Se o alternador não carrega a bateria, a causa pode estar no próprio alternador — mas também na correia, nas ligações, no regulador de tensão ou até na própria bateria.
Num automóvel, raramente pensamos na energia elétrica disponível. Ligamos o motor e esperamos que tudo funcione.
Numa embarcação, sobretudo num veleiro de cruzeiro, a realidade é diferente.
Plotter, instrumentos de navegação, AIS, VHF, piloto automático, frigorífico, iluminação, bombas e muitos outros equipamentos dependem das baterias. Se acrescentarmos telemóveis, tablets e outros equipamentos utilizados pela tripulação, rapidamente percebemos que produzir, armazenar e gerir energia a bordo é uma parte importante da utilização de uma embarcação.
Mas comecemos por uma pergunta muito concreta.
Porque é que o alternador não carrega a bateria?
Se o motor está a trabalhar e as baterias não estão a carregar, é fácil concluir:
«O alternador avariou.»
Pode ter avariado. Um dos indícios mais comuns de uma avaria no alternador é a falha simultânea do conta-rotações. Em muitas instalações marítimas, o sinal de rotação do motor é obtido diretamente do alternador, através do terminal W. Assim, se o alternador deixar de funcionar corretamente, o conta-rotações pode também deixar de indicar as rotações do motor.
Mas não é a única explicação.
A correia que transmite o movimento do motor ao alternador pode estar frouxa, desgastada ou partida. Pode existir um mau contacto, um terminal oxidado, um cabo deteriorado, uma proteção aberta ou uma anomalia no circuito que transporta a corrente até às baterias.
Pode existir uma avaria no regulador de tensão do alternador ou no próprio alternador.
O regulador de tensão do alternador é o dispositivo que controla a tensão de carga, mantendo-a constante, apesar do aumento de rotação do motor. Uma avaria neste componente pode provocar carga insuficiente, ausência de carga ou sobretensão.
E há ainda outra possibilidade frequentemente esquecida:
o problema pode estar na bateria.
Uma bateria envelhecida ou danificada pode deixar de aceitar ou armazenar corretamente a energia que lhe está a ser fornecida.
Por isso, perante uma aparente falta de carga, há duas perguntas diferentes:
O alternador está a produzir energia?
E, se estiver:
essa energia está efetivamente a chegar e a ser armazenada na bateria?
Antes de procurarmos a avaria, porém, vale a pena compreender como produzimos e utilizamos energia numa embarcação.
Três situações diferentes a bordo
Do ponto de vista energético, podemos considerar três situações particularmente importantes:
Eventualmente ligada à energia de terra.
Com diferentes fontes de energia disponíveis.
NUMA BOIA
Sem ligação à energia de terra.
Em cada uma delas, as fontes de energia disponíveis são diferentes.
Comecemos pelo cais.
Atracados: a energia vem de terra
Nas marinas encontramos normalmente nos pontões (também conhecidos por passadiços ou cais) os chamados pimenteiros (também conhecidos por colunas de serviços), onde, entre outros serviços, podemos dispor de alimentação elétrica.
Em Portugal, essa alimentação é nominalmente de 230 V em corrente alternada — os ainda vulgarmente chamados «220 volts».
A operação parece muito simples: ligamos um cabo ao pimenteiro e a outra extremidade à entrada de energia de terra da embarcação.
Mas há um detalhe importante:
estamos a introduzir 230 V num ambiente permanentemente exposto à água, humidade, sal e movimento.
Por isso, esta ligação merece cuidados específicos.
O cabo de terra também faz parte da amarração segura
O cabo deve ser próprio para a utilização a que se destina, assim como as respetivas fichas e tomadas.
Deve ainda ser encaminhado de modo a não constituir um obstáculo para quem circula no pontão.
Uma pessoa que tropece no cabo pode magoar-se, mas pode também exercer um esforço considerável sobre as fichas, tomadas ou instalação.
