receber carga do alternador, ou, quando
sendo utilizado, a bateria (ou baterias) suportam todo o consumo
(rádios,toca-fitas, lâmpadas, geladeira, climatizadores, etc.)
sem o auxílio do alternador, levando o safarista a ter que
manter o motor ligado por longos períodos de tempo apenas para
recarga da(s) bateria (s). As baterias automotivas, apesar de
servirem para dar a partida ao motor, não são indicadas para
alimentar a rede elétrica do motorhome, pois só admitem que sua
carga seja consumida até no máximo 20%. As recomendáveis neste
caso são as chamadas "Deep Cycle", que admitem a perda de até
80% da carga. A cada descarga/carga da bateria, os elementos
básicos que formam a placa de um acumulador (à base de chumbo e
óxido de chumbo) acabam se decompondo e se depositando no fundo
da caixa, sob a forma de partículas. Esta reação é inevitável e
portanto, a vida útil de uma bateria deste tipo depende tanto do
número de ciclos de descarga quanto da profundidade deles.
Assim,o melhor é optarmos por baterias cicláveis (ou de ciclo
longo), que são especialmente projetadas para tolerar repetidas
descargas com mínimo desgaste interno porque possuem, entre
outros arranjos, placas mais espessas. A capacidade das baterias
é expressa em ampéres-hora, ou seja, a possibilidade de fornecer
uma determinada corrente durante um determinado tempo. O tempo
de descarga é limitado pela baixa da voltagem de descarga até um
valor mínimo denominado voltagem de fim de descarga, geralmente
de 1,75 volts por elemento da bateria. Portanto, quando nossas
baterias automotivas chegam ao limite de 20% de descarga, a
tensão elétrica começa a diminuir vagarosamente, dos 12 volts
iniciais até zero, sendo que muitos aparelhos não funcionam ou
são danificados quando submetidos a tensões abaixo de 11,8
volts. DIMENSIONAMENTO DO BANCO DE BATERIAS As Safaris eram
fornecidas com duas baterias de 54 e 36 ampéres-hora, perfazendo
portanto 90 A.h, o que devia ser suficiente para o limitado uso
de aparelhos elétricos da época. Mas modernamente diversos
outros aparelhos são usados, alguns até eletrodomésticos usando
115 volts com inversores, de forma que devemos então
redimensionar nosso banco de baterias. Ao projetar o banco de
baterias do motorhome, é preciso levar em conta o consumo total
de energia. Para se chegar à capacidade que este reservatório de
energia deve ter, primeiro é necessário saber o quanto cada
equipamento elétrico do motorhome gasta em A.h e somar tudo.
Existe uma relação entre resistência, intensidade e voltagem,
definida pela Lei de Ohm que se define como R(Ohms) = V (volts)
/ I (ampéres), bem como a potência de qualquer aparelho é
definida em Watts (W) e calculada pela multiplicação da
intensidade (em ampéres) pela voltagem tensão em Volts. Por
exemplo, se um determinado aparelho é submetido a uma tensão de
100 volts e a intensidade da corrente é de 5 ampéres, sua
potência será de 500 Watts. Mas as indústrias geralmente só
indicam em seus aparelhos a potência e a voltagem de uso, pelo
que para sabermos o consumo em ampéres devemos calcular. Por
exemplo,o liquidificador aqui de casa tem uma potência de 350
Watts, e como a tensão é de 115 volts, temos que 350 = A x 115,
ou, A = 350/115 = 3 ampéres. A primeira coisa que devemos saber,
é que raramente as baterias se recarregam a 100% de sua carga
nominal, ficando na maioria dos casos em 80%. A isto
acrescenta-se o fator da tensão (voltagem), que só se mantém até
certo limite de descarga, restringindo-se a utilização da
bateria ciclável a 50% de sua capacidade. Assim, a carga útil
máxima que se recomenda extrair de uma bateria de 100 A.h é de
30%. A seguir fornecemos o consumo de alguns itens, para
facilitar o cálculo: Tabela de Consumo para instalação 12 V (em
ampéres-hora) Luzes de cabine (incandescentes) 1 a 4 Luzes de
cabine (fluorescentes) 0,7 a 1,8 Refrigerador 5 a 7 Ventilador 1
Toca-fitas 1 CHECAGEM E REDIMENSIONAMENTO DA FIAÇÃO Outro
detalhe importante é que qualquer fio esquenta quando por ele
passa uma corrente elétrica (como regra geral, tal aquecimento
só será aceitável se pudermos segurar o fio e suportarmos
normalmente tal aquecimento) , sendo tal resistência tanto maior
quanto maior for a distância entre a bateria e o aparelho,
devendo portanto serem usados fios na espessura recomendada (e
sempre fios flexíveis, NUNCA os rígidos). Fios de espessura
menores às indicadas nas distâncias fonte/carga (ou seja, entre
a bateria e o aparelho) ocasionam uma queda de voltagem que pode
não ser suficiente para acionar o aparelho, ou até danificá- lo
irremediavelmente. Abaixo apresentamos uma tabela extraída da
AB&YC Safety Standard (E-9/75), onde de acordo com a intensidade
de corrente entre a fonte e a carga e a distância entre elas,
temos o diâmetro recomendado para fios de cobre flexíveis. 3 m
ou menos 4,6 metros 6,0 metros 9,0 metros 12 metros 15 metros 5
A 1,63 mm 2,05 mm 2,05 mm 2,59 mm 3,26 mm 3,26 mm 10 A 2,05 mm
2,59 mm 3,26 mm 4,11 mm 4,11 mm 5,19 mm 15 A 2,59 mm 3,26 mm
4,11 mm 5,19 mm 5,19 mm 5,83 mm 20 A 3,26 mm 4,11 mm 4,11 mm
5,19 mm 6,54 mm 6,54 mm 25 A 3,26 mm 4,11 mm 5,19 mm 6,54 mm
6,54 mm 7,35 mm Obs.: Jamais use fios nº 18 (1,02 mm) RECARGA DO
BANCO DE BATERIAS A quantidade de corrente elétrica gerada por
um alternador automobilístico depende em pequena proporção de
sua velocidade de giro e em grande proporção de sua corrente de
excitação (ou corrente de campo). Para o uso que foi projetado,
o alternador controlado por regulador eletromecânico é
perfeitamente satisfatório, pois os veículos quase só consomem
energia elétrica quando em movimento, ou seja, com o motor em
funcionamento. Consequentemente este consumo é sustentado pelo
alternador, e a carga da bateria deve ser lentíssima e até nula.
Ao carregarmos uma bateria (ou diversas delas ligadas) a
corrente de carga não deve exceder certo valor, em princípio
igual a 10% da capacidade. Por exemplo, se sua bateria for de 50
ampéres-hora, a intensidade de corrente de sua recarga não deve
exceder a 5 ampéres. Um voltímetro portátil é sempre útil para
avaliar o estado das baterias, ligando-o fortemente ao pólo
positivo e negativo de cada elemento. Se algum deles mostrar
tensão menor do que 1,6 volts, estará defeituoso. A diferença
entre os valores de leitura de cada elemento da bateria não pode
ser superior a 0,2 volts. Se for maior, substituir a bateria.
