As novas baterias e supercapacitores para sistemas automáticos de movimentação

01/04/2017

Nos últimos anos está ocorrendo uma mudança generalizada no que se refere à tecnologia utilizada para armazenar energia elétrica nos sistemas de movimentação automáticos. Os maiores fabricantes do setor foram substituindo paulatinamente as baterias de chumbo ácido pelas de íon de lítio e pelos supercapacitores, uma vez que aumentam ao máximo o desempenho dos dispositivos eletrônicos.

Esses novos dispositivos representam um grande avanço para os sistemas de movimentação em geral e em particular os automáticos. Com a finalidade de compreender como melhorou e evoluiu o mercado, é preciso considerar primeiro as características das baterias tradicionais, como as de chumbo ácido.

 

Baterias de chumbo ácido

As baterias de chumbo ácido são compostas por um depósito de ácido sulfúrico onde se encontram submersas placas de chumbo colocadas em paralelo, alternadas de acordo com sua polaridade, e que atuam como cátodo (polo negativo) e ânodo (polo positivo) da bateria. No interior do depósito ocorre uma série de reações químicas entre as placas de chumbo que permitem armazenar e extrair a energia elétrica de acordo com as necessidades do dispositivo ao qual alimentam.

O uso dessas baterias está muito estendido devido ao baixo custo por unidade da energia elétrica armazenada (conhecido como baixo custo por watt-hora). Além disso, conservam bem a energia elétrica em seu interior enquanto não estejam sendo utilizadas.

 

O local onde as baterias de chumbo ácido são recarregadas deve situar-se em uma zona bem ventilada, afastada das áreas de armazenamento e inclusive isolada

 

Em contrapartida, armazenam pouca quantidade de energia por unidade de peso ou volume e a recarga costuma demorar entre 8 e 14 horas, visto que a reação química produzida no interior da bateria deve ser lenta para não degradar a capacidade de armazenamento de forma prematura. Outro ponto negativo é que durante o processo se emitem vapores e gases, o que obriga a destinar um local bem ventilado para tal uso.

A vida dessas baterias situa-se entre 200 e 400 ciclos de carga e descarga aproximadamente, sendo desaconselháveis as descargas profundas porque as deterioram e reduzem seu tempo de vida. Da mesma forma, necessitam de manutenção para garantir que funcionem adequadamente e, finalizada sua vida útil, torna-se indispensável gerenciar e processar os materiais porque são altamente contaminantes.

Nas últimas décadas, como resultado da crescente escassez do petróleo, a indústria pesquisou e desenvolveu novos dispositivos com a finalidade de diminuir a dependência energética dos combustíveis fósseis e minimizar a emissão de gases contaminantes.

 

Vejamos duas das soluções mais avançadas: 

Baterias de íon-lítio (Li-íon)

TEsse tipo de bateria utiliza um sal de lítio como condutor elétrico. Existe uma ampla variedade de tecnologias íon-lítio em função dos materiais utilizados para a composição do cátodo e ânodo da bateria, como fosfato de ferro, óxido de cobalto, óxido de potássio, etc.

Essa tecnologia proporciona vários benefícios para a indústria devido às suas características:

  • Elevada energia específica: armazenam maior quantidade de energia em dispositivos de menor tamanho do que as baterias de chumbo ácido.
  • Maior eficiência energética: esquentam menos e são mais eficientes do que as de chumbo ácido na carga e descarga. É possível realizar cargas e descargas com altas intensidades sem sofrer degradação ou deterioração em apenas 3 ou 4 horas. Esse desempenho faz com que sejam aptas para equipamentos que tenham que transportar cargas pesadas a altas velocidades e com acelerações.
  • Vida útil longa: dependendo da tecnologia específica de íon-lítio, é possível quadruplicar a vida das baterias se comparadas com as tradicionais.
  • Não contaminantes: não contêm metais pesados nem contaminantes. Além disso, uma vez acabada a vida útil não é necessário processá-las como resíduos tóxicos. Também não emitem vapores durante o processo de carga.
  • Não precisam de manutenção.
  • Melhor desempenho sob baixas temperaturas: a tecnologia Li-íon pode trabalhar em uma faixa muito ampla de temperaturas sem que se degrade ou reduza sua vida útil.

 

As baterias de íon de lítio proporcionam um alto desempenho em câmaras frias e de congelamento

 
 

No entanto, essa tecnologia apresenta algumas desvantagens:

  • Circuito eletrônico de proteção: os componentes que formam as baterias estão protegidos através de um circuito eletrônico. Contudo, isso também permite que o dispositivo conheça o estado da bateria otimizando assim as cargas, descargas e sua vida útil.
  • Carga sob temperaturas negativas: as baterias não podem ser carregadas abaixo de 0 ºC. Quando as baterias trabalham em câmaras de congelamento é indispensável localizar o ponto de carga no exterior, pois caso contrário a bateria deve ser aquecida durante sua carga.
  • Maior custo watts-hora: o custo por unidade de energia armazenada é maior do que com as baterias de chumbo ácido. Ainda assim, esse aumento no custo é compensado pela vida útil longa de uma bateria Li-íon, que chega a reduzir o custo total por ciclo.