Existe ainda outro problema: a embarcação mexe-se.
O vento, a vaga ou simplesmente a passagem de outra embarcação podem provocar movimentos significativos mesmo dentro de uma marina.
O cabo necessita, portanto, de folga suficiente para acompanhar esses movimentos sem ficar sujeito a esforços excessivos.
Mas não tanta, nem disposta de tal maneira, que possa facilmente cair à água ou interferir com os cabos de amarração.
Na Náutica Martins da Cruz já assistimos a uma situação particularmente elucidativa: durante uma manobra de amarração, um cabo ficou preso num pimenteiro e acabou por arrancá-lo dos seus pontos de fixação. O pimenteiro caiu inteiro à água.
Eletricidade, água e cabos de amarração são uma combinação que merece respeito.
E nunca largar com o cabo ligado
Existe ainda outro erro que muitos navegadores acabam por conhecer.
Motor em funcionamento.
Cabos de amarração largados.
Embarcação a afastar-se do cais.
E, de repente, alguém percebe:
o cabo elétrico continua ligado ao pimenteiro.
A partir daí alguma coisa terá de ceder.
Pode ser o cabo, a ficha, a tomada, a entrada de energia da embarcação ou mesmo parte da instalação.
É uma excelente razão para incluir na checklist de largada uma verificação muito simples:
energia de terra desligada, cabo recolhido e acondicionado.
Eletricidade na água: um risco que não devemos ignorar
Há ainda uma razão adicional para não tolerarmos cabos, fichas ou instalações degradadas junto da água.
Podem existir pessoas dentro de água — nomeadamente mergulhadores a trabalhar nos cascos das embarcações.
Uma falha elétrica capaz de colocar uma diferença de potencial na água pode criar uma situação perigosa.
O comportamento da corrente elétrica é diferente em água doce e em água salgada, sendo o fenómeno conhecido como Electric Shock Drowning particularmente associado à água doce. Isso não torna aceitável, evidentemente, qualquer fuga elétrica numa marina de água salgada, mas existem diferenças importantes:
Água doce — maior risco
A água doce apresenta menor condutividade elétrica do que a água salgada. Nestas condições, o corpo humano pode constituir um percurso relativamente mais favorável à passagem da corrente, permitindo que uma corrente significativa o atravesse, com risco de contrações musculares, paralisia e afogamento.
Água salgada — risco geralmente menor deste fenómeno específico
A água salgada apresenta uma condutividade elétrica muito superior, pelo que uma maior proporção da corrente tende a circular pela água em redor do corpo. Consequentemente, em condições comparáveis, tende a ser menor a corrente que atravessa o corpo. Isto não significa, porém, que uma fuga elétrica em água salgada seja segura ou incapaz de provocar eletrocussão.
A prevenção começa numa instalação corretamente executada e protegida.
Disjuntor e proteção diferencial não são a mesma coisa
Também aqui importa evitar uma simplificação habitual.
Um disjuntor protege essencialmente a instalação contra sobrecorrentes e curto-circuitos.
A proteção contra determinadas fugas de corrente exige proteção diferencial adequada.
A instalação da marina terá as suas proteções, mas a embarcação deve igualmente possuir uma instalação devidamente concebida e protegida.
A entrada dos 230 V a bordo deve utilizar equipamento apropriado para o ambiente marítimo e corretamente instalado.
A partir daí, essa energia pode seguir dois caminhos importantes.
Pode alimentar os circuitos de 230 V existentes na embarcação.
E pode alimentar o carregador das baterias.
Porque utilizamos um carregador inteligente?
Uma bateria não deve receber indefinidamente a mesma tensão e corrente sem qualquer controlo.
Um carregador moderno gere o processo de carga em função do estado da bateria e da respetiva tecnologia.
É frequente encontrarmos designações como bulk, absorption e float, correspondentes a diferentes fases do carregamento.
