UNIVERSIDADE ANHANGUERA – UNIDERP ENGENHARIA ELÉTRICA - BACHARELADO CONVERSÃO DE ENERGIA
TRABALHO DE PESQUISA PILHAS DE NÍQUEL CÁDMIO
ALUNO: Maria Carolina Santos Silva Matricula: 3900648412 ALUNO: Natália Rodrigues de Souza Matricula: 3937864573 ALUNO: Sandro Machado Paixão Matricula: 3907707028 3907707028 ALUNO: Jhonnes dos Santos Pinheiro Matricula: 3408019990
CAMPO GRANDE 2016
UNIVERSIDADE ANHANGUERA – UNIDERP ENGENHARIA ELÉTRICA – BACHARELADO CONVERSÃO DE ENERGIA
TRABALHO DE PESQUISA PILHAS DE NÍQUEL CÁDMIO
Trabalho solicitado como avaliação parcial na disciplina de Conversão de Energia, sob a orientação do Prof. Freuler Guimarães Fossati.
CAMPO GRANDE 2016
SUMÁRIO 1
HISTÓRICO ............................................................................................................................................... 3
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APLICAÇÕES............................................................................................................................................. 3
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VANTAGENS ............................................................................................................................................ 4
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DESVANTAGENS ...................................................................................................................................... 5
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EFEITO MEMÓRIA .................................................................................................................................... 5
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ESTRUTURA DA PILHA ............................................................................................................................. 6
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QUÍMICA DA PILHA.................................................................................................................................. 7
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INFLUÊNCIA NA SOCIEDADE .................................................................................................................... 8
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FORMAS DE DESCARTE E REUSO .............................................................................................................. 8
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QUESTÕES ..............................................................................................................................................10
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................................................12
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1 HISTÓRICO Pilha de níquel-cádmio, também chamada
Nickel Cadmium,
é a primeira pilha
recarregável e teve sua primeira utilização em 1899, criada por Waldemar Jungner (cientista sueco). Em 1947, o cientista francês George Neumann, confirmou a possibilidade do uso da bateria níquel-cádmio e são usadas comercialmente desde 1950. Figura 1 – Cientista Waldemar Jungner
Figura 2 – Pilhas de NiCd
2 APLICAÇÕES A bateria de NiCd é utilizada quando se quer vida longa, alta corrente de descarga e preço baixo. Pilhas de níquel-cádmio são indicadas para equipamentos que requerem descargas de energia rápidas e fortes, lanternas, etc. Possuem aplicação para telefones celulares, brinquedos, aplicações industriais, telefones sem fio, walkie-
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talkies, equipamentos médicos, barbeadores, câmeras de vídeo profissionais e ferramentas elétricas. Figura 3 – Aplicação da Pilha de NiCd
3 VANTAGENS A principal vantagem da bateria de níquel-cádmio é a sua durabilidade, pois pode ser recarregada até 4000 vezes, conservando a ddp de 1,4 V. As baterias de NiCd preferem carga rápida ao invés de carga lenta e carga pulsada ao invés de carga contínua. De fato a bateria de NiCd é a única que tem uma ótima performance sob rigorosas condições de trabalho. Carga rápida e simples mesmo após armazenagem prolongada. Alto número de ciclos de carga e descarga. Se mantida adequadamente, a bateria NiCd pode chegar a 1000 ciclos de carga e descarga. Boa performance de carga. As baterias de NiCd permitem recargas em baixas temperaturas. Longa vida na condição de armazenagem, em qualquer estado de carga. Armazenagem e transporte simples. A maioria das empresas aéreas aceita as baterias NiCd sem condições especiais.
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Bom desempenho em baixa temperatura. Bom desempenho mesmo se sobrecarregada. Preço baixo em comparação com outras baterias. A bateria NiCd é a que tem menor custo por ciclo. Disponível em larga escala de tamanho e opções de desempenho.
4 DESVANTAGENS A bateria de NiCd não gosta de ficar em carregadores por vários dias e ser usada somente ocasionalmente por períodos breves. Uma descarga completa é tão importante que, se omitida, poderá causar a formação de grandes cristais nas placas das células (é o chamado efeito memória) e a bateria irá gradualmente perder sua capacidade. Mais de 50% de todas as baterias recarregáveis para equipamentos portáteis são de NiCd. Entretanto a introdução de novas baterias com densidade de energia maior e metais menos tóxicos está causando a migração do NiCd para tecnologias mais recentes, principalmente NiMh e Li-íon. Baixa densidade de energia, comparado com baterias mais modernas. Efeito memória. A NiCd contém metais tóxicos que não podem ser jogados no meio ambiente. Alguns países estão limitando o uso de baterias de NiCd. Tem uma alta taxa de autodescarga precisando ser carregada periodicamente quando armazenada.
