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    • Gabriel Torres

      Seja um moderador do Clube do Hardware!   12-02-2016

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280203

Resistência alimentada por bateria

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Boa tarde 

 

Eu sou estudante de engenharia mecanica então meu conhecimento sobre circuitos etc são bem limitados à fisica, que ainda assim é fraca no ambito elétrico

Portanto to com uma duvida sobre uma hipotese de circuito

 

1) eu quero um sistema que por meio de uma bateria gere calor, portanto um sistema com uma bateria e um resistor. 

 

 

O que de fato determina a corrente de um circuito?

 

A fonte? Por exemplo, eu vou comprar uma bateria de 6V e 1.3A, então meu sistema terá: (??)

U = 6v

i = 1.3a

Não tem como ser isso /\, porque se eu colocar uma resistência de 2ohms já daria errado

 U=R*i ---> 6 = 1,3 * 2 (errado)

 

Ou eu pego a tensão da bateria e com a resistência do resistor eu calculo a corrente do circuito?   (< acho que é essa, e se for essa, porque então tem a corrente nas baterias??? pra que serve)

U = r . i então i = 6/resistência

 

Ou eu pego a corrente da bateria com a resistência do resistor e calculo a ddp? U = r.i  então (nao acho que seja isso, mas se for assim, qual a diferença de tensão das baterias?)

U = 1.3 * resistência

 

 

 

Enfim, depois de superarmos isso /\, eu devo escolher um resistor que seja capaz de chegar a 200ºC. Eu uso da formula Q=mcT para saber quanta energia é necessaria sair da bateria para o resistor? por exemplo:

Q = m(massa do resistor) * c(calor especifico do resistor) * 200

então chego a um valor Q de energia que precisa chegar no resistor pra ele subir de 0 pra 200ºC

 

Jogo esse valor Q na formula de potência pra saber quanto devo exigir da bateria?

P = Q/t

 

Tendo então um valor P, sei quanta potência preciso da minha bateria

 

Sabendo a potência, jogo na formula P=U.i pra saber qual bateria devo comprar? Baseado em U e/ou i (discussão ali de cima, que U é a tensão da bateria e i corrente do sistema, ou    i corrente da bateria: não sei)

 

Então, esse é meu raciocínio, ta certo? E quanto as duvidas lá de cima, nao sei mesmo...

 

Obrigado

 

 

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Cara, quanta complicação. Para a sua sorte a coisa é bem mais simples.

Vamos começar pela bateria. Tomemos o exemplo de uma bateria de 12V x  7Ah.

12V é a tensão nominal da bateria. Tensão nominal tem o mesmo significado que o valor nominal de uma bitola de parafuso. Dá a referência para o desenho da porca e do macho e nenhuma das medidas é igual a referência. Uma bateria quando cheia de carga apresenta um pouco mais que os 12V e esse valor decai com a descarga. Na verdade são 6 células de 2V empilhadas, daí o nome de bateria.

Os 7Ah significam 7 amperes hora. Se o consumo for de 1A, então sua bateria suporta 7 horas até apresentar descarga. Uma bateria de carro de 65Ah é submetida a uma corrente de quase 200A durante o start do motor, mas é por um breve momento.

Quanto a corrente do circuito, usa-se a Lei de Ohm normalmente, sem frescuras. No caso específico das baterias de chumbo ácido, que são as mais baratas por carga acumulada, a curva de descarga não é totalmente linear e apresenta grandes perdas quando se tenta extrair + de 50% da carga por hora. Também tem a questão de não se poder extrair toda a sua carga sem comprometer a vida útil, o que nos leva a um sobredimensionamento mínimo de 25%.

Resumindo, se for pendurar numa bateria de 12V uma resistência de 60W, isso resulta uma corrente de 5A e se quiser que este sistema suporte 6 horas de consumo, 5A * 6h = 30Ah.

Sobre a potência da resistência a ser utilizada, isso já depende de outras coisas. Em eletrônica temos componentes que atingem 150ºC com menos de 1W de potência, mas possuem massa inferior a 1g. Já que a referência de unidade térmica é a água (valor = 1), algumas lembranças de escola:

- 1 caloria é a quantidade de energia para aquecer 1g de água em 1ºC.

- são necessários 4,2 joules de energia para se ter 1 caloria

- potência (W) é a quantidade de joules por segundo.

- fazendo uma regra de 3, então são necessários 4,2W para aquecer 1g de água em 1ºC no prazo de 1s.