Para evitar este incômodo, uma alternativa seria a utilização de
um alternador controlado por regulador eletromecânico, o que já
acontece na maioria nas Kombis dos anos em que foram produzidas
as Safaris (para alternadores com regulador eletrônico se pode
também fazer, mas exige modificações no sistema de escovas de
carvão da excitação), montando-se um aparelho que permita o
controle direto da corrente de excitação, pode-se fazer com que
o alternador forneça a energia que desejarmos, variando da sua
capacidade total até zero. Permite também que se obtenha uma
carga significativa com o motor em marcha lenta, fornecendo em
pouco tempo o que levaria horas de funcionamento sob controle de
um regulador convencional. Tal aparelho é baseado em uma
resistência variável em série com o circuito de campo do
alternador. Quanto menor for a resistência maior será a geração
de energia. Sua construção é extremamente simples e barata, e já
foi testado por mim em um veleiro, com resultados excepcionais
(aconselho a mandar fazê-lo em uma loja de eletrônica, a partir
do esquema). Entre os terminais 2 e 3, 3 e 4, 4 e 5, 5 e 6 e 6 e
7 de uma chave comutadora de 9 posições, são soldadas
resistências de 0,5Ω e 5W de dissipação, enquanto que entre os
terminais 7 e 8 são montadas duas dessas mesmas resistências em
série (o que perfaz 1Ω de resistência e 10W de dissipação). A
ligação é extremamente simples, pois tanto no alternador como no
regulador são bem identificados os terminais "terra", "D+" e
"DF". O terminal "DF" do regulador eletromecânico é ligado na
posição 8 da comutadora, e seu terminal "D+" na posição 1. O
terminal "D+" do alternador se liga na entrada da comutadora.
Com a chave comutadora na posição 0, o alternador não gerará
energia; na posição 1, o sistema regulador convencional é ligado
e assume o comando do alternador. De 2 a 8 o comando é manual e
progressivo até o limite máximo de capacidade do alternador, se
devendo escolher o regime ideal de acordo com o tamanho do banco
de baterias (em ampéres- hora!). O amperímetro (atenção:
escolher um amperímetro com escala apropriada, na faixa de 25%
da capacidade do banco de baterias) é ligado entre o borne
positivo do alternador e o positivo da bateria. Aos que estão
imaginando o que entenderia um biólogo-marinho de eletricidade,
esclareço que este aparelho foi sugerido por um engenheiro,
Clóvis Ferreira de Souza Jr, em um artigo intitulado "REGULADOR
MANUAL PARA ALTERNADOR", na revista MAR, VELA E MOTOR, ano IX,
nº 109 (junho de1986), pág. 72, e a quem estiver interessado
mando pelo correio o esquema eletrônico.
skipperj05@yahoo.com.br
INTRODUÇÃO
Nas marinas, nos campings, em fim em todo lugar onde há
concentração de veículos, é comum ouvir exclamações exasperadas
como : “ as minhas baterias estão novamente descarregadas !”, ou
“....duram pouco”, ou “...não agüentam a carga”, ou “...pifam
logo”, etc.. As sugestões que inevitavelmente seguem não variam
muito :
– instale um segundo alternador,
– substitua o alternador por outro mais potente,
– faça carga lenta ( ou rápida ),
– amplie o banco de bateria,
– ponha um alternador para cada banco de bateria,
– etc..
Já se sabe que essas “soluções” não funcionam. Por que ?
Porque há uma diferença fundamental entre o funcionamento do
sistema automotivo
( bateria / alternador ), que auxilia os motores de propulsão, e
o do sistema “reserva de energia”
(bateria de serviço / carregador ). O conhecimento dessa
diferença é de primeira importância para o
usuário ; a explicação detalhada se encontra na 3ª parte deste
documento.
Por falta de informação, muitos donos de barco e marinheiros
usam com toda boa fé
os aparelhos específicos do primeiro sistema para o segundo ;
assim dos alternadores automotivos
quase universalmente usados para recarregar a bateria de
serviço, o que dá os resultados que
sabemos. Por outro lado, o uso de carregadores inadequados é
também responsável por muitos
problemas.
Este estudo tem como propósito esclarecer o funcionamento da
bateria a fim de ver
por que as “soluções” listadas acima não dão certo, mostrar as
diferenças entre o sistema automotivo
e o sistema de serviço e propor soluções mais adequadas.
PRIMEIRA PARTE
CARGA DA BATERIA
Para entender as razões de tanta desgraça com as baterias,
convém estudar, antes
de mais nada, um ciclo de carga correto e ver quais são os
pontos fundamentais do processo.
Para carregar uma bateria é preciso introduzir-na uma certa
quantidade de
“AmpèresHoras” pelo meio de uma corrente elétrica (corrente de
carga). Todavia, a bateria não
armazena “AmpèresHoras” passivamente, mas desenvolve uma certa
repulsão à corrente de carga.
Como consequência, o carregador deve ser programado para se
ajustar constantemente às
condições da bateria e superar sua resistência. Vamos ver passo
a passo como se desenvolve uma
operação de carga e quais são as conseqüências.
1 - ESTUDO DA OPERAÇÃO DE CARGA
Vamos acompanhar um ciclo de carga realizado manualmente por um
operador (atento e paciente...) que dispõe de um carregador
manual com um voltímetro de precisão na faixa 11-15 V, um
amperímetro e um botão de regulagem da corrente.
A bateria que usamos é do tipo ciclável, com capacidade nominal
100Ah, sendo a
sua tensão 11,8 V ( bateria quase totalmente descarregada ).
Nessa altura, é preciso repor uns 90Ah
para carregar a bateria até 100%
Depois de ligar o carregador, o operador regula a corrente de
carga em 10 A ( 10% da capacidade nominal, valor comumente
escolhido para carregadores manuais ). A tensão sobe e se
equilibra num certo valor V1 que depende da carga residual, do
estado da bateria, da sua resistência interna, da temperatura,
do tipo, etc.).
Após alguns momentos, notamos que a amperagem começa a diminuir
e vai
diminuindo até zero se nada for feito. A tensão V1 fica mais ou
menos estável. Esse fenômeno tem
uma explicação : logo que a corrente de carga se estabelece, a
tensão interna da bateria cresce ;
esta tensão, chamada “tensão contra-eletromotor”, se opõe à do
carregador e aos poucos atinge V1,
anulando totalmente a ação do mesmo.
Essa primeira tentativa durou uns 20 minutos. A bateria mal
armazenou 2 ou 3 Ah e
está longe de ser carregada. É evidente que, se o operador não
intervir, a bateria não armazenará
mais nada. Por conseguinte, é necessário re-estabelecer a
corrente ao seu valor inicial de 10 A,
girando o botão de regulagem do carregador. A tensão sobe até
V2. Como anteriormente, a
amperagem não fica estável mas decresce gradativamente, e é
preciso girar novamente o botão de
regulagem para repor a corrente em 10 A ; a tensão sobe para V3,
e assim por diante.
Na prática, para manter a corrente ao valor escolhido, é
necessário girar
continuamente o botão de regulagem, o que eqüivale aumentar a
tensão de carga progressivamente.
