PTG 2 semestre Engenharia Civil Unopar - TKW Baterias/ Conceito Excelente

Prévia do material em texto

�PAGE �
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	3
2 TAREFAS REALIZADAS PELA EQUIPE| 	4
2.1 ELEMENTOS QUIMICOS UTILIZADOS NAS BATERIAS	4
2.1.1 EXTRAÇÃO DOS ELEMENTOS DA NATUREZA	4
2.1.2 PROPRIEDADES PERIÓDICAS DOS ELEMENTOS	5
2.1.3 DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA	6
2.1.4 CARACTERISTICAS QUIMICAS DOS ELEMENTOS	6
2.2 TESTE DE CARREGAMENTO ............................................................................8
2.3 ESTUDO DA FUNÇÃO	13
2.4 LIMITE DA FUNÇÃO	14
2.5 LEGISLAÇÃO AMBIENTAL BRASILEIRA	14
3 CONCLUSÃO	16
REFERÊNCIAS	17
�
INTRODUÇÃO
Atendendo aos requisitos propostos nas atividades interdisciplinares do 2º Semestre do curso de Engenharia Civil, este trabalho foi realizado com o intuito de apresentar de forma prática e sistematizada os conhecimentos adquiridos durante o semestre, através da resolução das atividades propostas na Situação Geradora de Aprendizagem (SGA) “Bateria de celular”.
Com o desenvolvimento de novas tecnologias e a popularização dos dispositivos móveis, a empresa fabricante de baterias utilizadas em celulares smartphones TKW Baterias, viu-se diante de um aumento significativo de demanda que deverá ser suprido com o aumento de fornecedores de matéria prima necessária para a fabricação das baterias. No entanto, a fim de manter os padrões de qualidade em suas baterias, a TKW exige que sejam realizados uma série de testes que medirão a qualidade da matéria prima adquirida através dos novos fornecedores.
 De acordo com as tarefas atribuídas à equipe, foram analisadas as características químicas de elementos que compõem as baterias mais utilizadas atualmente. Realizou-se um experimento envolvendo o carregamento das baterias fabricadas com as novas matérias primas relacionando a porcentagem de carregamento em função do tempo, tudo demonstrado através de cálculos matemáticos, gráficos representativos e tabelas com os valores relacionados ao experimento. Além disso, os novos fornecedores terão de estar regulamentados de acordo com as normas e a legislação vigente.
Para avaliar a qualidade das novas matérias primas serão utilizados como parâmetro os resultados obtidos em testes anteriores feitos com baterias originadas de matéria prima certificada já utilizada pela empresa. 
2-TAREFAS MULTIDISCIPLINARES REALIZADAS PELA EQUIPE
2.1- ELEMENTOS QUIMICOS UTILIZADOS NAS BATERIAS.
	Atualmente o tipo de bateria mais utilizado em dispositivos móveis no mercado é a bateria de lítio, também conhecida como baterias de íons de lítio ou Li-ION, que hoje representam o que se tem de mais avançado e termos de tecnologia de baterias elétricas. No entanto, outro tipo de bateria que fez muito sucesso em um passado recente foram as baterias de Níquel, correspondendo a uma tecnologia anterior à de lítio, porém seu uso ainda se faz necessário em muitos dispositivos quando levado em consideração a relação custo-benefício. 
	Ambos os elementos, lítio (Li) e Níquel (Ni), apresentam propriedades químicas características favoráveis às reações necessárias para se obter um maior rendimento da bateria. A seguir faremos uma comparação entre os dois elementos levando em consideração propriedades químicas, processo de extração da natureza, qualidade e viabilidade econômica das baterias produzidas com cada elemento.
2.1.1- EXTRAÇÃO DOS ELEMENTOS DA NATUREZA
	O Lítio não é encontrado em abundância na crosta terrestre, pelo contrário, trata-se de um metal raro encontrado na natureza sob a forma de minérios como a petalita (LiAlSi4O10), a lepidolita (K (Li, Al)3(Si, Al)4O10(F, OH)2) e o espodumênio (LiAl (Si2O6)). (LiAl (Si2O6)). 
 	Este elemento também pode ser extraído da salmoura de algumas águas salgadas. O processo de isolamento do Lítio consiste na eletrólise do Cloreto de Lítio (LiCl), este processo foi realizado pela primeira vez em 1855 pelo alemão Robert Wilhem Bunsen e segue sendo o método utilizado atualmente.
	Assim como o lítio, o Níquel também não se encontra isolado na natureza, sendo encontrado nos minerais nicolita (NiAs), pentlandita ((Fe, Ni)9S8), pirrotita (FeNiS) e garnierita ((NiMg)6(OH)6Si4O10H2O).
	Devido a se encontrar misturado com outros metais, a extração do níquel torna-se muito difícil, o metal deve ser concentrado por flotação e separação eletromagnética, para então ser submetido a processos de refino, que envolvem aquecimentos e resfriamentos controlados, e processos mecânicos que resultarão no óxido de níquel. Em seguida este óxido é reduzido pelo carbono em fornos obtendo assim o metal níquel isolado. 
2.1.2- PROPRIEDADES PERIÓDICAS DOS ELEMENTOS
	As propriedades periódicas são características que variam de acordo com o número atômico do elemento, ou seja, variam de acordo com o período e família na tabela periódica. Na tabela 1 estão relacionadas algumas características químicas dos dois elementos.
Tabela 1 – características químicas.
	Nome do elemento
	Símbolo químico
	Número atômico
	Massa atômica
	Família
	Classificação
	
