Conexão em série e paralela de baterias

Por que conectar baterias

Uma bateria, como um capacitor, pode armazenar energia. Ao contrário de uma bateria galvânica simples, onde as reações químicas que geram eletricidade são irreversíveis, a bateria pode ser carregada. Ao fazer isso, os íons são separados uns dos outros e a química interna da bateria é carregada como uma mola. Posteriormente, esses íons, devido ao processo químico "carregado", doarão seus elétrons extras para o circuito elétrico, eles próprios lutando de volta à neutralidade do eletrólito ácido.

Tudo está bem, apenas a quantidade de energia da bateria que é capaz de gerar após uma carga completa depende de sua massa total. E o peso depende do desempenho - existem padrões e as baterias são feitas de acordo com esses padrões. É bom quando o consumo de eletricidade é padronizado de forma semelhante. Por exemplo, quando você tem um carro que consome uma certa quantidade de eletricidade para ligar o motor. Bem, para suas outras necessidades - alimentar as automáticas no estacionamento, ligar as fechaduras com dispositivos anti-roubo, etc. Padrões de bateria e são classificados para alimentar vários tipos de veículos.

E em outras áreas onde uma tensão constante estável é necessária, a demanda por parâmetros de energia é muito mais ampla e variada. Portanto, tendo o mesmo tipo e baterias estritamente idênticas, você pode pensar em usá-los em diferentes combinações e métodos de carregamento mais eficientes do que é banal carregá-los todos um a um.

Por que conectar várias baterias

As principais razões pelas quais as baterias são combinadas em conjuntos podem ser resumidas da seguinte forma:

1. Reduza as perdas ôhmicas (ou perdas de calor durante a transmissão de energia) aumentando a resistência do sistema. A força e a resistência da corrente são inversamente proporcionais uma à outra, e quanto mais fraca a corrente, menor a perda.
2. Monte uma bateria adequada para alimentar dispositivos com faixas de voltagem mais altas.
3. Aumente a capacidade da bateria.
4. Aumente a potência e a tensão.

Em uma palavra, eles criam uma bateria que se adapta a necessidades específicas. É mais fácil e conveniente combinar as baterias disponíveis do que comprar dezenas de baterias diferentes. E em alguns casos é banal mais barato.

REFERÊNCIA. A eletricidade que se acumula na bateria é composta pelas energias dos elementos constituintes. Portanto, com conexão serial, paralela e combinada, será o mesmo se os mesmos elementos forem usados ​​na mesma quantidade.

Conectando fontes de alimentação

Como cargas, por exemplo, lâmpadas, baterias podem ser conectadas tanto em paralelo quanto em série.

Ao mesmo tempo, como se pode suspeitar imediatamente, algo deve ser resumido. Quando os resistores são conectados em série, sua resistência é somada, a corrente neles diminui, mas através de cada um deles vai a mesma coisa. Da mesma forma, a corrente fluirá da mesma através da conexão serial das baterias. E como há mais deles, a voltagem nas saídas da bateria aumentará. Portanto, com uma carga constante, fluirá uma corrente maior, que consumirá a capacidade de toda a bateria ao mesmo tempo que a capacidade de uma bateria conectada a esta carga.

A conexão paralela de cargas leva a um aumento na corrente total, enquanto a tensão em cada uma das resistências será a mesma.O mesmo é com as baterias: a voltagem na conexão paralela será a mesma que a de uma fonte, e a corrente pode fornecer mais. Ou, se a carga permanecer o que era, eles poderão abastecê-la de corrente enquanto sua capacidade total aumentar.

Agora, tendo estabelecido que é possível conectar as baterias em paralelo e em série, consideraremos mais detalhadamente como isso funciona.

Maneiras de conectar dispositivos

Os especialistas na área de projeto e organização de complexos de aquecimento distinguem três tipos principais, diferindo no algoritmo de implementação e na eficiência. Cada um deles tem suas próprias vantagens, que se manifestam em condições operacionais específicas. Conexão acontece

Lateral

Ele assume que o radiador está conectado à linha principal de um lado. Neste caso, a entrada de água fica na parte superior, a saída na parte inferior para garantir o aquecimento mais uniforme das seções ou da superfície do painel. Este método de instalação é considerado eficaz, uma vez que a porcentagem de área de troca de calor descoberta não é superior a 10%. Na maioria das vezes, a conexão lateral serial de baterias de aquecimento é realizada em apartamentos de edifícios de vários andares que são consumidores de uma rede comunal centralizada.