Depois de algumas horas, a tensão atinge 14,6 V (nesse momento,
a carga da bateria
é aproximadamente 80% do valor nominal). De repente, aparece uma
mudança importante no
comportamento da bateria : o eletrólito comece a borbulhar ( a
bateria “ferve” ); o eletrólito se
decompõe em oxigênio e hidrogênio. A bateria não aceita mais a
carga e a corrente do carregador
provoca a eletrólise da solução.
Se reduzirmos um pouco a tensão, para 14,4 V, o fenômeno pára
imediatamente.
Vamos então continuar a operação mantendo a tensão em 14,4 V.
Basta não tocar mais no botão de
regulagem.
Como já sabemos, sob tensão constante a corrente diminui. Depois
de 6 a 8 horas, o
valor da corrente atinge 1A. Nesse momento, pode-se considerar
que a bateria está carregada até
100%.
Uma corrente de 1A é bem pequena, mas é suficiente para manter
uma
mini-eletrólise, pouco perceptível, que no decorrer do tempo
provoca a decomposição do eletrólito. É
indispensável reduzir ainda mais a tensão, para 13,6 V (valor
descoberto após várias tentativas), a
fim de evitar totalmente esse fenômeno. Essa tensão, chamada
“tensão de float” ( flutuação ), é ideal
para manter uma bateria não utilizada em boa condição ( pode ser
entre 13V e 13,8 V dependendo
do tipo de bateria ).
Uma bateria não utilizada deve ser mantida carregada. A
tensão de ‘float” pode
ser aplicada por tempo indeterminado ; a corrente muito fraca é
suficiente para compensar as perdas
naturais da bateria e mantê-la completamente carregada sem que
corresse o risco de ferver ou de
ser danificada. Essa fase de “float” é uma vantagem importante
oferecida pelos carregadores
modernos (“inteligentes”) que podem ficar ligados o tempo todo
na bateria sem necessidade de
fiscalização.
O experimento descrito acima permite deduzir algumas observações
interessantes :
1. É obviamente inviável operar o carregador manual como
descrito. O resultado é que
o operador deixa a bateria borbulhar, acreditando que está
carregando enquanto, na
realidade, está se estragando sem armazenar mais carga. É
indispensável
automatizar o carregador.
2. A operação de carga ideal se divide em 3 fases :
A. Primeira fase : corrente constante : a corrente é
mantida constante
enquanto a tensão sobe até o ponto quando acontece a
decomposição do
eletrólito ; ao final desta fase, a bateria acaba carregada
entre 75 e 80% da
sua capacidade nominal,
B. Segunda fase : tensão constante : a tensão fica a
14,4V enquanto a
corrente diminui progressivamente até ~1% da capacidade nominal;
nessa
fase, a carga da bateria está completada até 100% ; é uma fase
demorada,
de 8 a 10 horas,
C. Terceira fase* : float : para manter a carga da
bateria a 100% durante um
tempo indefinido, a tensão do carregador tem que ser rebaixada
para 13,8 V
a fim de evitar todo risco de eletrólise.
* Na realidade essa fase não é tão simples mas não é do nosso
propósito entrar em
detalhes que só interessam especialistas. Basta saber que
carregadores “inteligentes”,
tipo STATPOWER TRUECHARGE ou TECSUP HI-TEC,
mantenham e
preservam as baterias para a maior satisfação do dono.
2 - CARREGADORES “INTELIGENTES”
São chamados “inteligentes” os carregadores cujo programa de
carga é de duas ou
três fases conforme descrito acima, e que são automáticos ( que
não requerem fiscalização
permanente ). Existem dois tipos :
A. Carregador tipo “ UUI” ( fig. 1 )
A curva de 3 fases descrita acima é chamada “UUI” ou “duplo UI”.
É a mais
eficiente, sendo a bateria carregada até 100%. É a curva de
funcionamento de todos
os carregadores da STATPOWER e da TECSUP, e dos alternadores/
carregadores
especiais.
B. Carregador tipo “UI” ( fig. 2 )
Voltando à operação de carga descrita no §1, poderíamos ter
verificado
durante a primeira fase que, quando a tensão atinge 13,8 V, a
bateria já está com
70% da carga nominal. Se iniciarmos a terceira fase naquele
momento, é evidente
que a bateria não chegará aos 100% ; no fim da operação ficará
com aprox. 80% da
carga nominal, mas, em compensação, a corrente residual será 0,1
ou 0,2 A, valor
sem grande perigo para a bateria. Desse modo, a fase “float” se
encontra
confundida com a segunda fase.
Baseando-se nessa observação, dá para imaginar um carregador (
ou um
regulador de tensão de alternador ) de duas fases, mais simples
e mais barato que
um de três fases. É o sistema chamado “UI”, ou “simples UI”. É
suficiente para
aplicações rodoviárias ( o regulador UI é bem mais eficiente que
o regulador
automotivo usual quando se trata de carregar uma bateria ! );
convém também para
barcos de serviço que navegam quase todos os dias.
O regulador BRS da BALMAR é baseado neste princípio.
Fig. 1 Curva de carga "UUI"
FUNCIONAMENTO : automático
A corrente de carga inicial depende da potência do carregador ;
não é
ajustável. A tensão sobe do valor inicial Vi ( tensão da bateria
) até 14,4 V e
fica constante. A corrente fica constante até a tensão atingir
14,4 V, em
seguida decresce. Quando a corrente passa abaixo de 1 A, a
tensão é rebaixada
para 13,8V e fica neste patamar ( tensão de "floating" ); a
corrente é
quase zero.
INCONVENIENTES :
VANTAGENS :
- a bateria pode ser
carregada até 100%
- não há risco de a bateria ferver
- não requer a presença de um operador
- o carregador pode ficar sempre ligado à bateria
não há
constante (1 a 3h)
80% da carga 20% da carga mantem a bateria
carregada a 100%
Fig. 2 Curva da carga "UI"
FUNCIONAMENTO : automático
A corrente de carga depende do carregador ; não é ajustável. A
tensão sobe
do valor inicial Vi ( tensão da bateria ) até 13,8V e fica neste
valor. A corrente fica
constante durante um tempo e depois decresce antes a tensão
atingir 13,8V,
impedindo a carga completar 100%.
INCONVENIENTES : o nível de carga na bateria não ultrapassa
70%.
VANTAGENS :
- não requer a
presença de um operador,
- sendo baixa a tensão de float,, não há risco de a bateria
ferver,
- o carregador pode ficar sempre ligado à bateria, porém é
recomendado
verificar o nível do eletrólito cada mês.
FUNCIONAMENTO : manual
Ao início, o operador ajusta a corrente a, por exemplo, 10A,
sendo a tensão
constante 12,6V. A medida que a resistência interna da bateria
cresce, a corrente
diminui. O operador reajusta a corrente para 10A. A tensão pula
para, digamos,
13V. A corrente diminui, etc.. A regularidade dos patamares e os
valores
dependem da habilidade do operador.
INCONVENIENTES :
- processo muito
lento,
- presença do operador obrigatória,
- quando a tensão ultrapassa 14,4V, a bateria ferve mas está
longe
de ser carregada.