	
	
	
	
	
	
Lítio
	
Li
	
3
	
6,94u
	
1A
	
metal alcalino
	
	
	
	
	
	
	
Níquel
	
Ni
	
28
	
58,693u
	
8B
	metal de transição
	
	
	
	
	
	
	 A eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair elétrons em uma ligação química, está diretamente relacionada com a energia de ionização, que é a quantidade de energia necessária para se tirar um elétron da camada de valência de um átomo em seu estado eletrônico fundamental e no estado gasoso. O raio atômico representa a medida entre o núcleo e a camada de valência do átomo, é inversamente proporcional a eletronegatividade, uma vez que, quanto maior a força que o núcleo atrai a eletrosfera menor é o raio.
	Observando a tabela 1 podemos perceber que o Lítio, número atômico 3 situado na família 1A (metal alcalino), além do menor potencial de ionização é bem menos eletronegativo que o Níquel, número atômico 28 situado na família 8B (metal de transição). Por outro lado, o raio atômico do lítio é bem maior do que o do níquel. 
2.1.3 – DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA
	A distribuição eletrônica é uma ferramenta muito importante, pois é através dela que determinamos quais elétrons da camada de valência ou do subnível de energia farão ligações com outros átomos formando substâncias ou moléculas. Na tabela 2 podemos perceber, através da distribuição eletrônica dos elementos, que o lítio apresenta 1 elétron na camada de valência e seu subnível mais energético é o s, por outro lado o níquel apresenta 2 elétrons na camada de valência e o subnível mais energético é o d.
Tabela 2 – Distribuição eletrônica dos elementos	
	Elemento
	Número de elétrons
	Distribuição eletrônica
	Elétrons na camada de valência
	Subnível mais energético
	
