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¿Como Cargar una Bateria de Plomo Acido?

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La carga de una batería es el proceso inverso de la descarga y, por lo tanto, debemos devolverle la misma energía que le fue extraída más (y aquí viene algo que solemos olvidar) un porcentaje adicional. ¿Por qué un porcentaje adicional y no exactamente lo que le sacamos? Porque, como toda máquina del mundo real, su rendimiento no es 1 (o 100%), si entendemos por este término a la relación entre la energía entregada en la descarga y la devuelta en la carga.

Valores típicos de rendimiento para las baterías de plomo-ácido son los siguientes: 80 a 85% para baterías de electrolito líquido o abiertas y 90 a 95% para baterías selladas. Las variaciones de estos porcentajes se deben a las distintas modalidades de carga y descarga con las que podemos encontrarnos de acuerdo con la aplicación. Dicho esto, vamos a la pregunta concreta

¿Cómo Cargamos una Batería?

La respuesta es que existen varios métodos de carga, entre los que citamos:

  • Suministrar corriente constante
  • Suministrar tensión constante
  • Suministrar una tensión creciente con corriente decreciente.

¿Y cuál es el que más conviene?

Digamos, en primer lugar, que el tercer método debería descartarse porque corresponde a cargadores muy elementales, sin ningún tipo de control electrónico. La mayoría de los cargadores de bajo costo son de este tipo y no son aptos para una batería que pretendemos que nos dure lo que nos dice el fabricante, por ejemplo, cinco años.

La mayoría de las baterías no fallan cuando se las usa como tales, es decir, entregando corriente durante un cierto tiempo. Por el contrario, se les hace daño al cargarlas con cargadores inadecuados como estos que mencionamos. Se trata de cargadores que al no tener ningún tipo de regulación, cargarán según como esté la red. En lugares donde la red esta baja, simplemente, no cargarán nada. Y cuando la red esté alta, provocarán una sobrecarga. Y, cuando la red esté normal cargarán en un tiempo mucho más largo del razonable.

Nos quedan, entonces, los primeros dos métodos. El cargador ideal es el que combina ambos métodos. A este tipo de equipo se lo suele designar como “cargador de corriente constante-tensión constante” o “cargador de tensión constante con corriente limitada”. Es muy frecuente encontrar esta denominación en los manuales de baterías.

¿Cómo funciona un cargador de este tipo?

El proceso es así: en un primer estado, al inicio de la carga, entregará corriente constante, manteniéndose así hasta que la batería alcance un determinado nivel de tensión. A partir de ese momento, el cargador pasará a un segundo estado en el que mantendrá constante ese nivel de tensión. Al mantenerse estable la tensión, la corriente comenzará a disminuir hasta que, al cabo de un tiempo, habrá llegado hasta un valor mínimo que también se mantendrá aproximadamente estable. Este será el momento de considerar cargada a nuestra batería y un cargador correctamente diseñado debería desconectarse indicando “fin de carga”.

Pero hay otra posibilidad, muy útil cuando se trata de baterías que, luego de cargadas, no serán utilizadas por algún tiempo. Esta es que, al finalizar la carga, el cargador pase a un tercer estado, también de tensión constante, pero de un nivel más bajo, denominado tensión de flotación. ¿Qué función cumple este estado de funcionamiento de un cargador? Mantiene la batería perfectamente cargada, compensando su auto-descarga. Y, entonces, estaremos seguros que, el día que la necesitemos, nuestra batería estará perfectamente cargada.

Este tipo de cargador es totalmente adecuado para cualquier batería de electrolito líquido y también para baterías selladas que se utilizan en aplicaciones de ciclado. Los valores de ajuste del mismo pueden llegar a ser diferentes según el tipo de batería a utilizar pero los estados de funcionamiento son los mismos.

¿Cómo sabremos cuando la batería ya está cargada?