Editado por Sérgio Lembo
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23 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

Cara, quanta complicação. Para a sua sorte a coisa é bem mais simples.

Vamos começar pela bateria. Tomemos o exemplo de uma bateria de 12V x  7Ah.

12V é a tensão nominal da bateria. Tensão nominal tem o mesmo significado que o valor nominal de uma bitola de parafuso. Dá a referência para o desenho da porca e do macho e nenhuma das medidas é igual a referência. Uma bateria quando cheia de carga apresenta um pouco mais que os 12V e esse valor decai com a descarga. Na verdade são 6 células de 2V empilhadas, daí o nome de bateria.

Os 7Ah significam 7 amperes hora. Se o consumo for de 1A, então sua bateria suporta 7 horas até apresentar descarga. Uma bateria de carro de 65Ah é submetida a uma corrente de quase 200A durante o start do motor, mas é por um breve momento.

Quanto a corrente do circuito, usa-se a Lei de Ohm normalmente, sem frescuras. No caso específico das baterias de chumbo ácido, que são as mais baratas por carga acumulada, a curva de descarga não é totalmente linear e apresenta grandes perdas quando se tenta extrair + de 50% da carga por hora. Também tem a questão de não se poder extrair toda a sua carga sem comprometer a vida útil, o que nos leva a um sobredimensionamento mínimo de 25%.

Resumindo, se for pendurar numa bateria de 12V uma resistência de 60W, isso resulta uma corrente de 5A e se quiser que este sistema suporte 6 horas de consumo, 5A * 6h = 30Ah.

Sobre a potência da resistência a ser utilizada, isso já depende de outras coisas. Em eletrônica temos componentes que atingem 150ºC com menos de 1W de potência, mas possuem massa inferior a 1g. Já que a referência de unidade térmica é a água (valor = 1), algumas lembranças de escola:

- 1 caloria é a quantidade de energia para aquecer 1g de água em 1ºC.

- são necessários 4,2 joules de energia para se ter 1 caloria

- potência (W) é a quantidade de joules por segundo.

- fazendo uma regra de 3, então são necessários 4,2W para aquecer 1g de água em 1ºC no prazo de 1s.

 

pois é Sergio, eu compliquei bastante mesmo

 

Tá, a bateria eu entendi. Obrigado

 

Porém então quanto ao resistor?? 

Eu quero aquecê-lo até 200ºC, então devo usar a formulazinha da escola sobre o resistor, correto?

Preciso descobrir quanta potência é necessario extrair da carga da bateria para aumentar o resistor essa temperatura

Q = massa do resistor * calor especifico do resistor * 200

Citação

 

Se hipoteticamente o resistor pesa 50g e tem calor especifico de 2cal/g.Cº

portanto na formula, hipoteticamente, precisaria de 2000 calorias/8400 joules para subir 200ºC

Se eu quero que atinja essa temperatura em 1 minuto, preciso de 8400 joules / 60 segundos, portanto uma potência de 140W saindo da bateria

 

P=R*i² -> descubro a corrente necessária -> U = R.i -> com corrente e resistencia do resistor, descubro a tensão da minha bateria

 

 

 

Procede???? Se sim: os resistores são classificados pela sua resistência, então como eu posso escolher um resistor sabendo seu calor especifico e massa?

 

 

Obrigado

 

 

adicionado 16 minutos depois

Agora vai dar uma facilitada pra entender meu esquema Sérgio, é mais ou menos isso que to buscando

sistema.png

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Em termos comerciais, resistências destinadas a aquecimento (seu caso) são vendidas por potência e tensão nominal. No exemplo citado, resistência pesada a sua, um picolé pesa 65g a título de comparação. Meu ferro de solda tem 40W e atinge 300ºC rapidinho. Não há resistências padronizadas para essa aplicação de 200ºC, o mais próximo que existe de padronização na verdade são peças de reposição de alguns eletrodomésticos e fritadeiras de restaurante. Já vá se acostumando com a ideia de encomendar a produção da resistência, é necessário experiência, os terminais são prensados, a solda derrete antes da temperatura de trabalho. Não é tão caro assim, existe um mercado forte disso. As informações básicas que o produtor de resistência de aquecimento precisa ter é a potência desejada, a tensão de trabalho e o formato pretendido.

adicionado 24 minutos depois

Uma coisa que não entendi. Todas as suas dúvidas foram focadas na bateria e na resistência. E o objeto/carga a ser aquecido? quais as condições de ambiente do objeto a ser aquecido? é sólido? metálico? Para gases/ar ambiente são usadas resistências aletadas e por aí vai.