Lítio
	
3
	
1s², 2s¹
	
1
	
s
	
Níquel
	
28
	
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8
	
2
	
d
2.1.4 – CARACTERISTICAS QUIMICAS DOS ELEMENTOS.
	O lítio é o primeiro elemento do grupo dos metais alcalinos (família 1ª) e está no 2º período da tabela periódica, difere significativamente dos outros elementos do seu grupo devido a tamanho do cátion Li+. Trata-se de um metal de cor prateada altamente reativo principalmente em contato com água, o que faz com que não apareça isolado na natureza dificultando e encarecendo sua extração.
	 Por outro lado, o lítio apresenta a densidade mais baixa dentre todos os metais, o que aliado a seu elevado potencial eletroquímico vem a ser um ponto positivo quando utilizado na fabricação de pequenas e leves baterias de celular. Outro ponto positivo é que o lítio não é tóxico o que torna seu descarte mais seguro, e além do mais a demanda pelo metal é tão grande que a maior parte do lítio descartado é reaproveitado pela indústria inclusive na produção de novas baterias de celular.
	O Níquelé um metal de transição (família 8B) está situado no 4º período da tabela periódica, de cor branca prateada, dotado de qualidades significativas para indústria como a maleabilidade (capacidade de ser moldado) e a ductibilidade (propriedade física de suportar deformação quando submetido a ação de uma determinada carga), além de ser muito resistente a corrosão. Na fabricação de baterias o Níquel foi muito utilizado juntamente com o Cádmio (Cd) devido à forte solução pastosa eletrolítica que permitiu a construção de baterias pequenas e recarregáveis, todavia, tanto o níquel quanto o cadmio são altamente tóxicos o que pode tornar seu descarte trabalhoso e menos viável economicamente.
	As baterias de NiCd (níquel cádmio) foram muito utilizadas nos primeiros aparelhos celulares, que não possuíam muitas funções e nem exigiam tanto das baterias. Hoje em dia as baterias de Lítio (Li-ION) vieram para corrigir os defeitos e potencializar as qualidades das baterias anteriores (NiCd). É por conta de todas essas vantagens do lítio que a TKW Baterias trabalha única e exclusivamente com baterias de Li-ION.
2.2 – TESTE DE CARREGAMENTO E DADOS ESTATÍSTICOS 
	A TKW verificou a eficiência das baterias de celular que fabrica com a matéria-prima fornecida. A TKW avaliou os dados de carregamento do celular e o tempo gasto para uma certa carga esperada. Para esse estudo, a empresa pegou um celular totalmente descarregado e seguiu as etapas. Realizando a porcentagem da capacidade total que a bateria alcança de acordo com o tempo. O modelo do celular utilizado para o estudo foi um Smartphone Samsung Galaxy J5 Prime, e o carregador da marca Inova 2.1 A max, como mostra nas figuras a seguir, o modelo de cada objeto e suas especificações.
Figura 01 Celular utilizado no estudo (Smartphone Samsung Galaxy J5 Prime)
Fonte: Imagem retirada da internet 
Figura 02 - Carregador ultilizado no estudo(Inova 2.1 A max)
Fonte: Imagem retirada da internet
Figura 03 - Bateria de celular ultilizada( bateria da marca Samsung)
 
Fonte: Imagem retirada da internet
Especificações dos objetos da figura 02 e figura 03, respectivamente.
Entrada: 100-240v / 50-60Hz
Saída: Dc.5.0v - 2.1A max
- Leve, pequeno e fácil de carregar
- Modelo: G-12
- Corrente: 2000 mm (2.1A) 
Marca da bateria Samsung
-Modelo da bateria: EB-BG530BBC
-Marca :compatível Samsung
-Capacidade da bateria: 2600 mAh
-Tensão de saída: 3.8 V
	O estudo foi feito pela a empresa, iniciando o carregamento do celular e anotando a porcentagem de carga adquirida a cada 15 minutos, os resultados obtidos estão detalhados na tabela 3.
Tabela 3 – percentual de carga em função do tempo 
	TEMPO
(MINUTOS)
	PERCENTUAL DE CARGA %
	15
	15%
	30
	30%
	45
	46%
	60
	55%
	75
	66%
	90
	76%
	105
	86%
	120
	90%
	135
	100%
	De acordo com a tabela podemos analisar que o modelo de celular Samsung J7 prime e do carregador da marca Inova 2.1 A, utilizado no estudo levou 135 minutos para recarregar completamente o celular, foi observado que a proporção do percentual da carga em função do tempo variou consideravelmente, inicialmente estava aproximadamente 1% para cada minutos carregado, após os 60 minutos de carga esse valor variou, diminuindo a porcentagem de carga por minuto, variando assim,15 % ,10% e 4%( entre 105 e 120 minutos de carga) a cada 15 minutos sendo assim variáveis independentes. Concluímos que inicialmente o celular carregou mais rápido nos primeiros 45 minutos, e mais lentamente após os 60 minutos de carga. Lembrando que, esse tempo de carga poderá ser diferente de acordo com o modelo do celular e carregador. Existem vários smartphones disponíveis nas lojas que contam com recursos dos tipos fast chargequick charge ou turbo charge. São aparelhos cuja bateria pode ser recarregada rapidamente quando ele estiver ligado na tomada.
	Para se ter uma ideia, em alguns modelos é possível ir de 0 a 50% de bateria em apenas 15 minutos – e isso pode fazer uma grande diferença quando você tiver precisando. Não é o caso do “nosso” celular, pois ele não possui o tipo turbo charge.
Gráfico em dispersão; ilustrando o percentual da carga em função do tempo de forma Logarítmica 
Fonte: Feita no Excel pela aluna Claudiana C. Neves. 
	O gráfico acima mostra a função que descreve melhor a análise do estudo, estabelecendo um relação de tempo ( minutos) e o percentual da carga , com dados de acordo com a tabela feita no Excel, no gráfico mostra nitidamente pela linha de tendência que os valores dos percentuais de carga teve variações .Para que o mesmo celular e carregador estejam proporcionais, aproximadamente, aos valores acima, precisa que o celular carregue desligado completamente . Isso fará com que toda a energia recebida seja acumulada na bateria, sem nenhum tipo de dispersão. Dessa forma, quando você tirar o aparelho da tomada e for usá-lo novamente, certamente ele terá uma carga um pouco maior do que se você tivesse mexendo nele o tempo todo.
	Comparando os resultados observados durante o carregamento da bateria com os dados estimados pela função logarítmica que representa a linha de tendência encontrada no Microsoft Excel. Podemos calcular o percentual da carga estimada através da equação encontrada:
	
