Calculadora de baterias estacionárias: dimensionamento, autonomia e ensaio de capacidade

O que faz esta calculadora

Três cálculos sobre o mesmo banco, em três separadores:

1. Dimensionamento. A partir do perfil de carga, a capacidade mínima a instalar.
2. Autonomia. Quanto aguentará um banco já instalado perante uma corrente constante.
3. Ensaio de capacidade. Que percentagem da capacidade nominal deu uma descarga real, corrigida pela temperatura.

Dimensionamento segundo a IEEE 485

O método completo da IEEE 485 divide o perfil de carga em secções e procura, para cada uma, o tamanho de elemento que a cobre usando as curvas de capacidade do fabricante. Esta calculadora aplica a versão simplificada usada para um primeiro cálculo:

1. Somam-se os ampère-hora exigidos pelo perfil: Σ (corrente × duração).
2. Aplica-se o fator de temperatura correspondente à temperatura mínima do local. Interpola-se entre os pontos da tabela da IEEE 485 — 1,00 a 25 °C; 1,04 a 21,1 °C; 1,11 a 15,6 °C; 1,19 a 10 °C; 1,30 a 4,4 °C; 1,59 a −6,7 °C — e acima de 25 °C não se toma crédito, que é o critério conservador.
3. Aplica-se o fator de envelhecimento, 1,25 por convenção.
4. Acrescenta-se a margem de projeto, tipicamente entre 10 % e 15 %.

O resultado é a capacidade mínima em ampère-hora. Não é o tamanho definitivo do elemento: para isso é preciso entrar nas curvas do fabricante com o regime de descarga real, porque uma bateria não entrega a mesma capacidade a 1 hora e a 8.

Autonomia estimada

O segundo separador usa a equação de Peukert,

t = H × (C / (H × I))^n

onde C é a capacidade nominal, H o regime a que está dada (8 ou 10 horas na maioria das estacionárias), I a corrente de descarga e n o expoente de Peukert, entre 1,1 e 1,3 em chumbo-ácido.

É uma aproximação conhecida e cómoda, mas uma aproximação: afasta-se da realidade em descargas muito rápidas e a correntes muito pequenas, e não contempla a tensão final de descarga nem o estado de carga inicial. Serve para decidir se um banco está folgado ou justo; não para certificar uma autonomia.

Ensaio de capacidade segundo a IEEE 450

A única forma de saber que capacidade tem uma bateria é descarregá-la. O terceiro separador calcula

Capacidade (%) = (tempo atingido / tempo esperado) × 100

corrigida pela temperatura média dos elementos durante o ensaio com o fator da IEEE 450, 1 + 0,008 × (T − 25 °C). Com os elementos a 30 °C a bateria rende mais, e sem corrigir registar-se-ia um resultado cerca de 4 % melhor do que o real.

Interpretação: 90 % ou mais, serviço normal; entre 80 % e 90 %, encurtar o intervalo entre ensaios; abaixo de 80 %, substituir.

Exemplo resolvido

Sistema de 125 V c.c. numa subestação cujo local desce a 10 °C no inverno. Perfil: 120 A durante o primeiro minuto, 25 A durante 179 minutos e 80 A no último minuto.

• Consumo do perfil: 120×(1/60) + 25×(179/60) + 80×(1/60) = 77,9 Ah
• Fator de temperatura a 10 °C: 1,19
• Com envelhecimento 1,25 e margem de 10 %: 77,9 × 1,19 × 1,25 × 1,10 = 127 Ah

Um elemento de 150 Ah ao regime de 8 horas cobre o perfil com folga; um de 125 Ah ficaria no limite e teria de ser verificado na curva do fabricante antes de comprar.

O que esta calculadora não faz

Não substitui o método por secções da IEEE 485 nem as curvas do fabricante, que mandam no dimensionamento final. Não conhece o tipo de elemento, a tensão final de descarga nem o número de elementos. E não diz nada sobre o estado de um banco instalado: para isso existe o ensaio de descarga, a única medida que nenhum cálculo substitui.

Com que se mede

O ensaio de capacidade faz-se com um descarregador de baterias capaz de manter a corrente constante e registar a tensão de cada elemento durante toda a descarga. O resto do ciclo de manutenção — carga, verificação de elementos e monitorização — está coberto pela mesma gama.

Se preferir não escolher o equipamento à mão, o seletor de carregadores e descarregadores propõe o modelo concreto a partir da tensão do banco, da corrente e do tipo de ensaio.