De forma simplificada, quando a bateria necessita de energia, o carregador pode fornecer uma corrente significativa. À medida que a carga progride, altera o seu funcionamento e, quando a bateria está carregada, passa para uma condição destinada a mantê-la corretamente sem continuar simplesmente a forçar carga para o seu interior.
Os parâmetros devem, naturalmente, ser adequados ao tipo de bateria instalado.
Bateria do motor e baterias de serviço
Também não é boa prática fazer depender tudo da mesma reserva de energia sem qualquer separação.
Uma instalação típica possui uma bateria destinada prioritariamente ao arranque do motor e um banco de baterias destinado aos serviços de bordo.
O objetivo é simples.
Podemos utilizar iluminação, instrumentos, frigorífico e restantes equipamentos sem comprometer inadvertidamente a bateria de que necessitaremos para pôr o motor em funcionamento.
No FORMIDÁVEL, embarcação de formação da Náutica Martins da Cruz, dispomos de três baterias de serviço de 115 Ah cada, ligadas em paralelo e constituindo um banco nominal de 345 Ah — 760 A (EN) por bateria, e de uma bateria independente de 77 Ah — 780 A (EN), destinada ao arranque do motor.
A instalação permite ainda, numa situação excecional em que a bateria de arranque não tenha capacidade suficiente, colocar temporariamente o banco de serviço em paralelo para auxiliar o arranque.
Trata-se de uma possibilidade de emergência, e não da configuração normal de utilização.
Quanto tempo de bateria ainda temos?
Conhecer simplesmente a tensão é útil, mas podemos saber bastante mais.
No FORMIDÁVEL dispomos de um monitor de baterias que nos permite acompanhar diferentes parâmetros da instalação.
Podemos saber a tensão existente.
Podemos saber quanta corrente está a entrar ou a sair do banco.
Podemos acompanhar o estado de carga calculado.
E existe uma indicação particularmente interessante: a autonomia estimada.
Se continuarmos a consumir energia ao ritmo daquele momento, o sistema estima durante quanto tempo poderemos manter esse consumo até atingirmos o limite definido.
Temos, assim, num único sistema informação equivalente à de um voltímetro, um amperímetro e, adicionalmente, cálculos de gestão energética que seriam muito menos práticos de realizar continuamente pela tripulação.
E quando queremos 230 V sem estarmos ligados ao cais?
É aqui que aparece outro equipamento muito útil: o inversor.
O inversor recebe corrente contínua das baterias, por exemplo a 12 V, e produz corrente alternada a aproximadamente 230 V.
Assim, mesmo longe de uma marina, podemos ter tomadas aparentemente iguais às que utilizamos quando estamos ligados a terra.
Mas há uma armadilha.
A energia tem de vir de algum lado.
Imaginemos um aparelho de 1.000 W.
≈ 4,3 A
≈ 83,3 A
Valores teóricos, antes de considerar as perdas do inversor.
A 230 V, estamos a falar de aproximadamente 4,3 A.
Mas o inversor terá de retirar esses mesmos 1.000 W das baterias.
A 12 V, mesmo ignorando todas as perdas:
1.000 W ÷ 12 V = 83,3 A.
E o consumo real será superior porque o inversor não possui um rendimento de 100%.
É fácil perceber por que razão equipamentos de elevada potência podem descarregar rapidamente um banco de baterias.
Por isso, no FORMIDÁVEL, o inversor de 3.000 W, de onda sinusoidal pura, permanece normalmente desligado e é apenas utilizado quando efetivamente necessário.
Ao contrário dos inversores de onda sinusoidal modificada, mais simples e económicos, um inversor de onda sinusoidal pura produz uma tensão alternada com uma forma de onda muito próxima da fornecida pela rede elétrica. Isto permite alimentar com maior segurança e compatibilidade equipamentos eletrónicos mais sensíveis, alguns dos quais podem funcionar mal, produzir ruído, aquecer excessivamente ou mesmo não funcionar quando ligados a inversores de onda sinusoidal modificada.