	O erro relativo exprime-se em termos de percentagem e define o chamado erro percentual ou percentual de erro, seu cálculo é importante pois ajuda e reduzir certas aproximações que podem gerar erros maiores. Consiste na razão entre o erro absoluto (diferença entre a medida exata e a medida aproximada) e a medida exata, assim:
	
	
Tabela 4 – percentual em função do tempo e erro relativo.
	Tempo 
(minutos)
	Percentual da carga observada
	Percentual da carga calculada
	Erro relativo 
	15
	15 %
	7,00% 
	53,33%
	30
	30%
	34,13%
	13,76%
	45
	46%
	49,99%
	8.67%
	60
	55%
	61,25%
	11,36%
	75
	66%
	69,98%
	6.03%
	90
	76%
	77,11%
	1,46%
	105
	86%
	83,14%
	3,32%
	120
	90%
	88,37%
	1,81%
	135
	100%
	92,98%
	7,02%
	Com base nos dados da tabela 4, podemos perceber que os menores percentuais de erro relativo ocorreram nos 25% finas de carga, onde os dados cresceram de forma logarítmica. A maior percentual de erro ocorreu nos primeiros instantes do carregamento, nos 15 primeiros minutos o erro relativo ultrapassou os 50%. Dessa forma podemos concluir que o percentual de carga em função do tempo varia quase de forma logarítmica durante os momentos finais do carregamento e de forma quase linear nos momentos iniciais.
2.3 – ESTUDO DA FUNÇÃO.
a) Domínio e Imagem da função
	A função encontrada na seção 2.2 relaciona a porcentagem da carga da bateria y em função do tempo x dado em minutos: 
	Para estabelecer o domínio da função devemos impor a condição de existência do logaritmo: existe se, e somente se Assim, em notação matemática temos que: 
	A imagem da função logarítmica é igual ao domínio de sua função inversa:
Logo, podemos concluir que a Imagem da função será formada por todos os números reais.
b) Quanto tempo levaria pra carregar 50% da bateria?
	Através da função inversa podemos determinar o tempo em função da porcentagem. Assim, para x = 50%, temos:
 