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2 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

Em termos comerciais, resistências destinadas a aquecimento (seu caso) são vendidas por potência e tensão nominal. No exemplo citado, resistência pesada a sua, um picolé pesa 65g a título de comparação. Meu ferro de solda tem 40W e atinge 300ºC rapidinho.

Me falta experiencia no ambito de mecânica, quem diria em eletronica então, estou grato por ter alguem com vasta experiencia me ajudando. De fato pareceu pesada mesmo, isso até é um alivio pra mim, porque meu componente tem que ser bem pequeno. Quanto ao ferro de solda ter 40W, ele tem essa potência porque é ligado a uma tomada que tem uma tensão bem mais alta que uma bateria, né? É possivel chegar a potências altas com pequenas baterias?

 

2 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

 Não há resistências padronizadas para essa aplicação de 200ºC, o mais próximo que existe de padronização na verdade são peças de reposição de alguns eletrodomésticos e fritadeiras de restaurante. Já vá se acostumando com a ideia de encomendar a produção da resistência, é necessário experiência, os terminais são prensados, a solda derrete antes da temperatura de trabalho. Não é tão caro assim, existe um mercado forte disso. As informações básicas que o produtor de resistência de aquecimento precisa ter é a potência desejada, a tensão de trabalho e o formato pretendido.

Mas, teoricamente, se eu controlar a corrente (atraves de um dispositivo eletrônico), consigo controlar a quantidade de energia dissipada/calor gerado pela resistencia, ou nao?

Ou até por um dispositivo mecânico, similar a opção de verao/inverno no chuveiro

 

2 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

Uma coisa que não entendi. Todas as suas dúvidas foram focadas na bateria e na resistência. E o objeto/carga a ser aquecido? quais as condições de ambiente do objeto a ser aquecido? é sólido? metálico? Para gases/ar ambiente são usadas resistências aletadas e por aí vai.

Boa pergunta, nao fui claro. Minha ideia era aquecer um corpo solido de diversos materiais por meio de convecção, ou seja, o resistor (a alguns centimetros de distancia) aquece o ar e esse aquece o corpo. Como nesse esquema que mostrei anteriormente: vou editar de uma forma mais clara 

 

SEGUE \/

 

 

 

Obrigado pela contínua atenção e ajuda

 

esquema.png

Editado por 280203

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20 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

Cara, quanta complicação.

de fato,

 

23 horas atrás, 280203 disse:

eu quero um sistema que por meio de uma bateria gere calor, portanto um sistema com uma bateria e um resistor.

Tudo bem se a gente focar só nisso?

tá....Tudo bem... um pouco disso...

23 horas atrás, 280203 disse:

eu devo escolher um resistor que seja capaz de chegar a 200ºC

 

Considere um aquecedor 12v ou até mesmo lâmpada (incandescente) de farol duns 100W pode atingir  esta temperatura nas proximidades. Depois, um termostato 200º faz o arremate.

 

Mas se precisas das frescas teorias pra apresentar no seu trabalho, nem devia ter perdido tempo lido acima...:P

 

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Em 3/17/2018 às 17:29, Isadora Ferraz disse:

de fato,

 

Tudo bem se a gente focar só nisso?

tá....Tudo bem... um pouco disso...

 

Considere um aquecedor 12v ou até mesmo lâmpada (incandescente) de farol duns 100W pode atingir  esta temperatura nas proximidades. Depois, um termostato 200º faz o arremate.

 

Mas se precisas das frescas teorias pra apresentar no seu trabalho, nem devia ter perdido tempo lido acima...:P

 

 

Eu preciso das frescas teorias kkk mas tendo o resultado final fica bem mais fácil explicar teoricamente o funcionamento, meu problema seria os dois, teoricamente e praticamente, me ajudando praticamente, teoricamente eu consigo fazer através de bibliografias enfim

 

Então na sua ideia, eu pego um aquecedor alimentado por uma bateria de 12v e ligo num termostato de 200ºC? simples assim?

 

Na sua experiencia, da pra fazer que esse sistema seja de pequenas dimensoes? Bateria+termostato+aquecedor? 

