O papel fundamental do controle de umidade na indústria de baterias

A fabricação de baterias é um processo delicado, realizado em ambientes altamente controlados e com umidade extremamente baixa. No contexto do mercado brasileiro, em que a demanda por baterias de alta qualidade está em crescimento, e a umidade do ar atinge níveis elevados ao longo do ano, a precisão no monitoramento da umidade e o controle eficiente durante a fabricação são essenciais.

A sua fabricação requer um ambiente com umidade ultrabaixa. Sondas de ponto de orvalho estáveis, precisas e de resposta rápida são componentes essenciais dos sistemas de controle, que ajudam a melhorar a segurança, o rendimento e a eficiência energética. Durante a etapa intermediária da fabricação, que envolve a produção de eletrodos, montagem e finalização de células, o controle de umidade é crucial. Essas etapas ocorrem em salas e cabines secas e caixas de luvas, onde o controle da umidade é vital para evitar reações indesejadas, como a formação de hidróxido de lítio e gás hidrogênio, a formação de fluoreto de hidrogênio (HF) e a geração de subprodutos corrosivos pelo eletrólito.

A secagem eficiente e eficaz assegura:

- Proteção de pessoas e materiais, pois os produtos químicos utilizados são sensíveis à umidade e apresentam risco de explosão se expostos a níveis elevados de umidade,

- Maximização do rendimento, mantendo a qualidade do produto, uma vez que a umidade excessiva impacta negativamente na qualidade e na vida útil das baterias,

- Otimização energética, mantendo a secura ambiente da sala seca em níveis adequados, evitando tanto a secagem excessiva quanto a insuficiente, ambas extremamente custosas,

- Medição do ponto de orvalho na fabricação de baterias de estado sólido.

Para Egídio Ferraz, Sales Manager da Vaisala, os sensores de ponto de orvalho no secador precisam ser altamente responsivos para controlar o secador de forma rápida e precisa. Contudo, a precisão do sensor não é o único fator que afeta a eficiência da secagem. Uma sonda com um tempo de resposta rápido, sem os complexos loops de controle interno de alguns analisadores, faz toda a diferença no controle do secador e da sala seca em geral. O volume de ar sendo seco e empurrado através do processo é muito grande, então o consumo de energia pode facilmente disparar se o processo de secagem não for otimizado.

Tecnologias mais recentes, como as baterias de estado sólido, podem exigir condições mais secas, com a temperatura do ponto de orvalho tão baixa quanto -80°C em etapas individuais do processamento. Normalmente, essas etapas são realizadas dentro de cabines secas ou caixas de luvas, pois não é economicamente viável secar toda a sala seca até o mesmo nível de ponto de orvalho extremamente baixo. Os níveis de umidade nas cabines secas e caixas de luvas são monitorados em pontos críticos.

Hoje, o dispositivo de medição mais comumente usado para monitoramento e controle do secador é um sensor de ponto de orvalho baseado em tecnologia de polímero de filme fino. “A instrumentação anterior sofria com desvio, especialmente em baixos níveis de umidade, mas o desenvolvimento de tecnologias como a DRYCAP® da Vaisala possibilitou uma medição de ponto de orvalho precisa, estável e de resposta rápida, com desvio mínimo”, afirma Ferraz.

Mantendo a precisão nos sensores de ponto de orvalho

Os fabricantes de baterias utilizam um grande número de sensores ao longo de seus processos para medir, monitorar e controlar os níveis de umidade. O custo desses sensores é insignificante em comparação com o valor dos ativos e produtos que eles protegem. No entanto, é vital que os sensores sejam precisos e estáveis a longo prazo, por isso é importante selecionar os sensores corretos e implementar um programa eficaz de verificações de calibração.

Um fator-chave na escolha de sensores de ponto de orvalho é a disponibilidade de confiabilidade comprovada. Isso significa que os fornecedores de sensores devem ser capazes de demonstrar precisão e estabilidade a longo prazo, ao longo de muitos anos e em uma ampla variedade de ambientes em mudança.

Todos os sensores podem fornecer resultados de medição fora dos limites aceitáveis por várias razões que podem não ser imediatamente aparentes. A função mais importante da calibração é, portanto, verificar os resultados contra um padrão conhecido. No entanto, todos os dispositivos de medição desviam ao longo do tempo em maior ou menor grau, então garantir que esses sensores sejam devidamente calibrados em intervalos apropriados é essencial se suas leituras forem ser confiáveis a longo prazo.

Os sensores de ponto de orvalho usados nos processos intermediários da produção de baterias são instrumentos sensíveis e altamente precisos, mas a calibração é necessária para mais do que apenas evitar o desvio. Por exemplo, a precisão dos sensores pode ser comprometida por danos físicos ou outros fatores ambientais.

Programas de calibração para sensores de ponto de orvalho

Uma variedade de opções de calibração existe para sensores de ponto de orvalho em instalações de fabricação de baterias. Dispositivos portáteis estão disponíveis para verificações pontuais rápidas e convenientes e calibração no local. A vantagem desse método é que as sondas não precisam ser removidas do processo e o tempo de inatividade pode ser minimizado. “Além disso, alguns dispositivos, como o Indigo80 da Vaisala, podem ser usados como uma sonda de referência e enviados para calibração de fábrica completa com um certificado para rastreabilidade total de calibração”.

Alguns fabricantes de sensores operam centros de serviço credenciados para os quais sensores trocados podem ser enviados para verificações de calibração de rotina. Alternativamente, muitos fabricantes de baterias acham mais conveniente e econômico contratar o fornecedor de sensores para fornecer um programa de calibração a preço fixo.

Conclusão

É importante destacar as implicações potencialmente sérias de não implementar um programa eficaz de medição de umidade em plantas de fabricação de baterias. Os sensores de ponto de orvalho desempenham um papel crucial, por isso é vital instalar os sensores corretos e garantir que eles forneçam precisão e confiabilidade estáveis a longo prazo. Para alcançar isso, independentemente do sensor implantado, uma rotina de calibração eficaz é essencial para a operação eficiente e sustentável da planta; protegendo a segurança, a eficiência energética e a qualidade do produto das baterias.

Sobre a Vaisala

A Vaisala é líder global em medições climáticas, ambientais e industriais. Com mais de 85 anos desde sua fundação, a empresa é uma parceira confiável para clientes em todo o mundo, oferecendo uma gama abrangente de produtos e serviços inovadores de observação e medição. Com sede na Finlândia, a companhia emprega mais de 1.900 profissionais globalmente e está listada na bolsa de valores Nasdaq Helsinki. A Vaisala é também uma das poucas empresas que oferecem tecnologia em mais de um planeta: o Rover marciano Curiosity está equipado com sensores de pressão e umidade da Vaisala, para análise da superfície atmosférica de Marte.