13
Fig. 4 Curva de carga básica de um carregador
FUNCIONAMENTO :
semi-automático
O operador ajusta a corrente inicial, por exemplo 10A. A tensão
sobe.
A corrente cai um pouco. Quando a tensão atingir 14,4V, o
carregador corta
a alimentação. A tensão cai lentamente, não há mais corrente.
Quando a
tensão atingir 12,6V, o carregador liga-se novamente, fornecendo
novamente
a corrente de 10A, etc..
INCONVENIENTES :
- pouco eficiente em
fim de carga,
- a bateria não chega a ser carregada nem até 80%,
- se deixar o carregador ligado, a bateria acaba fervendo,
- requer fiscalização constante.
manual automatizado
3 - OUTROS MEIOS DE CARGA
Os outros tipos de carregadores e os alternadores automotivos
comuns não convém
para carregar corretamente uma bateria. Vejamos por que :
A. Carregador manual ( fig.3 )
Já vemos os inconvenientes deste tipo de aparelho : necessita
uma fiscalização
permanente... ou acaba logo matando a bateria. Vantagem ( só na
compra ) : preço barato ( e nem
sempre ).
B. Carregador semi-automático ( fig. 4 )
É o tipo manual sumariamente automatizado.
Nesse tipo de aparelho, a corrente é mantida constante até a
tensão atingir 14,4 V ;
naquele momento, a alimentação do carregador está
automaticamente desligada. Por conseguinte a
tensão da bateria cai progressivamente ; quando atingir ~12,6 V,
a alimentação volta a ser ligada.
Isso resulta num sistema de pulsações liga-desliga entre 14,4 e
12,6V.
Aparentemente, tal carregador poderia ficar ligado à bateria em
permanência sem
provocar “fervura”, mas na verdade não pode e, de fato, os
fabricantes sérios recomendam uma
verificação periódica (pelo menos semanal ) do nível do
eletrólito, o que é impossível em baterias
seladas ( a MBT já teve problemas com carregadores desse tipo
deixados ligados sem fiscalização
suficiente ; resultado : baterias estragadas após alguns meses
).
Finalmente, comparado com o carregador manual, o carregador
semi- automático
representa um avanço, porém limitado :
– não pode ser abandonado por muito tempo sem fiscalização,
– sendo suprimida a fase de tensão constante, a carga final
nunca ultrapassará os 70 ou
75% da carga nominal ; por causa disto a bateria perderá
definitivamente a capacidade de
recarregar até 100% após alguns meses (“memória” da bateria).
C. Alternador automotivo
O alternador automotivo é um péssimo carregador nas condições
usuais de uso
porque a sua tensão máxima de carga é insuficiente. A tensão do
alternador automotivo está
regulada de fábrica num valor fixo, 13,6V, enquanto é preciso
que a tensão subisse até um valor
entre 14,4V e 15,2 V ( o valor exato depende do tipo da bateria)
para carregar uma bateria mas isso
não é requisito para o funcionamento do sistema automotivo.
SEGUNDA PARTE
FUNCIONAMENTO
DA BATERIA
1 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DA BATERIA
O elemento básico de uma bateria é um conjunto de duas
placas, de composições
diferentes, mergulhadas num líquido apropriado ( o
eletrólito ) e mantidas afastadas uma da outra
por um separador de material isolante porém poroso
de modo que deixasse passar os íons SO4 e
H2 e conseqüentemente a corrente elétrica.
O material ativo da placa positiva é o peróxido de chumbo PbO2.
O material ativo da
placa negativa é o chumbo metálico Pb sob forma esponjosa. O
eletrólito é uma solução de ácido
sulfúrico SO4H2 e água H2O.
A dissimetria química entre as duas placas de materiais
diferentes gera uma tensão
( voltagem ) de aproximadamente 2 Volts.
Se ligarmos uma lâmpada de 2V entre as placas positiva e
negativa, uma corrente se
estabelece, circulando no circuito fechado constituído pela
lâmpada, as placas e o eletrólito, e
constatamos o seguinte :
- a lâmpada se acende ( circuito exterior ),
- no interior da bateria, diversas reações químicas acontecem :
a) o material de cada placa se transforma parcialmente em
sulfato de
chumbo SO4Pb,
b) o eletrólito perde uma parte do seu ácido sulfúrico SO4H2, e
a proporção
de água H2O aumenta.
15
O resultado é que a dissimetria inicial tende a desaparecer. A
corrente diminui até
parar : nesse ponto, vamos dizer que a bateria está
completamente descarregada.
Durante a operação, a bateria transformou uma energia de origem
química em
energia elétrica.
2 - COMPONENTES DA BATERIA
A. Grelha
A grelha é uma alma metálica retangular, usada para suportar os
materiais ativos da
bateria e a conexão que permite a passagem da corrente para o
circuito externo ( o chumbo
esponjoso e o peróxido de chumbo não têm resistência mecânica ).
Existem duas famílias de grelhas, dependendo do material usado
para sua
fabricação :
- grelha chumbo/antimônio : usada nas baterias automotivas,
provoca um consumo
de água significativo,
- grelha chumbo/cálcio : mais moderna.
A grande vantagem da grelha chumbo/cálcio é a redução drástica
do consumo de
água, permitindo assim a construção de baterias seladas ( que
não requerem água ).
B. Placas
Uma grelha empastada com o material ativo torna-se uma “placa”.
A ligação íntima
da grelha e do material ativo é uma operação bastante difícil
mas extremamente importante, já que a
vida da bateria depende muito da sua qualidade.
As placas positivas são “carregadas” com peróxido de chumbo, uma
pasta de cor
marrom. As placas negativas são carregadas com chumbo esponjoso,
de cor cinza.
C. Elementos
O elemento é a unidade de base da bateria. Vários elementos,
sempre em número
par, constituem uma bateria. Uma bateria 12V é composta por 6
elementos ligados em série, uma
bateria 24V de 12 elementos ligados em série.
Um elemento é constituído pelo mesmo número de placas negativas
e positivas
alternadas. Para evitar que as placas de polaridade diferente
entrassem em curto, cada placa é
separada das demais por um separador de material isolante porém
poroso para permitir a circulação
do eletrólito e dos íons.
Todas as placas da mesma polaridade são ligadas entre se por um
conector que,
ligado ao conector da polaridade oposta do elemento vizinho,
constituirá afinal um polo da bateria
(ligação em série)
Sendo as placas ligadas em paralelo, a tensão de um elemento é 2
Volts. O que
varia em relação ao sistema inicial de duas placas é a
capacidade em Ampères, que depende do
número de placas dentro do elemento.
Uma bateria automotiva, cuja função principal é gerar uma
corrente de alta
intensidade ( amperagem, até 500A ) para dar partida ao motor,
necessitará muito mais placas por
elemento que uma bateria de serviço destinada a gerar algumas
dezenas de Ampères. Daí os dois
tipos de bateria mais comuns : a bateria automotiva
e a bateria de reserva de energia.
D. Caixa
A caixa da bateria, geralmente de polietileno, está dividida em
células independentes,
cada uma para um elemento de 2V. A tampa evidencia os dois pólos
( POS + e NEG - ) e os
orifícios para completar o nível do eletrólito em cada célula.
