As baterias NiCd ventiladas geralmente impõem a maior necessidade de ventilação durante os testes de carga. O seu fator de emissão de gases é 1,0, com correntes de gaseificação típicas de 15 mA/Ah durante a carga de flutuação e 50 mA/Ah durante a carga de reforço. As baterias de chumbo-ácido ventiladas também têm um fator de emissão de 1,0, mas correntes de gaseificação mais baixas — 5 mA/Ah em flutuação e 20 mA/Ah em reforço — enquanto as baterias VRLA têm um fator inferior de 0,2 e correntes de gaseificação típicas de 1 mA/Ah e 8 mA/Ah, respetivamente.
O projeto de ventilação deve basear-se na condição de carga mais elevada considerada credível, e não apenas na operação nominal ou de flutuação. As baterias NiCd ventiladas normalmente exigem o maior fluxo de ar, as baterias de chumbo-ácido ventiladas exigem menos e as baterias VRLA exigem o menor fluxo em condições comparáveis — mas as VRLA continuam a necessitar de ventilação controlada, pois uma sobrecarga, uma temperatura elevada ou uma falha podem libertar hidrogénio.
Como diferem os tipos de bateria
Baterias de chumbo-ácido ventiladas
As baterias de chumbo-ácido ventiladas têm um fator de emissão de fg = 1,0, porque os gases gerados durante a carga podem escapar diretamente pelas aberturas de ventilação das células.
As suas correntes de gaseificação típicas são:
- Carga de flutuação: 5 mA/Ah
- Carga de reforço: 20 mA/Ah
Assim, a carga de reforço produz aproximadamente quatro vezes a corrente de gaseificação indicada para a carga de flutuação. O fluxo de ar do laboratório deve ser dimensionado para a carga de reforço ou para outra condição de teste de pior caso, quando esse modo for permitido.
Baterias VRLA
As baterias VRLA têm um fator de emissão inferior de fg = 0,2, porque grande parte do hidrogénio e do oxigénio produzidos durante a carga normal se recombina internamente.
As suas correntes de gaseificação típicas são:
- Carga de flutuação: 1 mA/Ah
- Carga de reforço: 8 mA/Ah
O fator inferior não significa que as baterias VRLA não produzam gases. Uma corrente de carga excessiva, uma temperatura elevada, o envelhecimento ou uma falha do mecanismo de recombinação podem fazer com que a válvula de alívio de pressão liberte hidrogénio e oxigénio no laboratório.
Baterias NiCd ventiladas
As baterias NiCd ventiladas têm um fator de emissão de fg = 1,0, tal como as baterias de chumbo-ácido ventiladas, mas as suas correntes de gaseificação indicadas são mais elevadas:
- Carga de flutuação: 15 mA/Ah
- Carga de reforço: 50 mA/Ah
Com carga de reforço, o valor das NiCd é 2,5 vezes superior ao valor das baterias de chumbo-ácido ventiladas e mais de seis vezes superior ao valor das VRLA antes de aplicar o fator de emissão inferior das VRLA. Isto torna as NiCd ventiladas a química crítica em muitos laboratórios de baterias com diferentes químicas.
O que significa o fator de emissão
Fator de emissão versus corrente de gaseificação
A corrente de gaseificação, Igas, representa a parte da corrente de carga associada à geração de gases, expressa aqui em mA por Ah de capacidade da bateria.
O fator de emissão de gases, fg, considera a quantidade desse gás gerado que se espera que alcance o ambiente circundante. As células ventiladas utilizam fg = 1,0, enquanto as células VRLA utilizam fg = 0,2, porque a recombinação interna reduz a libertação externa normal de gases.
Numa análise de ventilação, o método de projeto aplicável deve utilizar ambos os parâmetros de forma consistente. Se a norma de cálculo do laboratório definir a fonte de gases como proporcional a fg × Igas × battery capacity, o fator inferior das VRLA reduz a fonte de emissão normal calculada; o fator não deve ser omitido apenas porque a bateria é descrita como selada.