Freqüentemente, esse esquema é complementado por um desvio - um tubo de diâmetro menor conectando as linhas de fornecimento e retorno. Este dispositivo é complementado por válvulas de corte que isolam o dispositivo do sistema.

Diagonal

Permite maximizar a área de troca de calor do aquecedor. A potência resultante é uma referência e está indicada no passaporte do produto. Para implementar este diagrama de ligação, é necessário colocar a entrada do radiador na parte superior de um lado e a saída na parte inferior do outro. Devido a isso, o fluxo do meio de trabalho passará uniformemente por todos os canais internos.

Este método é ideal para baterias com muitas seções. É a cinta diagonal que permite perceber plenamente as vantagens que oferece a conexão serial de radiadores de aquecimento.

Entre suas deficiências, vale destacar

1. custos aumentados para materiais de construção em comparação com conexões laterais
2. incapacidade de ocultar comunicações na parede ou no chão
3. a complexidade do trabalho de instalação

Mais baixo

A forma mais estética de integrar o dispositivo ao sistema é quando a entrada e a saída do refrigerante estão localizadas na parte inferior da caixa de lados diferentes. Nesse caso, os tubos geralmente ficam escondidos sob o piso e a mesa de concreto. A este respeito, a disposição de tal esquema é possível na fase de construção e reparação.

Se as baterias de aquecimento forem conectadas em série, na conexão inferior, é possível uma perda de até 15-20% da eficiência do sistema. Isso se deve ao fato de que é um tanto problemático que a água suba através dos coletores internos para a parte superior do corpo do dispositivo. Como resultado, algumas áreas não aquecem o suficiente.

Como funciona uma fonte de energia química

As fontes alimentares baseadas em processos químicos são primárias e secundárias. As fontes primárias consistem em eletrodos sólidos e eletrólitos que os conectam química e eletricamente - compostos líquidos ou sólidos. O complexo de reações de toda a unidade atua de tal forma que o desequilíbrio químico inerente a ela é descarregado, levando a um certo equilíbrio de componentes. A energia liberada neste caso na forma de partículas carregadas sai e cria uma voltagem elétrica nos terminais. Enquanto não houver saída de partículas carregadas para fora, o campo elétrico desacelera as reações químicas dentro da fonte. Quando você conecta os terminais da fonte com alguma carga elétrica, a corrente passa pelo circuito e as reações químicas são retomadas com vigor renovado, novamente fornecendo voltagem elétrica aos terminais.Assim, a tensão na fonte permanece inalterada, diminuindo lentamente, enquanto o desequilíbrio químico permanecer nela. Isso pode ser observado por uma diminuição lenta e gradual da tensão nos terminais.

Isso é chamado de descarga de uma fonte química de eletricidade. Inicialmente, descobriu-se que tal complexo reagia com dois metais diferentes (cobre e zinco) e um ácido. Nesse caso, os metais são destruídos no processo de descarga. Mas então eles selecionaram tais componentes e sua interação de tal forma que se, depois de reduzir a voltagem nos terminais como resultado da descarga, ela for artificialmente mantida lá, então uma corrente elétrica fluirá de volta através da fonte, e as reações químicas serão capazes de reverter , criando novamente o antigo estado de não equilíbrio no complexo.

As fontes do primeiro tipo, em que os componentes são irremediavelmente destruídos, são chamadas de células primárias ou galvânicas, em homenagem ao descobridor desses processos, Luigi Galvani. Fontes do segundo tipo, que, sob a ação de uma voltagem externa, são capazes de reverter todo o mecanismo das reações químicas e novamente retornar a um estado de não-equilíbrio dentro da fonte, são chamadas de fontes do segundo tipo, ou acumuladores elétricos. Da palavra "acumular" - engrossar, coletar. E sua principal característica, que acabamos de descrever, é chamada de carregamento.

No entanto, com as baterias, as coisas não são tão simples.