Es una de las preguntas más frecuentes y engorrosas para contestar. Porque no es algo que se pueda determinar sin realizar mediciones. La primera respuesta a esta pregunta sería: “la batería estará cargada cuando hayamos devuelto los Ah que sacamos en la descarga más un porcentaje adicional debido al rendimiento de todo el proceso, por ejemplo un 10% más”.

Lo complicado es que no es fácil medir los Ah entregados. Ningún cargador de los que habitualmente se consigue mide este parámetro. ¿Y calcularlos en base al tiempo? Esto puede hacerse mientras estamos en la etapa de corriente constante (Ah entregados = corriente constante x tiempo transcurrido) pero ¿cómo hacemos el cálculo cuando la tensión se estabiliza y la corriente está disminuyendo permanentemente? No es algo fácil.

Recurriremos, entonces, a una regla práctica que da muy buen resultado. Consideraremos que la batería ha completado su carga cuando la corriente permanece estable, sin disminuir, durante un intervalo mínimo de tres horas. En las baterías con rejillas de aleación de plomo-antimonio, este valor de corriente mínima suele ser del 1% de la capacidad de la batería. Y en una con aleación de plomo-calcio, el valor es bastante menor, entre el 0,1 y el 0,3% de la capacidad, según el estado de la batería (aumenta con el envejecimiento).

Otra regla práctica, pero aplicable solo a baterías de electrólito líquido, y con nivel suficiente por encima de las placas como para poder extraer una muestra con un densímetro, es la de monitorear la densidad del mismo en la etapa final de carga y durante un intervalo de tiempo que también es de 3 horas. Si durante este tiempo, en el que la batería estará en franca gasificación y, por lo tanto, el electrólito en constante burbujeo, la densidad permanece aproximadamente estable, sin incrementarse, significa que la batería ya está plenamente cargada.

El gráfico que sigue a continuación muestra esta estabilización para el caso de la corriente de carga. Se muestra la carga a corriente constante-tensión constante y para dos regímenes de corriente constante, 0.1C y 0.2C, valores bastante típicos para cargar una batería.

carga corriente horas bateria

Lo primero que vemos es que al incrementar la corriente límite del cargador de 0,1C a 0,2C se logra una reducción significativa del tiempo de carga. En ambos casos se ha supuesto que la descarga fue completa. Se puede observar que el tiempo para completar la carga se reduce en no menos de seis horas. (considerando la estabilización de la corriente durante 3 horas) en ambos casos, la capacidad devuelta es un 105% de la nominal.

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¿Como Cargar una Bateria Sellada?

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Una batería que no se carga correctamente, se degrada químicamente de distintas formas y su desempeño comienza a verse afectado. Si la práctica de cargarla inadecuadamente se prolonga a lo largo de varios ciclos de carga y descarga, el fin de la vida útil se acercará de manera inexorable.

¿Qué significa “que no se carga correctamente”?

Nos referimos tanto al hecho de cargarla más o menos de lo necesario. En el primer caso, la sobrecarga conduce a una degradación prematura de las rejillas y la materia activa de las placas. En el segundo caso, la sulfatación producida durante la descarga no llega a revertirse por completo, haciendo de la misma algo permanente. En los dos casos, la batería pierde su capacidad para entregar corriente.

Hasta aquí, todo lo que hemos dicho es válido para cualquier batería y, en el caso de las de plomo–ácido, tanto para las de electrolito líquido como inmovilizado (normalmente llamadas baterias selladas).

¿Pero qué es lo que ha ocurrido en el caso de estas últimas?

En un comienzo, cuando su empleo comenzó a generalizarse debido a las grandes ventajas que tenían frente a las baterías de electrolito líquido, se difundió la información de que solo debían mantenerse a tensión de flote y que, luego de una descarga, esta tensión no debía modificarse, llevándola a un valor más alto (tensión de recarga). Hablando en términos prácticos, se decía que el rectificador de carga debía estar ajustado a una tensión de, por ejemplo, 2,27 V por cada celda (o sea, 13,62 V en el caso de los monoblocks de 12V).