Logo, em aproximadamente 45 min a bateria estará com 50% da carga.
2.4 – LIMITE DA FUNÇAO.
	O limite de uma função tem o objetivo de determinar o comportamento da função à medida que ela se aproxima de determinados valores. Com relação à função , podemos determinar o comportamento dessa função quando o tempo x se aproxima de um valor muito grande, dessa forma podemos ver que quando o valor de x tende ao infinito o limite da função será o infinito. Assim:
 = 
= 0.3913 x - = 0.3913 x - 0.9896 = 
= .
2.5– LEGISLAÇÃO AMBIENTAL BRASILEIRA
A legislação ambiental brasileira é uma das mais completas do mundo. Apesar de não serem cumpridas da maneira adequada, as 17 leis ambientais mais importantes podem garantir a preservação do grande patrimônio ambiental do país. Entre tantas, esta é a que regulamenta a extração de minérios, de número 7.805 de 18/07/1989. Esta lei regulamenta as atividades garimpeiras. Para estas atividades é obrigatória a licença ambiental prévia, que deve ser concedida pelo órgão ambiental competente. Os trabalhos de pesquisa ou lavra, que causarem danos ao meio ambiente são passíveis de suspensão, sendo o titular da autorização de exploração dos minérios responsável pelos danos ambientais. A atividade garimpeira executada sem permissão ou licenciamento é crime. 
A temática ambiental não foi prioritária durante um bom tempo na América do Sul, com exceção do Brasil. Os problemas econômicos e políticos que Bolívia, Chile e Peru enfrentaram durante décadas constituíram par uma agenda que não permitiu que esses países seguissem as tendências internacionais ambientais, uma diferença crucial na proteção ambiental da atividade de mineração nos países da américa do sul é a sua localização geográfica. Enquanto na Bolívia, no Peru, no Equador , tem certa medida, na Colômbia e no Brasil, as minas de maior tamanho se situam em zonas relativamente povoadas, com forte concorrência com a agricultura e a pecuária, na Argentina e no Chile, as jazidas em exploração se encontram seja na alta cordilheira ou em zonas desérticas, usualmente distantes de zonas povoadas. Isto gera desafios muito distintos para o desenvolvimento da mineração.
Os países da américa do sul tem grande participação na mineração mundial, no entanto com exceção do brasil, os países que compõem estão devendo quando se fala de proteção ao meio ambiente embora seja explicado pela sua localização geográfica e econômica, no entanto dificuldades sempre ira existir ,cabe os governantes se conscientizar e adequar de maneira sustentável a exploração mineral.
3 – CONCLUSÃO
	De acordo com as exigências da TKW Baterias, foram realizadas as tarefas interdisciplinares com o intuito de verificar o padrão de qualidade da matéria prima de novos fornecedores. Ficou claro, através de comparações das características químicas, que as baterias de lítio (Li-ION) além de apresentar tecnologia de última geração, possuem um melhor rendimento e um descarte mais seguro. Motivo pelo qual a TKW trabalha única e exclusivamente com este tipo de bateria.
	Foi realizado um experimento com uma bateria construída a partir da matéria prima a ser testada, onde foi observado a porcentagem de carregamento da bateria em função do tempo, e verificou-se por meio de gráficos e estudos da função obtida pelo software Excel, que a bateria submetida ao teste apresentou resultados conclusivos e satisfatórios quando comparado aos resultados obtidos com baterias com qualidade certificada pelos padrões da empresa e exigências do mercado. 	Dessa forma esperamos que os novos fornecedores devam se adequar aos testes exigidos pela empresa e à legislação vigente referente a extração dos minérios e o descarte dos mesmos.
REFERÊNCIAS
GIBIM, Gabriela Faria Barcelos. Cálculo diferencial e Integral I / Gabriela Faria Barcelos Gibim – Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A, 2015.
CIZOTO, Sonelise Auxiliadora. Ética, política e Sociedade/ Sonelise Auxiliadora Cizoto, Daniela Maria Cartoni – Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A 2016.
CHIACCHIO, Rogério Siqueira. Matemática Instrumental/ Rogério Siqueira Chiacchio, Junior Francisco Dias - Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A 2016.
RIBEIRO – SANTOS, Thatiane Cristina dos Santos de Carvalho. Probabilidade e estatística/ Thatiane Cristina dos Santos de Carvalho Ribeiro - Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A 2015.
FÁBREGA, Francine de Mendonça. Química geral e experimental/ Francine Mendonça Fábrega - Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A 2016.
LITIO: PROPRIEDADES, APLICAÇÃO E EXTRAÇÃO. Disponível em http://www.electricalelibrary.com/2017/12/19/litio-propriedades-extracao-e-aplicacoes/ acesso em 26/10/2018.
MEIO AMBIENTE – AS 17 LEIS AMBIENTAIS DO BRASIL. Disponível em http://planetaorganico.com.br/site/index.php/meio-ambiente-as-17-leis-ambientais-do-brasil/ acesso em 23/10/2018.
Sistema de Ensino Presencial Conectado
ENGENHARIA CIVIL 2º SEMESTRE
ADENILSON UCHÔA DA SILVA
CLAUDIANA DE CARVALHO NEVES BARROSO
RENATO DE OLIVEIRA SILVA
BATERIAS DE CELUlAR:
TKW Baterias – Padrões de qualidade e requisitos necessários para novos fornecedores de matéria prima
Piripiri -PI
 2018
ADENILSON UCHÔA DA SILVA
CLAUDIANA DE CARVALHO NEVES BARROSO
RENATO DE OLIVEIRA SILVA
BATERIAS DE CELUlAR:
 TKW Baterias – Padrões de qualidade e requisitos necessários para novos fornecedores de matéria prima.
Trabalho de Produção Textual em Grupo – PTG apresentado à Universidade Pitágoras Unopar, como requisito parcial para a obtenção da aprovação semestral nas disciplinas de:
Cálculo Diferencial e Integral
Mariany Layne de Souza
Ética, Política e Sociedade
Jose Adir Lins Machado
Matemática Instrumental
Mariana da Silva Nogueira Ribeiro
Probabilidade e estatística
Camila Fogaca de Oliveira
Química geral e experimental
Bruna Goncalves de Souza
Da Universidade Norte do Paraná - UNOPAR
Piripiri
 2018