Vários desses mecanismos químicos foram encontrados. Com diferentes substâncias envolvidas neles. Portanto, existem vários tipos de baterias. E eles se comportam de maneira diferente, carregam e descarregam. E, em alguns casos, surgem fenômenos que são bem conhecidos pelas pessoas que lidam com eles.

E praticamente todo mundo lida com eles. As baterias, como fontes de energia autônomas, são usadas em todos os lugares, em uma ampla variedade de dispositivos. De pequenos relógios de pulso a veículos de vários tamanhos: carros, trólebus, locomotivas a diesel, navios a motor.

Diretrizes de design de bateria

• Quando conectadas em série e em paralelo, todas as baterias devem ser do mesmo tipo, idade e do mesmo fabricante. A capacidade das baterias quando conectadas em série deve ser a mesma; em paralelo, baterias de diferentes capacidades podem ser conectadas entre si.
• Se, quando conectado em série, uma bateria falhar, todas as baterias da bateria devem ser substituídas. Se uma bateria falhar ao ser conectada em paralelo, ela será removida e as restantes serão usadas até se esgotarem. As baterias são então substituídas.

Para evitar envelhecimento prematuro, não aqueça as baterias. Cada aumento de 6 ° C acima de 20 ° C reduz a vida útil pela metade. Instale as baterias em um local bem ventilado e fresco e deixe um espaço de ar entre elas para estimular a geração de calor.

• Não aumente a capacidade da bateria com baterias instaladas em outra sala. Baterias localizadas em locais diferentes funcionarão em temperaturas ambientes diferentes e não serão descarregadas e carregadas de maneira uniforme. Isso aumentará ainda mais a diferença de temperatura e levará ao envelhecimento prematuro e à falha da bateria. Se as baterias forem carregadas ou descarregadas com alta corrente, pode ocorrer fuga térmica e explosão.

  
  Conectando o carregador a uma bateria de baterias conectadas em paralelo.

• Se a corrente de carga ou descarga da bateria for de 200 A a 12 V (100 A a 24 V) por um longo período de tempo, um calor significativo será gerado. Use ventilação forçada para dispersá-lo.Para fazer isso, instale um ventilador à prova de fogo na entrada de ar do compartimento da bateria. O ventilador de entrada reduz o risco de ignição do hidrogênio gerado pelas baterias. (Alguns padrões exigem ventilação forçada de ar sempre que as baterias são conectadas a um carregador com uma potência de saída superior a 2 kW, ou seja, 167 amperes a 12 volts ou 83 amperes a 24 volts).
• O regulador de tensão de qualquer carregador poderoso deve ter um sensor de temperatura que reduza a tensão de carga quando as baterias são aquecidas.
• Baterias de grande capacidade com altas correntes de carga e descarga são instaladas em compartimentos residenciais apenas em recipientes selados com ventilação aberta.

Alguns recursos das baterias

A bateria clássica é uma bateria automotiva de sulfato de chumbo. É produzido na forma de acumuladores conectados em série na bateria. Seu uso e carregamento / descarregamento são bem conhecidos. Os fatores perigosos neles são ácido sulfúrico corrosivo, que tem uma concentração de 25-30%, e gases - hidrogênio e oxigênio - que são liberados quando o carregamento continua após o término químico. Uma mistura de gases resultante da dissociação da água é justamente o conhecido gás explosivo, onde o hidrogênio é exatamente o dobro do oxigênio. Essa mistura explode em qualquer oportunidade - uma faísca, um golpe forte.

Baterias para equipamentos modernos - telefones celulares, computadores - são feitas em um design em miniatura; carregadores de vários designs são produzidos para carregá-los. Muitos deles contêm circuitos de controle que permitem rastrear o final do processo de carga ou carregar todos os elementos de forma balanceada, ou seja, desconectando aqueles que já foram carregados do dispositivo.

A maioria dessas baterias é bastante segura e o descarregamento / carregamento inadequado só pode danificá-las ("efeito memória").

Isso se aplica a todos, exceto para baterias baseadas no metal Li-lítio. É melhor não fazer experiências com eles, mas carregar apenas em carregadores especialmente concebidos e trabalhar com eles apenas de acordo com as instruções.

A razão é que o lítio é muito ativo. É o terceiro elemento da tabela periódica depois do hidrogênio, um metal mais ativo que o sódio.