Existe ainda comutação automática da alimentação dos circuitos correspondentes: quando temos energia de terra, esta é privilegiada; quando deixa de existir, o inversor poderá fornecer os 230 V se estiver ligado.
A navegar a motor: entra em funcionamento o alternador
Quando o motor trabalha, uma correia transmite movimento ao alternador.
O alternador transforma parte dessa energia mecânica em energia elétrica.
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No Volvo Penta 2003 instalado no FORMIDÁVEL, a configuração original utiliza um alternador de 14 V e 50 A.
Em termos puramente teóricos, 14 V × 50 A correspondem a cerca de 700 W.
Isso não significa que tenhamos permanentemente 700 W disponíveis. A corrente efetivamente produzida depende, entre outros fatores, da rotação, temperatura, regulação, estado das baterias e características da instalação.
Mas introduz uma regra fundamental:
produção e consumo têm de ser comparados.
Se os equipamentos estiverem a consumir menos do que o sistema consegue produzir, existe capacidade para simultaneamente alimentar os consumidores e carregar as baterias.
Se o consumo ultrapassar a produção disponível naquele momento, a diferença terá de sair das baterias.
Manter 12 V estáveis não significa criar energia
No FORMIDÁVEL existe ainda um equipamento destinado a estabilizar a alimentação fornecida a determinados consumidores.
Dentro da sua gama de funcionamento, recebe uma tensão que pode variar e fornece uma tensão estabilizada adequada à eletrónica.
Isto é particularmente útil para equipamentos sensíveis a determinadas oscilações de alimentação.
Mas é importante compreender aquilo que um estabilizador ou conversor DC-DC não faz:
não cria energia.
Se a tensão de entrada baixar, continua a fornecer 12 V estabilizados à saída, o que implica retirar da fonte a corrente necessária para conservar a potência, acrescida das perdas do próprio conversor.
Portanto, é uma proteção e condicionamento da alimentação dos consumidores, garantindo sempre presentes os 12 V mas, não é uma solução para uma bateria descarregada.
Então, porque é que o alternador não está a carregar?
Agora podemos regressar à pergunta inicial com muito mais informação.
Se aparentemente não existe carga, podemos começar por verificar:
- o estado e a tensão da bateria;
- a correia do alternador e respetiva tensão;
- os terminais e ligações;
- sinais de corrosão ou mau contacto;
- fusíveis e proteções existentes no circuito;
- a tensão com o motor parado e novamente com o motor em funcionamento;
- a existência efetiva de corrente de carga;
- o regulador e o próprio alternador;
- os sistemas existentes entre alternador e diferentes bancos de baterias.
E devemos evitar substituir imediatamente o alternador sem primeiro perceber onde está a falha.
Porque pode acontecer algo aparentemente paradoxal:
o alternador pode estar a funcionar e a bateria continuar sem carregar corretamente.
Ou o alternador pode estar perfeitamente operacional e a bateria já não possuir capacidade para armazenar a energia que lhe estamos a fornecer.
Mas e quando desligamos o motor?
Até aqui dispúnhamos sempre de uma fonte relativamente óbvia.
No cais, tínhamos os 230 V da marina.
A navegar a motor, tínhamos o alternador.
Mas o FORMIDÁVEL é um veleiro.
E quando desligamos o motor e continuamos exclusivamente à vela, o alternador deixa imediatamente de produzir.
Os equipamentos, contudo, continuam ligados.
É então necessário decidir como vamos repor a energia que continuamos a retirar das baterias.
Podemos aproveitar o vento, o Sol ou o próprio movimento da embarcação através da água. Podemos até estar equipados com um gerador a gasolina ou a gasóleo.
Aerogerador, painéis solares e hidrogerador fazem exatamente isso.
Mas qual deles produz realmente mais? E, sobretudo, qual é o mais adequado à forma como utilizamos a nossa embarcação?
É essa comparação que faremos no artigo seguinte.