Lo que no se aclaró debidamente es que lo anterior solo es válido para las aplicaciones llamadas estacionarias, es decir, aquellas en las que el rectificador se encuentra alimentando al consumo y la batería durante la mayor parte del tiempo de servicio, digamos más del 95% de ese tiempo. Otra forma de decir lo anterior sería señalar que la batería se descargará muy pocas veces a lo largo de su vida útil.

Sin embargo, ¿qué ocurre cuando una batería de este tipo se emplea en una aplicación donde se ve sometida a reiterados ciclos de carga y descarga? Podría tratarse de una aplicación de tracción (carros de golf, triciclos o bicicletas eléctricas), de una aplicación de energía solar o, sencillamente, de una aplicación donde se supuso que la red sería muy buena y luego resulta que se corta más de la cuenta.

En estos casos, según se puede ver en los manuales de varios fabricantes, es lícito incrementar la tensión de carga hasta 2,4 V por cada celda (o 14,4V en el caso de un monoblock de 12V). En otras palabras, se mantiene el procedimiento de carga (tensión constante con corriente limitada) pero la tensión puede incrementarse hasta el mismo valor que se emplea en cualquier batería líquida.

¿Por qué puede hacerse esto sin el riesgo de que la batería se dañe a pesar de ser sellada?

Sencillamente por el hecho de que estamos hablando de un tiempo de carga limitado a unas horas. La batería no permanecerá con el cargador “eternamente” conectado, como en el caso de las aplicaciones estacionarias, sino que, al cabo de su carga, volverá a descargarse.

curva carga tiempo capacidad bateria

Los tiempos de carga pueden acortarse si se incrementa la corriente a la que limita el cargador. Las curvas presentadas en el número anterior correspondían a la corriente típica de 0,1C. Pero este valor puede duplicarse sin que se ocasionen daños a las baterías.

En el gráfico de abajo se ve que al incrementar la corriente límite del cargador de 0,1C a 0,2C se logra una reducción significativa del tiempo de carga. En ambos casos se ha supuesto que la descarga fue completa. Se puede observar que el tiempo para completar la carga se reduce en no menos de seis horas. En ambos casos, la capacidad devuelta es un 105% de la nominal, aproximadamente.

Valores superiores a 0,25 ºC pueden provocar calentamientos excesivos y no se recomiendan. Y no debe dejarse de lado que incrementar la corriente de carga también hace que el cargador sea de mayor potencia y, por lo tanto, más caro.

Los fabricantes de estos productos recomiendan, como mencionamos, el procedimiento de tensión constante con corriente limitada dado que, aún sin atención del usuario, no ocasiona daños en las baterías.

El procedimiento de cargar a corriente constante está totalmente desaconsejado y solo puede utilizarse bajo control de personal especializado dado que puede llevar las baterías a tensiones muy elevadas, provocando un excesiva gasificación. La gasificación es un fenómeno relacionado con la electrólisis del agua que forma parte del electrólito de la batería. Comienza a observarse a una tensión de 2,2 VPC, incrementándose de manera importante por encima de 2,3 VPC. Esto no es contradictorio con la tensión que se recomienda para aplicaciones de ciclado que, según vimos, es de 2,4 VPC. ¿Por qué? Porque las baterías en aplicaciones de este tipo permanecerán un corto tiempo conectadas al cargador y antes de las 24 horas volverán a la situación de descarga.

Hasta aquí, los conceptos que hemos visto se refieren a la carga normal durante la operación de la batería.

Sin embargo, existe otra situación en la que una batería requiere carga: cuando ha estado almacenada durante un período superior a los seis meses o, también, cuando al ponerla en servicio existe la posibilidad de que deba entregar su energía antes de haber permanecido conectada al equipo de carga durante al menos 24 horas. Esta carga se denomina de refresco y su objeto es devolver a la batería la carga perdida debido a su propia auto-descarga.