Por que motivo o modo de carga é importante
O modo de carga pode alterar substancialmente a fonte de gases. Para os valores indicados, a mudança de flutuação para reforço aumenta a corrente de gaseificação em:
- VRLA: de 1 para 8 mA/Ah
- Chumbo-ácido ventilada: de 5 para 20 mA/Ah
- NiCd ventilada: de 15 para 50 mA/Ah
É por isso que um laboratório projetado apenas para carga de flutuação contínua pode ficar subventilado durante testes de capacidade, equalização, colocação em serviço ou outros procedimentos de carga de reforço.
Como isto afeta o projeto de ventilação
Dimensione o fluxo de ar para a diluição do hidrogénio
O objetivo da ventilação é manter a concentração de hidrogénio abaixo do seu limite inferior de explosividade, de aproximadamente 4% em volume no ar, utilizando o fator de segurança especificado de 5.
Taxas mais elevadas de geração de gases exigem um fluxo de ar superior para diluir o hidrogénio. Em termos práticos, o termo-fonte do projeto aumenta com:
- A capacidade da bateria em Ah
- A corrente de gaseificação aplicável
- O fator de emissão
- O número de células ou baterias em funcionamento simultâneo
- O modo de carga selecionado
- A temperatura de teste permitida e os limites de carga
Por conseguinte, o cálculo da ventilação deve refletir toda a população de teste instalada, e não apenas uma célula representativa.
Utilize a condição de operação credível mais exigente
Para um laboratório com diferentes químicas de bateria, o caso de projeto é normalmente a combinação de:
- A química com maior potencial de libertação de gases
- A maior capacidade conectada
- A corrente de gaseificação permitida mais elevada
- A condição de teste simultâneo mais exigente
- Condições de carga anormais ou relacionadas com falhas consideradas credíveis, quando exigido pela norma de segurança aplicável
Com os valores de referência fornecidos, as NiCd ventiladas durante a carga de reforço constituem o caso dominante em operação normal. A sua corrente de gaseificação de 50 mA/Ah é superior aos valores correspondentes tanto das baterias de chumbo-ácido ventiladas como das VRLA.
Posicione a extração onde o hidrogénio se possa acumular
O hidrogénio é muito leve e tende a acumular-se junto aos pontos mais altos de um compartimento ou sala. Por isso, os sistemas de ventilação devem evitar zonas superiores estagnadas e proporcionar uma extração eficaz nos locais onde o hidrogénio se possa acumular.
Os armários de baterias, as câmaras de teste e os compartimentos de ciclo não devem ser tratados como caixas hermeticamente seladas, a menos que incluam extração de gases dedicada, alívio de pressão e disposições adequadas de monitorização.
Coordene a ventilação com os controlos do sistema de teste
A ventilação é apenas uma camada de proteção. O sistema de teste da bateria também deve controlar a tensão de carga, a corrente, a temperatura e a terminação do teste, porque a sobrecarga aumenta a geração de gases e pode danificar as células.
Os sistemas de chumbo-ácido e NiCd exigem limites de tensão diferentes. Por exemplo, a gaseificação começa aproximadamente a 2,4 V por célula para chumbo-ácido e a 1,6–1,7 V por célula para NiCd, pelo que não se pode presumir com segurança que um carregador configurado para uma química seja adequado para a outra.
Uma comparação prática
Necessidade relativa de gaseificação durante a carga de flutuação
Utilizando os valores de corrente de gaseificação indicados:
| Tipo de bateria | Fator de emissão, fg | Corrente de gaseificação em flutuação | Corrente indicada relativa |
|---|---|---|---|
| VRLA | 0,2 | 1 mA/Ah | 1× |
| Chumbo-ácido ventilada | 1,0 | 5 mA/Ah | 5× |
| NiCd ventilada | 1,0 | 15 mA/Ah | 15× |
As NiCd ventiladas têm a maior corrente de gaseificação indicada durante a flutuação. As baterias de chumbo-ácido ventiladas apresentam valores intermédios, enquanto as VRLA têm o menor fator normal de emissão externa e a menor corrente indicada.