5 EFEITO MEMÓRIA Faz com que este tipo de bateria perca sua capacidade de carga mais rapidamente na medida em que o tempo passa. O efeito memória é quando a bateria “acha” que está completamente carregada quando na verdade não está.
Acontece devido a formação de cristais de Cádmio dentro da bateria, cristais esses difíceis de dissolver. Para evitar o efeito memória devemos recarregar a bateria somente quando ela estiver descarregada e não quando ela estiver parcialmente
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descarregada e evitar altas temperaturas, pois contribuem para a formação dos cristais.
6 ESTRUTURA DA PILHA A bateria cilíndrica continua a ser o estilo de revestimento mais usado. As vantagens são facilidade de fabricação e boa estabilidade mecânica. O cilindro tem a capacidade de resistir altas pressões internas. Quando carregando, a pressão da bateria de uma NiCd pode alcançar 1379 kilopascal (kPa) ou 200 libras por polegada quadrada (psi). Um sistema de abertura é adicionado na extremidade do cilindro. A abertura ocorre se a pressão da bateria alcançar entre 150 e 200 psi. NiCd oferece a maior seleção de baterias cilíndricas. Na maioria dos casos, são seladas para evitar vazamento de eletrólito cáustico; quando não são completamente seladas, dispõem de válvulas de segurança para descompressão. A figura 4 a seguir mostra uma bateria convencional de NiCd. Figura 4 – Detalhes Internos da Pilha de NiCd
1- Topo ou cabeção da célula 2- Vedação 3- Coletor de corrente 4- Invólucro da célula 5- Isolante de fundo 6- Válvula de Segurança 7- Isolador superior 8- Separador 9- Eletrodo positivo de níquel 10- Eletrodo negativo de cádmio
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7 QUÍMICA DA PILHA O ânodo, ou polo negativo, desse tipo de bateria é feito de cádmio metálico, que perde elétrons. Já o cátodo, polo positivo que recebe os elétrons, é níquel metálico recoberto de óxido de níquel hidratado (NiO(OH)). A pasta eletrolítica contém cerca de 28% de hidróxido de sódio (KOH). As semirreações que ocorrem nos eletrodos e a reação global de funcionamento desse tipo de bateria são: Durante o processo de descarga, o cádmio metálico é oxidado a hidróxido de cádmio no anodo: Semirreação do ânodo: 1 Cd(s) + 2 OH-(aq) → 1 Cd(OH)2(s) + 2eE o hidróxido(óxido) de níquel(III) é reduzido a hidróxido de níquel(II) hidratado no catodo: Semirreação do cátodo: 2 NiO(OH) + 2 H2O(ℓ) + 2e- → 2 Ni(OH)2(s) +2 OH-(aq) Resultando na seguinte reação global: Reação global: 1 Cd(s) + 2 NiO(OH) + 2 H2O(ℓ) → 1 Cd(OH)2(s) + 2 Ni(OH)2(s) Os produtos formados são insolúveis e ficam aderidos aos eletrodos até que a bateria descarregue e pare de funcionar. Quando isso ocorre, basta carregá-la usando um aparelho conectado à rede de eletricidade doméstica, conhecido como “carregador”.
Figura 5 – Processo de Reação da Pilha de NiCd
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8 INFLUÊNCIA NA SOCIEDADE O cádmio é um metal altamente tóxico, mesmo em pequenas quantidades, é bioacumulativo e pode causar que pode causar vários problemas de saúde, tais como: disfunção renal, problemas pulmonares, câncer, mutações genéticas e danos ao sistema genital. Por isso, esse tipo de bateria vem sendo gradativamente substituído por baterias de hidretos metálicos que são mais avançadas tecnologicamente e representam um menor perigo para o meio ambiente. Figura 6 – Perigos do Uso do Cádmio
9 FORMAS DE DESCARTE E REUSO A maior desvantagem do uso das baterias de níquel-cádmio é o descarte incorreto, pois o cádmio é um metal pesado bastante tóxico mesmo em pequenas quantidades. Por isso, o Conama (Conselho Nacional de Meio Ambiente) estabelece limites máximos para o uso desse metal na composição das baterias. Quando o produto segue esses limites, o fabricante coloca na embalagem a informação de que o produto pode ser descartado junto aos outros lixos domésticos.