Las baterías selladas se construyen utilizando aleaciones de plomo-calcio por lo que su auto-descarga es muy inferior a la de las antiguas baterías con aleación de plomo antimonio. Un valor típico de auto-descarga para estos productos es 3% a una temperatura 20 ºC en el depósito donde se encuentren almacenadas. Las temperaturas mayores incrementan esta tasa de autodescarga.

¿Cómo se realiza una carga de refresco en una batería sellada?

De la misma manera como se procede a cargar la batería después de una descarga normal: aplicando tensión constante (la recomendada es de 2,4VPC) con corriente limitada a los valores ya mencionados y durante un tiempo que depende del tiempo de almacenamiento. Consultando el manual de la serie CP de baterías Vision, encontramos la siguiente información:

  • Hasta 6 meses de su fecha de fabricación (o si se la ha retirado de servicio y permaneció almacenada durante ese tiempo), el tiempo de carga debe ser de 20 hora.
  • Entre 6 y 12 meses de la fecha de fabricación (o si se la ha retirado de servicio y permaneció almacenada durante ese tiempo), el tiempo de carga debe ser de 24 horas.

La fecha de fabricación se encuentra grabada en la tapa del monoblock mediante un código alfanumérico que varía de fabricante en fabricante.

Veamos ahora qué ocurre ante una descarga accidental de mucha profundidad (también denominada sobre-descarga). Por ejemplo, esto ocurre si el sensor de mínima tensión de un equipo no funciona bien y la descarga continúa por debajo del valor mínimo recomendado por el fabricante, por ejemplo, 1,75VPC.

Cuando una batería se descarga por completo, a) la utilización de ácido sulfúrico del electrólito es total y el electrólito ahora se compone solo de agua. Durante la recarga, esta condición puede producir dendritas metálicas que pueden penetrar el separador y ocasionar un cortocircuito en la celda.; b) la sulfatación de las placas y la resistencia interna asumen sus máximos valores.

Una batería, normalmente, puede tolerar esta situación si la misma se produce una o dos veces en el transcurso de su vida útil.

La batería se debe cargar a tensión constante de 2,27VPC, con la corriente limitada a los valores que hemos mencionado en los números anteriores, es decir, cómo máximo a 0,25C. La recarga de la batería debe realizarse durante un mínimo de 24 horas . También, puede ocurrir que, debido a la profunda sulfatación y gran resistencia interna, la batería al principio del proceso de recarga no tome corriente. Se debe tener paciencia y esperar y, salvo que la sulfatación ya sea irreversible, se observará, al cabo de unos 30 minutos, que la corriente comienza a incrementarse hasta llegar al valor máximo ajustado en el cargador.

placas sulfatadas mal carga descarga

La fotografía muestra un paquete de placas (en posición vertical), con sulfatación debido a descarga excesiva o carga inadecuada. Se observa el sulfato de plomo (en las placas retiradas, en posición horizontal). El sulfato está disuelto en el electrolito, pero termina precipitando sobre las placas y les da el aspecto blanquecino que es característico cuando está cristalizado y fuertemente adherido a la superficie. El sulfato incrementa la resistencia interna.

¿Cómo saber si la batería se ha recuperado al cargarla?

La única forma de saberlo, a ciencia cierta, es realizando una descarga a corriente constante, según alguna de las curvas que suministra el fabricante. En general, conviene elegir la curva que más se acerca a nuestra aplicación.

Si el resultado del ensayo anterior es que la batería tiene entre un 70 y un 80% de la capacidad nominal, se puede intentar realizar un nuevo ciclo de carga-descarga para ver si la recuperación es todavía mayor. El proceso puede repetirse hasta que ya no se obtenga ninguna mejora adicional en el desempeño. Con baterías que tenían poco uso antes de sufrir la sobre-descarga es frecuente que se logre una buena recuperación, a veces, de hasta el 90% de la capacidad nominal.

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