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É muito fácil fazer um resistor pequeno chegar a 200ºC com pouca energia e fazer algo ficar pequeno. 

O difícil é fazer com que o calor se espalhe e aqueça o ar, para que aí aqueça alguma coisa com essa temperatura. 

O ar não é tão bom condutor quanto os metais, então vai jogar muita energia fora pra fazer com que seu objeto se aqueça a 200ºC. Nesse caso o sistema não fica pequeno. 

 

 

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13 minutos atrás, Mestre88 disse:

É muito fácil fazer um resistor pequeno chegar a 200ºC com pouca energia e fazer algo ficar pequeno. 

O difícil é fazer com que o calor se espalhe e aqueça o ar, para que aí aqueça alguma coisa com essa temperatura. 

O ar não é tão bom condutor quanto os metais, então vai jogar muita energia fora pra fazer com que seu objeto se aqueça a 200ºC. Nesse caso o sistema não fica pequeno. 

 

 

hmmmmmmmm, essa era um das minhas duvidas

de fato o ar é um isolante termico e tanto, portanto para eu aquecer algo com meu resistor, você acha que eu devia ligar ele com o material a ser aquecido?

 

Por exemplo, coloco o resistor num anel de metal e esse anel de metal eu encosto no material a ser aquecido? Talvez seja uma boa solução se nao queimar os corpos a serem aquecidos, acho que tenho que testar na pratica essa hipotese

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45 minutos atrás, 280203 disse:

acho que tenho que testar na pratica essa hipotese

Agora sim estamos nos entendendo. De fato aquecimento com contato direto é mais eficiente. Considere p.ex  um ferro de passar 12v que lhe pode servir de norte

1 hora atrás, 280203 disse:

Então na sua ideia, eu pego um aquecedor alimentado por uma bateria de 12v e ligo num termostato de 200ºC? simples assim?

Pior que sim. Bem vindo ao meu mundo do minimalismo.

O macete está em escolher o lugar onde vai colocar o sensor (termostato) depois, claro, de conhecer as peculiaridades do próprio projeto.

 

1 hora atrás, 280203 disse:

Na sua experiencia, da pra fazer que esse sistema seja de pequenas dimensoes? Bateria+termostato+aquecedor? 

'Teoricamente' sim clario que dá. Mas claro como vá foi comentado, quanto maior a área, mais energia vais precisar. Chovi no no molhado :P

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Mas, afinal de contas, o que pretende aquecer? salgadinhos? Tá vago demais a sua demanda.

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18 horas atrás, Isadora Ferraz disse:

Agora sim estamos nos entendendo. De fato aquecimento com contato direto é mais eficiente. Considere p.ex  um ferro de passar 12v que lhe pode servir de norte

Ok, vou colocar isso no brainstorm do projeto, realmente acredito que vai ser melhor. Eu então repousaria minha resistencia no metal? ou daria curto circuito? 

 

18 horas atrás, Isadora Ferraz disse:

Pior que sim. Bem vindo ao meu mundo do minimalismo.

O macete está em escolher o lugar onde vai colocar o sensor (termostato) depois, claro, de conhecer as peculiaridades do próprio projeto.

Ok. Alguma contra-indicacao?

 

18 horas atrás, Isadora Ferraz disse:

'Teoricamente' sim clario que dá. Mas claro como vá foi comentado, quanto maior a área, mais energia vais precisar. Chovi no no molhado :P

De fato kkk Mas é como eu especifiquei anteriormente, algo que vai ser no máximo de 100mm de diametro (5cm de raio)

 

14 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

Mas, afinal de contas, o que pretende aquecer? salgadinhos? Tá vago demais a sua demanda.

Diversos tipos de corpos e materiais. Quero um aquecedor geral, como um ferro de passar roupa, porém mais concentrado naquelas dimensoes, e que possa aquecer um volume maior que um tecido

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8 minutos atrás, 280203 disse:
14 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

Mas, afinal de contas, o que pretende aquecer? salgadinhos? Tá vago demais a sua demanda.