 

 

Supercapacitores

Também conhecidos como capacitores eletrolíticos de camada dupla, os supercapacitores são dispositivos que possibilitam armazenar grandes quantidades de energia, milhares de vezes a mais se comparados com os capacitores tradicionais.

Enumeramos algumas de suas múltiplas vantagens:

  • Elevada capacidade de potência: permitem realizar cargas e descargas com altas intensidades sem sofrer degradação ou deterioração prematura das baterias. É possível completar a carga em questão de segundos.
  • Vida útil muito longa: são componentes eletrônicos de grande durabilidade. Caso sejam mantidos sob condições adequadas de temperatura de trabalho podem realizar milhões de ciclos de carga e descarga.
  • Processo de carga simples: não exigem uma determinada curva de carga e não existe risco de sobrecarga, ao contrário das baterias de chumbo ácido.
  • Segurança: não existe possibilidade de degradação nem ignição por sobrecarga ou sobredescarga dos supercapacitores.
  • Não precisam de manutenção.
  • Excelente desempenho sob baixas temperaturas: os supercapacitores sofrem uma perda mínima em seu desempenho e não se degradam quando trabalham sob baixas temperaturas; de fato, acontece o contrário, uma vez que se alonga sua vida útil.

 

Apesar disso, possuem certas limitações:

  • Baixa energia específica: os supercapacitores podem armazenar uma quantidade elevada de energia, embora nem tanto como as baterias tradicionais de mesmo tamanho e peso.
  • Taxa de autodescarga moderada: sofrem um maior processo de descarga espontânea de energia elétrica.
  • Elevado custo por watts-hora: o custo inicial dos supercapacitores é maior do que o das baterias tradicionais. No entanto, esse fator é compensado pela sua longa duração.

 

Baterias no sistema Pallet Shuttle da Mecalux

A incorporação do Pallet Shuttle automático ou semiautomático em um armazém é a solução ideal para aumentar a produtividade e a rentabilidade. É recomendável para instalações com um grande volume de paletes por referência e um fluxo constante de entradas e saídas de mercadoria.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As baterias são extraídas dos carros e encaixadas nas estações de carga disponibilizadas no armazém

 

 

Os dois sistemas resolvem diferentes necessidades: no semiautomático, um operador dirige os movimentos do carro graças a um tablet com conexão Wi-Fi depois de tê-lo localizado no canal correspondente com uma empilhadeira, enquanto o sistema automático é controlado através do software de gestão de armazéns (SGA) e recebe ajuda dos equipamentos de movimentação automáticos (transelevadores ou lançadeiras) para localizar o carro e a carga no canal atribuído. Em ambos os casos as empilhadeiras não são introduzidas no interior dos corredores de armazenamento, o que reduz os incidentes e os custos de manutenção. O carro acionado através de motores elétricos se desloca pelo interior dos canais com total autonomia para realizar as cargas e descargas dos paletes. A versão semiautomática incorpora as baterias de íon de lítio enquanto a automática os supercapacitores. Vejamos suas diferenças:

 

Bateria de íon-lítio no Pallet Shuttle semiautomático

O sistema Pallet Shuttle semiautomático utiliza uma bateria Li-íon como fonte de energia elétrica.

A escolha da bateria de íon de lítio face ao sistema de supercapacitores ocorre, principalmente, em virtude da necessidade de o Pallet Shuttle semiautomático ter uma autonomia prolongada. Essas baterias destacam-se por sua elevada energia específica, que pode durar até 10 horas de trabalho com o máximo desempenho (de acordo com as características do armazém).

Além disso, essa tecnologia não contém metais instáveis proporcionando um grau adicional de segurança e durabilidade. É composta por células de íon-lítio de ferro fosfato interligadas em série que oferece, paralelamente, uma tensão nominal de 25,6 V e uma capacidade de armazenamento de 55 Ah. Tratase de uma bateria com um desenho específico realizado sob medida para a Mecalux, porque tanto suas proteções quanto a gestão da bateria foram devidamente ajustadas aos parâmetros de funcionamento do próprio Pallet Shuttle semiautomático.

 

Sistema de supercapacitores no Pallet Shuttle automático

O Pallet Shuttle automático está equipado com um sistema de supercapacitores como principal fonte de energia elétrica.

Os supercapacitores são os mais adequados para o sistema automático, uma vez que podem recarregar a energia em questão de segundos. Portanto, os carros sempre estão disponíveis e podem funcionar de forma contínua durante 24 horas.

O Pallet Shuttle automático desloca-se entre os diferentes canais de armazenamento a bordo de transelevadores ou lançadeiras, momento que aproveita para recarregar a energia dos supercapacitores.

 

 

 

 

 

 

Ao instalar o sistema automático Pallet Shuttle em um armazém é possível escolher entre duas opções diferentes: transelevador ou lançadeira

 

 

O sistema acumula a energia elétrica requerida para efetuar ciclos de cargas e descargas de paletes de 1.500 kg em canais de armazenamento de até 45 m de profundidade. O tempo de recarga é variável, dependendo da profundidade dos canais e do peso das unidades de carga (pode durar muito poucos segundos em canais de comprimento médio). Dessa forma, consegue-se assegurar a alta durabilidade sem necessidade de realizar nenhuma manutenção.

 

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