As baterias seladas não têm esses
orifícios mas sim uma válvula para a saída ocasional de
hidrogênio e vapor de água.
E. Eletrólito
A composição do eletrólito ( bateria carregada) é a seguinte :
– ácido sulfúrico SO4H2 : 36% em peso
– água H2O : 64% em peso
sendo a densidade 1,27.
3 - REAÇÕES QUÍMICAS DURANTE O CICLO CARGA/DESCARGA
( fig. 6 )
A. Descarga da bateria
Quando ligamos a lâmpada (§1), a corrente no interior da bateria
provoca a dissociação
do ácido sulfúrico SO4H2 entre seus dois componentes, os íons
SO4 e H2. Nas placas
positivas os íons SO4 se combinam com o chumbo Pb do peróxido de
chumbo PbO2 e formam o
sulfato de chumbo SO4Pb ; os dois O, remanescentes do peróxido
de chumbo, se combinam com
íons hidrogênio H2 para formar água H2O. Nas placas negativas os
íons SO4 se combinam com o
chumbo Pb para formar também o sulfato de chumbo SO4Pb. Nesse
processo, a composição das
duas placas ( a positiva inicialmente de PbO2 e a negativa de Pb
) tendem a se transformar em
SO4Pb, eliminando-se assim a dissimetria que foi a origem da
corrente.
No fenômeno da descarga, a concentração em ácido no eletrólito
diminui : a
densidade, inicialmente de 1,27, cai até 1,14 quando a corrente
desaparece.
B. Carga da bateria
As reações químicas que ocorrem durante a carga são exatamente
as inversas das
que ocorrem durante a descarga.
A corrente de carga, em sentido inverso do da descarga, dissocia
o sulfato de
chumbo SO4Pb formado na superfície de todas as placas, sejam
elas positivas ou negativas, entre
seus dois componentes, os íons SO4 e Pb. Da mesma forma, a água
H2O se dissocia em oxigênio O
e hidrogênio H2.
Nas placas positivas, os íons SO4 se combinam com os íons H2
para regenerar o
ácido sulfúrico SO4H2 ; os íons oxigênio O se recombinam com o
chumbo Pb para restituir o
peróxido de chumbo inicial PbO2.
Nas placas negativas, os íons SO4 se combinam com os íons H2,
regenerando o
ácido sulfúrico SO4H2, da mesma forma que nas placas positivas,
e o chumbo puro Pb reaparece na
superfície da placa.
O sistema voltou a seu estado inicial : realizamos um ciclo
carga/descarga.
VOLTA AO ESTADO INICIAL
C. Velocidade de difusão das moléculas
No estudo do ciclo carga/descarga, verificamos que o estado de
carga da bateria
depende diretamente da concentração do ácido SO4H2 no
eletrólito. Medir a densidade do eletrólito
é um meio bastante usado para avaliar o estado de carga da
bateria : densidade alta = bateria
carregada, densidade baixa = bateria descarregada. Todavia, para
efetuar tal medição é recomendado
deixar “descansar” a bateria pelo menos uma hora* após a
operação de carga. Por que ?
Porque, na operação de carga, as moléculas de ácido SO4H2 que se
formam na
superfície das placas não se espalham instantaneamente dentro do
eletrólito. A difusão das
moléculas dentro do líquido até que o mesmo ficasse
completamente homogêneo leva um certo
tempo ( até 8 horas ), determinado pela velocidade dessa
difusão. A velocidade de difusão é uma
característica dos elementos em presença, sobre a qual o
operador não tem controle ( a menos que
chacoalhasse a bateria ).
As reações químicas acontecem na superfície das placas,
exatamente na interface
entre o material das placas e o eletrólito, e dão origem às
moléculas de ácido SO4H2 durante a
carga. A corrente de carga é que gera a formação das moléculas ;
a quantidade de moléculas
produzidas depende diretamente da intensidade da corrente :
quanto mais forte a corrente, maior a
quantidade de moléculas. Sendo a velocidade de difusão limitada,
dá para perceber que, se a
produção de moléculas de SO4H2 for maior que um certo valor, as
mesmas se acumularão junto à
superfície das placas, formando localmente um filme de
eletrólito com alta concentração de ácido, de
modo que as placas se encontrarão mergulhadas numa solução de
densidade mais alta do que nos
demais lugares do eletrólito ( fig. 7 ). Se medir a tensão da
bateria logo depois de um período de
carga, o valor será aquele correspondente à concentração de
ácido ao redor das placas e não à
concentração média do eletrólito. É uma “falsa tensão” que não
reflete o estado de carga real da
bateria. Daí a necessidade de deixar “descansar” a bateria antes
de fazer qualquer medição.
Esse fenômeno sempre acontece, pois o valor da corrente para ter
o equilíbrio entre
a produção e a difusão das moléculas de ácido é muito baixo. A
conseqüência principal é que não é
possível carregar uma bateria com uma corrente forte demais, se
não a “falsa tensão” sobe
rapidamente ( em alguns minutos ), até igualar a tensão do
carregador, sendo a corrente anulada.
Resultado : não há mais possibilidade de carregar.
Na descarga, acontece o fenômeno oposto : se a corrente de
descarga for forte
demais, as moléculas de SO4H2 distribuídas no eletrólito não
terão o tempo de migrar até as placas
para se dissociar e formar o sulfato de chumbo SO4Pb. Resultado
: a solução ao redor das placas
fica mais pobre em moléculas de SO4H2 que em outras partes do
líquido ; isso provoca uma queda
de tensão nos bornes, mas não significa que a bateria esteja
descarregada. Um exemplo prático
bem conhecido é a queda de tensão violenta que acontece nos
bornes da bateria de um carro
quando se liga o motor de arranque.
D. Degradação das placas durante um ciclo
Durante um ciclo carga/descarga o material ativo passa
sucessivamente do estado
PbO2 para o estado SO4Pb, e do estado Pb para o estado SO4Pb, e
vice-versa.
Essas transformações provocam variações periódicas do volume dos
materiais
ativos ( expansão e contração ). Os materiais acabam se
desagregando e as partículas caiem no
fundo da caixa. Apesar de todas as precauções tomadas na
fabricação das placas, esse fenômeno é
inevitável, e cada ciclo provoca uma perda de material.
Resultado : a vida útil de uma bateria
depende do número de ciclos que exigimos dela, como também da
profundidade dos mesmos.
É claro também que, sendo iguais as capacidades em Ampère-horas,
uma bateria
fabricada com mais material ativo terá uma vida útil maior que
outra com placas pouco “carregadas”.
*ver § “Fiscalização da carga” p.22
Dessas observações, podemos deduzir que a anatomia de uma
bateria automotiva,
cujos ciclos são superficiais mas que tem que gerar correntes
fortes, será diferente da de uma
bateria ciclável destinada a gerar pouca amperagem mas durante
horas. As placas da segunda
devem ser fartamente “empastadas” para alimentar as reações
químicas durante longos períodos,
enquanto placas finas prevalecem para a primeira, já que um
ciclo não dura mais que alguns
segundos.