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Em conformidade com a Resolução 257 do CONAMA, essas pilhas e baterias usadas jamais devem ser: a) lançadas in natura a céu aberto, tanto em áreas urbanas como rurais; b) queimadas a céu aberto ou em recipientes, instalações ou equipamentos não adequados; c) lançadas em corpos d’água, praias, manguezais, terrenos baldios, peças ou cacimbas, cavidades subterrâneas, em redes de drenagem de águas pluviais, esgotos, eletricidade ou telefone, mesmo que abandonadas, ou em áreas sujeitas à inundação. A destinação final mais apropriada para essas pilhas e baterias usadas são os estabelecimentos que as comercializam, bem como a rede de assistência técnica autorizada pelos fabricantes e importadores desses produtos. Estes serão responsáveis pelos procedimentos de reutilização, reciclagem, tratamento ou disposição final ambientalmente adequada para as pilhas e baterias coletadas. No processo de reciclagem das pilhas e baterias o primeiro passo a ser dado é fazer a separação dos materiais existentes nas pilhas. Primeiro, as pilhas e baterias são cortadas para que seja removida a sua cobertura, normalmente feitas de plástico. Depois são lavados para que sejam removidos todos os resíduos químicos e os plásticos são encaminhados para empresas recicladoras. Depois do corte das pilhas, as partes metálicas são enviadas para um processo de trituração. Ao final, o que resta é um pó de pH neutro, que é bem menos nocivo à saúde humana. Durante esse processo o aço também é separado dos demais metais e encaminhado às recicladoras. Após este processo o pó é enviado a um forno e aquecido a 1.300°C. Em seguida, ele ainda passa por um novo processo de moagem para, então, surgirem como sais e óxidos metálicos. Essas substâncias são utilizadas como pigmento que dá cor a tinhas, cerâmica e também a fogos de artifício. Figura 6 – Descarte das Pilhas
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10 QUESTÕES 1) Em relação as pilhas de níquel-cádmio, pode-se dizer: I)
Possuem reação química reversível.
II)
O cádmio é um metal pesado, bioacumulativo, que não causa danos a saúde.
III)
O efeito memória faz com que este tipo de bateria perca sua capacidade de carga mais rapidamente na medida em que o tempo passa.
a) As alternativas I e III são verdadeiras b) As alternativas I, II e III são verdadeiras c) Somente a alternativa I é verdadeira d) Somente a alternativa III é verdadeira e) As alternativas I e II são verdadeiras
2) Em relação as pilhas de níquel-cádmio, pode-se dizer: I)
Jamais devem ser lançadas in natura a céu aberto.
II)
A destinação final mais apropriada são os estabelecimentos que as comercializam, a rede de assistência técnica autorizada pelos fabricantes e importadores desses produtos.
III)
Podem ser queimadas em ambientes fechados.
a) As alternativas I e III são verdadeiras b) As alternativas I, II e III são verdadeiras c) Somente a alternativa I é verdadeira d) Somente a alternativa III é verdadeira
e) As alternativas I e II são verdadeiras
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3) Em relação as características das pilhas de níquel-cádmio, pode-se dizer: I)
O eletrodo positivo é de níquel e eletrodo negativo é formado por cádmio.
II)
Os produtos formados na reação são insolúveis e ficam aderidos aos eletrodos até que a bateria descarregue e pare de funcionar.
III)
Na maioria dos casos, são seladas para evitar vazamento de eletrólito cáustico; quando não são completamente seladas, dispõem de válvulas de segurança para descompressão.
a) As alternativas I e III são verdadeiras
b) As alternativas I, II e III são verdadeiras c) Somente a alternativa I é verdadeira d) Somente a alternativa III é verdadeira e) As alternativas I e II são verdadeiras
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REFERÊNCIAS SOUZA, Líria Alves De. "Baterias de níquel-cádmio"; Brasil Escola. Disponível em . Acesso em 16 de abril de 2016. BOCCHI, Nerilso, FERRACIN, Luiz Carlos e BIAGGIO, Sonia Regina. " Pilhas e Baterias Funcionamento e Impacto Ambiental";. Disponível em . Acesso em 21 de abril de 2016. TORRES, Gabriel. " As Verdade sobre as Baterias de NiCd"; Club do Hadware. Disponível em . Acesso em 21 de abril de 2016. "Pilhas Wikipédia. Disponível Alcalinas"; . Acesso em 21 de abril de 2016.
em
de níquel cádmio"; "Bateria Wikipédia. Disponível . Acesso em 22 de abril de 2016.
em
"A importância do descarte correto de pilhas e baterias "; Pensamento Verde. Disponível em . Acesso em 22 de abril de 2016. PIRES, Marco Túlio. "A evolução das baterias"; Veja. Disponível em < http://veja.abril.com.br/infograficos/historia-das-baterias/>. Acesso em 23 de abril de 2016. "História Clube da Química. Disponível em das Baterias"; . Acesso em 23 de abril de 2016. FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. " Bateria de níquel-cádmio"; Mundo Educação. Disponível em . Acesso em 27 de abril de 2016. FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. " Bateria de níquel-cádmio"; Alunos Online. Disponível em < http://alunosonline.uol.com.br/quimica/bateria-niquelcadmio.html>. Acesso em 27 de abril de 2016. "Manual das Baterias Recarregáveis, Pilhas e Carregadores "; STA Eletrônica. Disponível em . Acesso em 30 de abril de 2016.