Ao trabalhar com íon de lítio e outras baterias baseadas nele, o metal de lítio pode cair gradualmente do eletrólito e, uma vez, causar um curto-circuito dentro da célula. A partir disso, ele pode pegar fogo, o que levará ao desastre. Uma vez que NÃO PODE ser pago. Ele queima sem oxigênio, quando reage com a água. Nesse caso, uma grande quantidade de calor é liberada e outras substâncias são adicionadas à combustão.

São conhecidos incidentes de incêndio em telefones celulares com baterias de íon-lítio.

No entanto, o pensamento da engenharia está avançando, criando mais e mais novas células carregáveis ​​baseadas no lítio: polímero de lítio, nanofio de lítio. Tentando superar as desvantagens. E são muito boas como baterias. Mas ... longe do pecado, é melhor não fazer com eles aquelas ações simples que são descritas a seguir.

Escolhendo um diagrama de conexão para baterias de aquecimento

Quando a escolha do tipo de caldeira de aquecimento estiver concluída, o diagrama de ligação das baterias de aquecimento da casa é determinado. Pode ser um tubo ou dois tubos.
A própria conexão dos radiadores é feita de uma das três maneiras:

• inferior;
• lateral;
• diagonal.

Se, ao decidir como conectar a bateria de aquecimento, uma tubulação unidirecional foi planejada, então o número de seções em um dispositivo não deve exceder 12 para redes de aquecimento gravitacional e 24 para sistemas equipados com bomba de circulação.

Se for necessário instalar um número maior de seções, é necessário usar uma tubulação versátil para os radiadores de aquecimento. Ao instalar dispositivos de aquecimento, não se deve esquecer a vazão do tubo reto e do tubo de retorno, que depende de seu diâmetro e coeficiente de rugosidade.

A transferência de calor eficaz pode ser alcançada sob a condição de colocação ideal das baterias, ou melhor, observando a distância de instalação dos dispositivos em relação às paredes, piso, janela e peitoril da janela.
As instruções de instalação e como conectar adequadamente um radiador de aquecimento atendem aos seguintes padrões:

• o dispositivo deve estar a uma distância de 10 a 12 centímetros do chão;
• não deve ser instalado a menos de 8-10 centímetros do peitoril da janela;
• o painel traseiro não deve ser colocado a menos de 2 centímetros da parede;
• na instalação das baterias, é necessário prever a regulação do grau de aquecimento, tanto no modo manual como no modo automático. Para isso, são adquiridos termostatos especiais (em mais detalhes: "Válvulas de controle para aquecimento de radiadores, instalação de válvulas");
• para fins de reparo ou substituição do radiador, devem ser fornecidas válvulas, válvulas e torneiras manuais. Eles permitirão que você desconecte o produto do sistema de aquecimento;
• você precisa colocar torneiras Mayevsky nos dispositivos, como na foto. Com a ajuda deles, o ar retido no sistema é removido.

Conexão serial de fontes

Esta é uma conhecida bateria de células, "latas". Consistentemente - isso significa que o mais do primeiro é trazido - haverá um terminal positivo de toda a bateria, e o menos é conectado ao mais do segundo. O menos do segundo é com o mais do terceiro. E assim por diante. O menos do penúltimo é conectado ao seu positivo, e seu menos é trazido para fora - o segundo terminal da bateria.

Quando as baterias são conectadas em série, a tensão de todas as células é adicionada, e na saída - os terminais positivo e negativo da bateria - a soma das tensões será obtida.

Por exemplo, uma bateria de carro, com cerca de 2,14 volts em cada banco carregado, dá um total de 12,84 volts em seis latas. 12 dessas latas (bateria para motores a diesel) darão 24 volts.

E a capacidade de tal composto permanece igual à capacidade de uma lata. Conforme a tensão de saída é mais alta, a potência nominal da carga aumentará e o consumo de energia será mais rápido. Ou seja, todos serão descarregados de uma vez, juntos, como um elemento.

Conexão em série de baterias

Essas baterias também são carregadas em série. O positivo da tensão de alimentação é conectado ao positivo, o negativo ao negativo. Para o carregamento normal, é necessário que todos os bancos sejam iguais em parâmetros, do mesmo lote e igualmente descarregados em uníssono.