4 - CRITÉRIOS PARA CARREGAR CORRETAMENTE A BATERIA
A. Critério da amperagem
Acabamos de ver que a difusão das moléculas de ácido dentro do
eletrólito influi
grandemente no comportamento da bateria, especialmente na fase
que mais nos interessa no
momento, a da carga. A aparição da “falsa tensão” se opõe à
corrente de carga. É lógico pensar que
basta elevar a tensão de carga para superar a dificuldade,
deixando a amperagem razoavelmente
baixa , mas sabemos também ( Primeira Parte § 2 ) que não se
pode aumentar a tensão de carga
acima de uns 15V ( o valor exato depende do tipo de bateria ).
Por conseguinte, é necessário achar
um compromisso entre a amperagem da corrente de carga, a duração
da operação de carga e a
tensão de fim de carga, que não pode ser ultrapassada.
Exemplo 1 : o tempo disponível para carregar uma bateria de 100
Ah, descarregada de
50%, é 8 horas (uma noite ). Sendo a corrente de carga 10A ( =
10% do valor nominal da bateria ), a bateria
será recarregada até 100%.
NOTA : para tal resultado, o uso de um carregador “inteligente”
é indispensável
pelas seguintes razões :
1) para manter a corrente no valor de 10A, a tensão deve ser
constantemente
reajustada,
2) depois de aprox. 5 horas, a corrente deve decrescer ;
não se pode
manter uma corrente de 10A numa bateria já carregada a mais de
80%,
pois borbulhará e perderá o eletrólito.
Exemplo 2 : o tempo disponível para carregar a mesma bateria de
100 Ah é 2 horas.
Escolhemos a corrente de carga em 25A ( = 25% da carga nominal
). Após
1h15mn, a tensão já está no seu limite máximo ; a corrente deve
ser cortada.
Nesse momento, a bateria será recarregada somente até 80%.
Exemplo 3 : o tempo disponível é 1 hora. Para compensar,
pense-se em usar um carregador
de 50 A. A tensão sobe rapidamente e após 15 minutos atinge o
seu limite
máximo; a corrente deve ser cortada. Naquele momento, a bateria
não pode
ultrapassar os 60% de carga.
Praticamente, uma corrente de carga igual a 10% da carga
nominal da bateria
(seja : 10 A para uma bateria de 100 Ah ) foi por muito tempo
considerado o melhor compromisso,
mas convém notar o seguinte :
– o tempo para recarregar é relativamente demorado,
– manter uma corrente de carga num valor determinado, por
exemplo 10% da
capacidade da bateria, requer um carregador automático, com
tensão variável
programada,
– os carregadores “inteligentes UUI” são mais rápidos ( Primeira
Parte § 2 )
Pode-se usar sem dano para a bateria uma corrente de carga até
25% da
capacidade nominal da bateria ( seja : 25 A para uma bateria de
100Ah), até a tensão atingir os
14,4V. Isso oferece um bom compromisso entre tempo de carga e
percentagem de carga final
quando não se dispõe de muito tempo para carregar. É o caso de
uma bateria de serviço de uso
quotidiano, num sítio ou num barco, por exemplo. Todavia, haverá
a necessidade de carregar
completamente a bateria pelo menos uma vez por mês para que a
mesma não perdesse
definitivamente a sua capacidade inicial.
B. Critério da tensão
A tensão deve atingir, no final da carga, um nível máximo que
vária de 14,2 até
15,1V, dependendo do tipo de bateria. É um critério de primeira
importância para escolher um
carregador : se o carregador não conseguir essa tensão, a
bateria nunca será totalmente carregada,
e aos poucos irá perdendo a sua capacidade inicial ; se o
carregador gerar uma tensão alta demais,
o eletrólito borbulhará e a bateria será danificada. Nos dois
casos, a vida da bateria se encontra
encurtecida ( e o dono, mais uma vez, de mau humor ).
É por causa desse critério que os alternadores automotivos são
péssimos carregadores.
A tensão desses aparelhos é usualmente regulada a 13,6V. Nessas
condições, uma bateria
não pode ser carregada a mais que 70% da sua capacidade nominal,
no melhor dos casos. Além do
mais, para chegar a esse resultado, a operação de carga é
demasiadamente demorada. Ninguém
deixa um motor girar durante horas seguidas para carregar a
bateria, obviamente por causa das
poluições, mas também para não prejudicar o motor Diesel, que
não pode girar muito tempo sem
carga.
C. Fiscalização da carga
Fiscalizar a carga da bateria é uma operação essencial para
monitorar racionalmente
o uso da mesma e aproveitar ao máximo as possibilidades de uma
instalação “ENERGIA
AUTÔNOMA”.
A fiscalização da carga pode ser feita medindo-se o valor dos
parâmetros
característicos da bateria, sejam eles : tensão, densidade do
eletrólito, Ampères-horas entrando e
saindo.
Para medir a tensão da bateria, um voltímetro comum não convém,
pela falta de
precisão. Vemos que a tensão de fim de carga sobe até o valor
máximo de 15,2V para baterias
chumbo/cálcio, e sabemos que para uma bateria descarregada, mas
em bom estado, a tensão não
pode cair abaixo de 10,8V. Vemos também que os décimos de Volt
têm grande importância. Por
exemplo, com 12,0V, a bateria está quase descarregada, enquanto
com 12,6V, está completamente
carregada. Nessa altura, dizer que a bateria está com 12V não
significa nada. Por conseguinte, o
voltímetro adequado para a leitura da tensão deve mostrar cada
0,1V entre 10 e 16V. Existem
voltímetros de LED especialmente desenvolvidos para esse fim.
Porém, convém lembrar que uma
medição de tensão não pode ser feita logo depois de uma operação
de carga ; é preciso deixar
“descansar “ a bateria algumas horas para ler um valor
significativo. O mesmo usualmente não se
aplica à descarga por que a descarga de uma bateria de serviço é
bastante lenta e, por isso, não
provoca um fenômeno de “falsa tensão” sensível.
Para baterias não seladas, o densímetro dá uma indicação
bastante fiel do estado de
carga a qualquer momento. De fato, a sucção do líquido dentro do
densímetro é suficiente para
misturá-lo e dar uma amostra representativa da densidade média.
O uso do densímetro é muito
simples mas não muito prático.
Fazer a conta dos Ampères-horas que entram e saem da bateria é
certamente o
meio o mais seguro e o mais prático de saber a qualquer momento
o estado de carga da mesma.
Todavia, vários fatores ( resistência do eletrólito, rendimento
da bateria, temperatura, etc.) resultam
num acúmulo de pequenos erros que com o decorrer do tempo
invalidam totalmente a leitura. Para
tomar em conta todas as fontes de erros e ter uma leitura
confiável, foram desenvolvidos aparelhos
específicos bastante sofisticados, chamados “monitores de
sistema de energia”, que hoje podem ser
encontrados no mercado.
