[Videograime] Calculando a Autonomia

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Já que iremos alimentar nosso Raspberry com baterias, como podemos calcular a autonomia?

Se você já deu uma olhada em baterias, verá que além da tensão (volts) elas também tem uma informação em mAh (miliamperes-hora). Quando falamos que uma bateria é de 2000mAh, estamos falando que se puxarmos 2000 miliamperes (ou 2 amperes) dela, ela irá durar exatamente 1 hora. E se puxarmos só 1000 miliamperes? Ela vai durar 2 horas!

Sendo assim, fica fácil saber quanto tempo nosso Raspberry irá rodar, se soubermos quanto ele puxa e quantos mAh nossa bateria tem, certo?

Mais ou menos. Lembre-se, estamos utilizando duas baterias 18650 em série, que somam 7.4v nominais. Nosso Raspi funciona em 5v, não em 7.4v. Nosso UBEC irá puxar X miliamperes a 7.4v das baterias, e entregar Y miliamperes a 5v para o Raspi. Sendo assim, não podemos fazer uma conta simples com o consumo do Raspi.

Para simplificar quebramos em etapas.

1) Quanta energia nossa bateria pode armazenar?
2) Qual a potência total do nosso conjunto?
3) Quais as principais perdas?


1) Quanta energia nossa bateria pode armazenar?
Podemos utilizar a seguinte fórmula para calcular o quanto em energia (joules) podemos armazenar em uma bateria:
Energia Total (joules) = Tensão Nominal (volts) * Corrente (Ampere) * 3600 (1h, em segundos)

Nossas duas baterias 18650 (3.7v) afirmam terem capacidade de 2500 mAh. Colocando as duas em série, somamos a tensão, e mantemos a carga, então temos 7.4v (3.7v por bateria), e os mesmos 2500mAh. A fórmula fica assim:

Energia Total = 7.4v * 2500mAh
Energia Total = 7.4v * 2.5Ah // Transformando mAh em Ah
Energia Total = 7.4v * 2.5A * 1h // Retirando o “h” de mAh
Energia Total = 7.4v * 2.5A * 3600s // Transformando o “h” em segundos
Energia Total = 18.5 Watts * 3600s // Multiplicando Tensão por Corrente e encontrando a potência
Energia Total = 66600 joules // Multiplicando pelo tempo que a bateria dura se utilizarmos essa potência

Agora, agora sabemos que podemos armazenar em nossa bateria 66600 joules!


2) Qual a potência total do nosso conjunto?

Nosso conjunto basicamente é composto de um Raspberry Pi modelo A e de um display LCD.
Pesquisei sobre o display que eu comprei (e ainda não chegou), e vi que ele deve consumir em média 350 miliamperes à 5v.
Nosso Raspi (como podem ver na foto) estava consumindo 220 miliamperes enquanto rodava Super Mario.

Raspi modelo A consumindo menos de 250mA

Raspi modelo A consumindo menos de 250mA

Somando os dois, o consumo total à 5v do nosso conjunto é 570 miliamperes. Desse modo, sabemos que a potência total do nosso conjunto é de 2,85 Watts (5v * 0.570A).


3) Quais as principais perdas?
Quando transformamos (através do UBEC) os 7.4v das baterias para 5v temos uma certa perda de energia. Normalmente essa perda é em calor, que é dissipado e não aproveitado. Nosso UBEC tem uma eficiência de 90%, que significa que perdemos 10% da energia para o ambiente em forma de calor.

Ora, se nosso UBEC tem 90% de eficiência, então não temos 66600 joules para usarmos como quisermos, e sim, só 90% disso. Então vamos ajustar nossa variável de “Energia Armazenada”, para refletir essa perda:
Energia Total = Energia Total * Eficiência do UBEC
Energia Total = 66600 joules * 90%
Energia Total = 66600 * 0.9
Energia Total = 59940 joules


Ok, agora temos as duas variáveis que necessitamos para calcular quanto tempo nossa bateria irá durar:
Energia Total = 59940 joules
Potência do Conjunto = 2.85 Watts

Podemos utilizar uma variação da fórmula de cálculo de energia para agora encontrarmos o tempo:
Tempo (segundos) = Energia Total (joules) / Potência do Conjunto (Watts)
Tempo = 59940 joules / 2.85 Watts
Tempo = 21031.57 segundos

E por fim, transformando esses segundos em horas temos finalmente a autonomia do nosso projeto utilizando as baterias em questão: 5:50

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