Necessidade relativa de gaseificação durante a carga de reforço
| Tipo de bateria | Fator de emissão, fg | Corrente de gaseificação em reforço | Corrente indicada relativa |
|---|---|---|---|
| VRLA | 0,2 | 8 mA/Ah | 8× |
| Chumbo-ácido ventilada | 1,0 | 20 mA/Ah | 20× |
| NiCd ventilada | 1,0 | 50 mA/Ah | 50× |
A comparação da carga de reforço é especialmente importante porque a diferença entre as químicas se torna mais significativa com taxas de carga elevadas. Um laboratório que teste NiCd ventiladas e VRLA no mesmo espaço não deve dimensionar a ventilação apenas com base no caso das VRLA.
Compreender os compromissos
As VRLA reduzem a necessidade de ventilação normal, mas não eliminam as obrigações de segurança
A recombinação nas VRLA reduz a libertação de gases de rotina esperada, o que pode diminuir o fluxo de ar calculado em comparação com as células ventiladas. No entanto, a válvula de segurança pode libertar gases durante uma sobrecarga, uma temperatura elevada, uma falha da célula ou uma perda do desempenho de recombinação.
Assim, as VRLA devem ser tratadas como baterias de baixa emissão em condições controladas, e não como baterias incapazes de produzir uma atmosfera perigosa.
Um fluxo de ar superior não substitui uma carga correta
Aumentar o fluxo de ar pode diluir o hidrogénio, mas não evita a sobrecarga, o esforço térmico, a perda de eletrólito ou a falha da célula. Os controlos de carga e a ventilação devem ser projetados em conjunto.
Um teste de carga de reforço mal controlado pode produzir gases mais rapidamente do que os valores de referência considerados, tornando insuficiente um sistema de ventilação que, de outro modo, seria adequado.
As condições médias de operação podem ocultar o caso de projeto
A operação em flutuação pode dominar o serviço normal, mas os testes laboratoriais incluem frequentemente carga de reforço, ciclos profundos, varrimentos de temperatura e eventos repetidos de corrente elevada. Projetar apenas para a produção média de gases pode deixar uma margem insuficiente durante os testes que criam exatamente o maior risco.
É essencial uma configuração de teste específica para cada química
As células NiCd e de chumbo-ácido têm tensões nominais, tensões de carga, limiares de gaseificação e temperaturas de operação diferentes. Pontos de regulação de tensão incorretos podem aumentar a gaseificação e invalidar os pressupostos utilizados no cálculo da ventilação.
Escolher a solução adequada ao seu objetivo
O projeto de ventilação deve começar com um inventário documentado da química, capacidade, modo de carga, operação simultânea e configuração do compartimento.
- Se o seu foco principal for o teste normal de flutuação: Utilize a corrente de gaseificação e o fator de emissão específicos da química para a flutuação, mantendo simultaneamente proteções contra cargas anormais e a libertação de gases pela válvula das VRLA.
- Se o seu foco principal forem testes de reforço ou de colocação em serviço: Dimensione o fluxo de ar para a condição de carga de reforço; as NiCd ventiladas a 50 mA/Ah constituem a referência crítica entre os casos indicados.
- Se o seu foco principal for um laboratório com diferentes químicas: Calcule cada grupo de baterias separadamente e projete o sistema para a fonte de gases simultânea credível de pior caso, em vez de utilizar um único fator médio.
- Se o seu foco principal for o teste de VRLA: Tire partido do seu menor fator de emissão normal, mas providencie ventilação, alívio e monitorização, pois as células VRLA ainda podem libertar hidrogénio durante falhas ou sobrecargas.
- Se o seu foco principal for a segurança do compartimento: Evite a acumulação de hidrogénio nos pontos altos e não utilize câmaras herméticas sem extração dedicada e disposições de alívio de pressão.
Um laboratório de baterias seguro trata os dados de gaseificação como um parâmetro de projeto e, em seguida, verifica o sistema de ventilação resultante face às condições de carga e de falha mais elevadas consideradas credíveis.
Tabela-resumo:
| Tipo de bateria | Fator de emissão (fg) | Corrente de gaseificação em flutuação (mA/Ah) | Corrente de gaseificação em reforço (mA/Ah) |
|---|---|---|---|
| VRLA | 0,2 | 1 | 8 |
| Chumbo-ácido ventilada | 1,0 | 5 | 20 |
| NiCd ventilada | 1,0 | 15 | 50 |
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