D. Utilidade do voltímetro de bateria
O voltímetro especial MBT é o instrumento indispensável para
acompanhar o estado
de carga da bateria (ou do banco de baterias). Ligado aos bornes
da bateria por dois cabos
pequenos, mede com precisão a tensão da mesma, traduzindo a
leitura na percentagem de carga
correspondente. Uma escala de LEDs de várias cores permite a
visualização imediata da carga,
indicando, de baixo para cima, quando a bateria está danificada
ou precisa ser “equlizada”
(vermelho), quando é imperativo carregar ( laranja ), quando a
carga está boa (verde), quando a
tensão está acima do normal (vermelho). Nesse último caso, é
necessário verificar o sistema de
carga.
O voltímetro especial MBT é para a bateria o que é o medidor de
nível para o tanque
de gasolina do carro. Ninguém sai pelas estradas sem monitorar o
nível do combustível. Para manter
um sistema “Energia Autônoma” rodando seguramente, conhecer a
cada momento o nível de carga
da bateria é tão necessário quanto o é saber o que fica de
gasolina dentro do tanque.
E. Carga em função da tensão e da densidade
IMPORTANTE : a medição da densidade e a da tensão após uma
operação de carga devem ser
feitas depois da bateria ter “descansado” pelo menos 12 horas.
TERCEIRA PARTE
SISTEMA AUTOMOTIVO E SISTEMA DE SERVIÇO
O sistema automotivo alimenta essencialmente, além
do motor, instrumentos,
aparelhos e luzes que somente estão em uso quando o veículo está
se deslocando (luzes de
navegação, radar, molinete, etc. para um barco por exemplo). Por
conseguinte, o sistema automotivo
é basicamente composto por uma bateria e um
alternador, e funciona quase que exclusivamente
quando o motor gira.
O sistema de serviço alimenta principalmente
eletrodomésticos e lâmpadas de
iluminação que estão em uso intensivo quando o veículo está
parado. Por conseguinte, o sistema de
serviço é basicamente composto por uma bateria e
um carregador, e funciona quase que
exclusivamente quando o motor não gira.
Essas diferenças essenciais resultam em equipamentos específicos
para cada
sistema.
Para entender melhor como funciona cada sistema, vamos recorrer
à clássica
analogia entre circuito elétrico e circuito hidráulico,
usando-se os bem conhecidos sistemas de
abastecimento de água nas casas.
Sendo a bateria não mais que um reservatório, podemos
representa-la por uma
caixa d’água, porém com a diferença que, ao invés da caixa
d’água, a bateria não pode ser
totalmente esvaziada ( abaixo de 11,5V, não há mais um aparelho
ligado à bateria de serviço que
funcione ! ).
1 - SISTEMA AUTOMOTIVO ( fig. 8 )
O sistema automotivo foi concebido para funcionar somente quando
gira o motor,
baseando-se no fato que não há consumo de energia quando o
veículo está parado. O alternador
automotivo gera uma corrente mantida sob tensão constante pelo
regulador ( entre 13 V e 14 V,
dependendo do regulador ).
O equivalente hidráulico desse esquema é composto por uma caixa
d’água ( =
bateria ), alimentada por água encanada ( = corrente do
alternador ), cujo nível está mantido
constante por uma clássica válvula de bóia ( = regulador de
tensão ).
Funcionamento do sistema hidráulico :
Logo que se abra a torneira, o nível da água na caixa abaixa,
puxando a
bóia para baixo, que, pela alavanca, abra a válvula, permitindo
a entrada da água da
rede urbana. Assim, a água consumida na torneira está
diretamente suprida pela
água da rede urbana. O nível da água na caixa varia muito pouco
; a reserva na
caixa só serve para regularizar a pressão da água na torneira. É
um sistema
Funcionamento do sistema elétrico :
Quando o motor está ligado, toda a energia consumida está gerada
pelo
alternador e não pela bateria. Fora gerar a forte amperagem para
a partida do motor,
a bateria serve para estabilizar a tensão no circuito. O nível
de carga na bateria fica
constante em aprox. 70% da capacidade nominal. A reserve serve
quando o motor
está parado, preferencialmente por pouco tempo, ou quando
quebrar o alternador.
2 - SISTEMA DE SERVIÇO ( fig. 9 )
Pela definição, o sistema de serviço funciona quando o motor
está parado, seja
quando não há uma fonte permanente de energia. Daí a necessidade
de se ter uma reserva de
energia. Tal sistema é convenientemente ilustrado por uma casa
alimentada pela água de um poço,
onde a caixa d’água é o equivalente da bateria, a bomba de poço
o equivalente do carregador e o
poço o equivalente de uma fonte de energia ( gerador ou rede ).
O funcionamento desse sistema é descontínuo : comporta
duas fases. A primeira
consiste em encher o reservatório ( bateria ou caixa d’água )
logo que se tem a possibilidade,
geralmente programada, de fazê-lo, a segunda em usar a reserva
constituída na fase anterior.
Funcionamento do sistema hidráulico :
Quando a caixa d’água está vazia, a bomba se liga ( automatica-
ou
manualmente ) e enche a caixa até o limite máximo ; então se
desliga. A freqüência
e a duração desta fase dependem do volume útil da caixa
d’água e da regularidade
do abastecimento da casa em eletricidade. A reserva útil
na caixa d’água deve ser
calculada para abastecer a casa durante o período mais longo
previsível quando a
bomba permanecer desligada.
Funcionamento do sistema elétrico :
Quando o veículo tem acesso a uma fonte de energia ( tomada de
cais
ou do camping, gerador ), aproveita-se para encher a bateria de
serviço através do
carregador. A capacidade do banco de baterias de serviço deve
ser calculada em
função do consumo previsto durante os períodos quando o veículo
fica fora do
alcance de uma fonte (especialmente quando não há um gerador a
bordo ).
Sendo esse funcionamento, percebe-se a importância de ter uma
bomba ( =
carregador ou alternador especial ) que possa encher a
caixa ( = bateria ) no tempo mínimo. No caso
do carregador “inteligente” ou do alternador especial, já
vemos que em duas horas, esses aparelhos
podem carregar uma bateria até 80%. Durante essa fase, a tensão
de carga não fica constante como
no alternador automotivo, mas cresce até 14,4V ( fig.1 ).
Praticamente, o nível de carga na bateria de serviço ( = na
caixa d’água ) não fica
constante mas varia entre dois valores : 50% da carga nominal
quando a carga útil está esgotada, e
aprox. 80% após duas horas de carga. A faixa de carga útil
é de aprox. 30%, o que torna o sistema
bastante eficiente ; a experiência mostrou que esse valor de 30%
é o melhor para obter a vida útil
máxima das baterias (aprox. 500 ciclos). Todavia não podemos
esquecer que é necessário encher a
bateria até 100% pelo menos uma vez por mês para que a mesma não
perdesse a capacidade
original e sofresse uma redução da carga útil.
3 - USANDO O SISTEMA AUTOMOTIVO COMO SISTEMA DE SERVIÇO
Sabendo como funcionam os dois sistemas, é fácil ver que as
características do
alternador automotivo ( Primeira Parte, § 3 ) não correspondem
às exigidas para carregar a bateria
de serviço. Lembramos por que :
1. A tensão máxima de carga atingida pelo alternador é baixa
demais, entre 13 e 14V,
enquanto deveria ser entre 14,4 e 15,2 V. Isso não permite
carregar a bateria a mais
que 70% e, ademais, depois de muitas horas,
2. O alternador automotivo gera a corrente nominal pela qual foi
construído, que pode
ser em muitos casos acima dos 25% da capacidade da bateria de
serviço. Nessa
condição a bateria pouco carrega (ver Segunda Parte, § 3-C).