Caso contrário, se forem descarregados de forma ligeiramente diferente, ao carregar, um terminará de carregar antes dos outros e começará a recarregar. E isso pode acabar mal para ele. O mesmo será observado com as diferentes capacidades dos elementos, que, a rigor, são iguais.

A conexão em série de baterias foi tentada desde o início, quase simultaneamente com a invenção das células eletroquímicas. Alessandro Volta criou seu famoso pilar voltaico a partir de círculos de dois metais - cobre e zinco, que moveu com panos embebidos em ácido. A construção acabou sendo uma invenção de sucesso, prática, e até deu uma tensão suficiente para os então ousados ​​experimentos no estudo da eletricidade - chegou a 120 V - e se tornou uma fonte confiável de energia.

Engenharia segura

• usar luvas dielétricas;
• não toque nos terminais com as mãos desprotegidas;
• as baterias devem ser desconectadas das cargas;
• usar ferramentas com cabos isolados;
• verifique os terminais e pinos de conexão antes de conectar;
• não use baterias com parâmetros e graus de desgaste diferentes;
• tenha cuidado com a polaridade;
• use fios adequados para a conexão;
• isole o conjunto da umidade

ATENÇÃO! O principal é se proteger de choques elétricos.

Erros de troca e suas consequências

Os erros de comutação podem ser divididos em erros da própria conexão (mistura de mais e menos) e a escolha errada de baterias e fios de conexão.

Conexão paralela de baterias

Com uma conexão paralela de fontes de alimentação, todos os pontos positivos devem ser conectados a um, criando um pólo positivo da bateria, todos os pontos negativos ao outro, criando um negativo da bateria.

Parte da bateria

Conexão paralela

Com essa conexão, a voltagem, como vemos, deve ser a mesma em todos os elementos. Mas o que é isso? Se as baterias tiverem tensões diferentes antes da conexão, imediatamente após a conexão, o processo de "equalização" começará imediatamente. Esses elementos com uma voltagem mais baixa começarão a recarregar muito intensamente, extraindo energia daqueles com uma voltagem mais alta. E é bom se a diferença nas tensões é explicada pelos diferentes graus de descarga dos mesmos elementos. Mas se eles forem diferentes, com diferentes classificações de voltagem, então uma recarga começará, com todos os encantos resultantes: aquecimento do elemento carregado, ebulição do eletrólito, perda do metal dos eletrodos e assim por diante. Portanto, antes de conectar os elementos entre si em uma bateria paralela, é necessário medir a tensão em cada um deles com um voltímetro para ter certeza de que a próxima operação é segura.

Como podemos ver, os dois métodos são bastante viáveis ​​- tanto a conexão paralela quanto a serial das baterias. Na vida cotidiana, temos o suficiente desses elementos incluídos em nossos gadgets ou câmeras: uma bateria, ou duas, ou quatro. Eles estão conectados da maneira que está definida pelo projeto, e nem sequer pensamos se se trata de uma conexão paralela ou serial.

Mas quando na prática técnica é necessário fornecer imediatamente uma grande tensão, e mesmo por um longo período, enormes campos de acumuladores são construídos nas instalações.

Por exemplo, para o fornecimento de energia de emergência de uma estação de radiocomunicação com tensão de 220 volts durante o período em que deve ser eliminada qualquer falha no circuito de energia, são necessárias 3 horas ... São muitas baterias.

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Fatores que afetam a eficiência de aquecimento

A eficiência da estrutura de aquecimento depende de vários fatores:

1. Layout dos elementos do sistema de aquecimento
   ... O grau e uniformidade de aquecimento da sala depende da correção desse trabalho e, consequentemente, da quantidade de dinheiro gasta no aquecimento de uma casa ou apartamento.
2. Seleção de equipamento de aquecimento
   ... Tudo o que é necessário para criar um sistema de aquecimento é adquirido com base em um cálculo profissionalmente realizado de indicadores técnicos e financeiros. O fato é que a decisão sobre como conectar adequadamente os radiadores de aquecimento e a escolha do equipamento adequado contribui para a obtenção de máxima transferência de calor com mínimo consumo de combustível.