Diversos tipos de corpos e materiais. Quero um aquecedor geral, como um ferro de passar roupa, porém mais concentrado naquelas dimensoes, e que possa aquecer um volume maior que um tecido

Pode esconder o seu projeto o quanto quiser, mas fica difícil de se entender e dimensionar. Para início de conversa não poderá ter muita potência instalada ou perderá a portabilidade. Um sistema de 1000W arreia uma bateria de 12Ah em 6 minutos. Com 65Ah esse tempo sobe para 30 minutos, mas aí quem arreia são as suas costas, pesa muito uma bateria dessas. Diversos corpos e materiais, é o que diz, mas sem conhecer o material, sua densidade térmica, massa e forma, como projetar o aquecedor? Toda máquina é feita em função do material que irá manipular e suas características

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16 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

Pode esconder o seu projeto o quanto quiser, mas fica difícil de se entender e dimensionar. Para início de conversa não poderá ter muita potência instalada ou perderá a portabilidade. Um sistema de 1000W arreia uma bateria de 12Ah em 6 minutos. Com 65Ah esse tempo sobe para 30 minutos, mas aí quem arreia são as suas costas, pesa muito uma bateria dessas. Diversos corpos e materiais, é o que diz, mas sem conhecer o material, sua densidade térmica, massa e forma, como projetar o aquecedor? Toda máquina é feita em função do material que irá manipular e suas características

Mas sao diversos corpos, eu quero um aquecedor geral, aberto pra usar como se fosse uma criança. O projeto é construir o aquecedor, fazer esquentar todos os corpos a 200ºC é consequencia que pode dar certo ou nao

 

Mas buscando então especificacoes pra maximizar a eficacia, sugere basear tudo em cima das caracteristicas desses materiais? Capacidade termica, calor especifico etc?

 

Corpos: como eu citei laaaaa em cima: solidos de diversas formas, mas também chapas, varios materiais, ligas de aço, ferro, etc

Em 3/16/2018 às 23:55, 280203 disse:

Boa pergunta, nao fui claro. Minha ideia era aquecer um corpo solido de diversos materiais por meio de convecção, ou seja, o resistor (a alguns centimetros de distancia) aquece o ar e esse aquece o corpo. Como nesse esquema que mostrei anteriormente: vou editar de uma forma mais clara 

Em 3/16/2018 às 21:19, 280203 disse:

Agora vai dar uma facilitada pra entender meu esquema Sérgio, é mais ou menos isso que to buscando

sistema.png

 

 

 

 

 

 

 

 

Editado por 280203

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Quantos gramas de material pretende elevar a 200ºC? Qual material? Em quanto tempo?

SE temos as baterias dimensionadas em Ah, supondo que use chumbo ácido (limite de 80% de descarga, sendo de 12V, cada Ah te renderá 35k joules.

tabela-de-caloree-especfifico.jpg

 

Pela tabela acima, para aquecer 150g de ferro de 25ºC pra 200ºC vai necessitar de 0,15kg x 448 x (200-25) = 11760 joules. Só nessa operação lá se foi 0,336 Ah considerando apenas a carga. Junto com a carga também terá que aquecer as resistências e o cubículo de aquecimento. Dito isso, para seguir adiante é necessário0 saber das dimensões máximas, peso máximo e tempo em que deseja obter o aquecimento. Note pela tabela acima que alguns materiais necessitam de muito mais calor que outros.

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17 horas atrás, 280203 disse:

repousaria minha resistencia no metal? ou daria curto circuito? 

A parte condutiva obviamente que não deve encostar no metal. Imagine algo como um resistor com dissipador

só de exemplo pois custa uma minifortuna

201706201020208190588.jpg

 

17 horas atrás, 280203 disse:

Ok. Alguma contra-indicacao?

No ponto inapropriado, poderá aquecer desuniformemente

 

Porque 12V? Medo de choquinho? que fofo! É pra uso normal ou pra brincar? Pra uso seminormal com rede ac recomendo que consideres um cadinho qualquer

p.ex.

21-c.jpg

e se envola menos com a "complexa temática" da eletrônica das resistências de aquecimento

com um pouco de criatividade e adaptações mínimas, penso que consegues bons resultados pra.. sei-lá-o-que-quer-fazer-com-isso.

 

Pra arrematar já que falei em complexa temática... um arame sobre alta corrente já te daria um resultado curioso.  Já ouviu falar num treco que aquece o arame que vai o favo de cera de abelha pra fixá-lo? pois é .. aquilo nada + é do que um trafo duns 1...3V duns 50A. Dá pra adaptar num trafo qualquer dum 1/2 palmo

 

Me fez lembrar .... Certa feita reenrolei um secundário de um trafinho com fio 2,5mm2 1/2 duzia de voltas e desarmei um disjuntor de 50A com secundário

 

 

abç

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