Isso posto, vamos ver por que as “soluções” usualmente
preconizadas não são muito
satisfatórias
A. Instale um segundo alternador
Essa “solução” eqüivale em aumentar a corrente de carga.
Vemos que não se pode usar amperagens superiores a 25% da carga
nominal da
bateria para evitar o fenômeno da “falsa tensão bloqueadora”.
Nos barcos, é comum ver um
alternador de 50 A ligado a uma bateria de serviço de 100A.
Nessas condições, o fenômeno logo
aparece, e, após uns 10 minutos, a bateria não consegue
armazenar um só Ampère. Aumentar a
corrente, ao invés de melhorar, piora a situação : a “falsa
tensão” sobe mais rápido e bloqueia a
carga ainda mais cedo.
B. Ponha um alternador mais potente
O efeito dessa “solução” é o mesmo do caso anterior : aumentar a
corrente de carga,
com os resultados decepcionantes que agora sabemos.
C. Amplie o banco de bateria
Constitui em muitos casos a melhor solução, desde que a
capacidade do banco de
bateria seja compatível com a potência do alternador.
Geralmente, a ampliação do banco de bateria
é tímida demais para surtir efeitos. Vejamos o que acontece :
Exemplo 1 : um barco tem uma bateria de serviço de 100Ah e um
alternador de 50A sob a tenção
13,8V. A corrente de carga inicial representa 50% da capacidade
nominal da bateria.
Nessas condições, sabemos que a “falsa tensão” sobe rapidamente
até bloquear a carga.
Após uma ou duas horas, dificilmente a bateria terá armazenado
uns 10Ah. É muito pouco
!
Exemplo 2 : no mesmo barco, a bateria de 100 Ah é substituída
por uma de 200 Ah. Agora a corrente
inicial de carga satisfaz a condição-limite dos 25% da
capacidade nominal da bateria e
podemos esperar carregar até os 70% prometidos. Infelizmente, o
tempo necessário para
atingir este resultado seria demasiado. Sendo o barco na poita,
não é realista manter o
motor na marcha lenta a noite inteira para repor apenas 20 Ah,
mas se navegar uma
média de 10 horas por dia a carga gerada pelo alternador será
significativa.
Exemplo 3 : substituímos agora a bateria de 200Ah por uma de
500Ah : a corrente inicial de carga
corresponde a 10% da capacidade nominal da bateria. A ”falsa
tensão” fica baixa e não
se opõe mais à corrente de carga, cujo valor se estabiliza em
aproximadamente 40A. Em
três horas as baterias terão armazenado uns 100Ah. O ganho em
relação à situação
anterior é evidente.
Esses exemplos mostram que a solução correta para carregar
usando um alternador
automotivo é aumentar drasticamente a capacidade do banco de
bateria ( ou escolher um alternador
menos potente ) até obter a relação de aproximadamente 1/10
entre a corrente do alternador e a
capacidade nominal do banco de bateria.
4 - CASO DAS CARGAS LENTA E RÁPIDA
Esses tipos de carga se aplicam somente à baterias abertas ( não
seladas ) por
causa da perda de água que proporcionam, e da necessidade
subseqüente de repor essa água.
Antigamente, essas cargas se faziam usando um carregador manual,
com todos os defeitos
apontados na Primeira Parte ; agora existem carregadores
semi-automáticos especiais para esses
fins mas, infelizmente, com os mesmos defeitos.
A. “Carga lenta”
A “carga lenta” consiste em ajustar inicialmente a corrente do
carregador num valor
bem baixo, entre 2 e 5A, independente da capacidade da bateria,
e manter mais ou menos este valor
girando o botão de regulagem, até a tensão atingir os fatídicos
14,4V quando o eletrólito começa a
borbulhar. Trata-se afinal da primeira etapa do processo de
carga descrito na Primeira Parte §1, que
permite, de fato, carregar a bateria até quase 100%. Pode
demorar até dois dias. Isso é a teoria.
Na prática, não há fiscalização permanente possível e usa-se
carregadores
semi-automáticos, ajustados de fábrica, que nem sempre têm um
botão para regular a corrente.
Deixa-se o carregador ligado à bateria durante 24 horas, sem
fiscalização. Depois de umas horas de
carga, a bateria fica borbulhando tranqüilamente. Nessa altura,
sabemos que a bateria não
armazena mais nada, só perde água. Podemos supor que nos
melhores dos casos a bateria pode
ser carregada até 70% da sua capacidade nominal, o que é
suficiente para uma bateria automotiva,
mas não convém para baterias de serviço.
B. “Carga rápida”
A “carga rápida” consiste em submeter a bateria a uma corrente
extremamente forte,
até maior que a capacidade da mesma, e desligar o carregador
logo que a bateria ficar quente,
teoricamente quando atingir 60°C, mas freqüentemente fica ao
critério do operador.
Vemos que uma corrente alta provoca a aparição da “falsa tensão”
que iguala
rapidamente a tensão do carregador e anula a própria corrente,
mas pode-se manter uma corrente
alta aplicando uma tensão sempre mais alta, acima dos 14,4V,
girando o botão de regulagem.
Sob uma corrente muito forte, o eletrólito não demora a
borbulhar violentamente, o
que o homogeneíza e permite a difusão rápida das moléculas de
SO4H2 que são produzidas em
grande quantidade. A bateria consegue armazenar energia em pouco
tempo mas os efeitos são
devastadores e a danificam a tal ponto que sua vida útil se
encontra drasticamente encurtada : a
corrente alta provoca uma elevação de temperatura que deforma e
fissura as placas, favorecendo
ainda mais a ação abrasiva do borbulho sobre os materiais
ativos.
CONCLUSÃO
Existem diversos tipos de bateria, desde a pequena pastilha de
uma calculadora de
bolso até as potentes baterias estacionárias de telefonia fixa.
Cada um resulta de uma tecnologia
diferente e tem aplicações especificas. Certas baterias estão
recarregáveis, outras não ; certas são
“abertas” ( com tampinhas para acrescentar água cada vez que for
preciso ), outras seladas ; certas
têm eletrólito líquido, outras gelificado...só para falar dos
tipos mais comuns.
Nessa diversidade, é preciso escolher o tipo que corresponda ao
uso. Uma bateria
de serviço é necessariamente diferente de um bateria automotiva.
Para o serviço, convém usar
baterias “cicláveis” ( = “descarga semi-profunda” ou “reserva de
energia” ). A bateria automotiva deve
ser reservada ao uso automotivo (partida dos motores e
alimentação dos equipamentos de
navegação, exclusivamente usados quando gira um motor ).
Também, a cada tipo de bateria corresponde um carregador
específico.
É importante lembrar-se do seguinte :
– o alternador automotivo não foi concebido para carregar a
bateria de serviço,
– uma bateria não usada deve ser mantida carregada,
– é a escolha do carregador certo ou errado que fará o capitão
feliz ou aborrecido
.
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.
