¿Como Cargar una Bateria de Plomo Acido?

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.

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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.

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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 medir la Capacidad de un Banco de Baterias de Plomo?

Por muchos años los usuarios de baterías, han vivido en un vacío de información, al menos que efectuaran un programa de mantenimiento periódico o ensayos de cargas completos. Hoy en día los responsables del área tienen un nuevo y efectivo método de análisis de datos denominado Metodo de Impedancia

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Recientemente ha tenido gran repercusión el ensayos de bancos de baterías por el método de la impedancia debido a que permite analizar las celdas selladas actuales a las que no se les puede medir densidad de electrolito.

La determinación precisa del estado de un banco de baterías estacionarias, es uno de los rubros que genera mayor incertidumbre a los encargados del aérea; más aún si los mismos no son especialistas en este tema, y además tienen también a su cargo el resto de las instalaciones eléctricas de una empresa.

Al realizar un ensayo para medir la capacidad de un banco de baterias de plomo-acido logramos dos objetivos:

  • Conocer el estado actual de nuestro sistema de baterías.
  • Elaborar una tendencia de degradación con respecto al tiempo (tendencia predictiva).

Antiguamente la única forma era efectuar realizar ensayos de cargas completas. Los ensayos cíclicos son costosos, insumen mucho tiempo y requieren personal técnico capacitado. Hoy en día los responsables del área tienen un nuevo y efectivo método de análisis de datos denominado método de impedancia.

Metodo de Impedancia para Medir la Capacidad de una Bateria

Existe un concepto muy importante y que debemos conocer:

El aumento de la impedancia interna de una batería es directamente proporcional a la disminución de la capacidad de retención de carga (Ah)

El método de impedancia permite a los ingenieros de ensayo “mirar por dentro” de los contenedores sellados y evaluar la condición de la celda o batería en funcionamiento. Esto ha demostrado ser un excelente camino para descubrir problemas que pueden conducir a fallas catastróficas.

La Impedancia brinda una medida de la resultante entre la resistencia y la reactancia de una celda electroquímica. El aumento de la impedancia a través del tiempo, aporta una referencia sobre cambios en las uniones internas y soldaduras de placas a bornes. También, y lo que es más importante, pone de manifiesto los efectos de la reducción del área efectiva de las placas, debido a la sulfatación.

La Resistencia brinda una medida de la calidad de las conexiones internas entre el terminal positivo y el negativo, incluyendo la resistencia de la solución electroquímica. Esta medición es sensible a cambios en las uniones entre placas.

La Reactancia es una medida de las características inductivas y capacitivas, las cuales son una función de las dimensiones físicas constructivas de una batería.

La Conductancia nos ofrece una medida relativa al estado superficial de las placas (sulfatación). La conductancia no es generalmente la inversa de la impedancia, ya que los métodos de medición son diferentes y a diferentes frecuencias; y sus conclusiones no son de la misma calidad o exactitud.

Circuito Interno de una Batería de Plomo Ácido

Es fácil deducir que si el circuito interno de una batería es el de la figura siguiente, un ensayo predictivo que analice todas estas variables al mismo tiempo (Ra + Rm + Ri + Cb), brindará en forma integral una información precisa del sistema.

Todo otro método de evaluación unitaria o parcial de esta cantidad de variables, brindará una información limitada sobre el estado de una batería. La figura muestra en forma simple los elementos que constituyen la magnitud impedancia.
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Rm = Es la resistencia “metálica” que abarca a las uniones entre placas y bornes.

Ra = Es la resistencia electroquímica, aportada por el electrolito y separadores de placas.

Cb = Es la capacidad formada por las placas en paralelo con un valor promedio de 1,3 a 1,7 faradios por cada 100 AH de capacidad de carga.

Ri = Es una resistencia no lineal que se origina entre las placas y el electrólito.

Medicion de la Impedancia de una Bateria de Plomo-Acido

La impedancia de una batería en buen estado, puede variar entre un ± 20% de la línea de base de impedancias, se define como línea de base de impedancia al promedio de las impedancias de todas las baterías que forman nuestro sistema (estacionario).

La única posibilidad de medir una impedancia es valiéndonos de la inyección de una corriente alterna de frecuencia y magnitud determinada en los bornes de la celda, la cual se superpone y no es influenciada por la corriente continua propia. Esto implica no tener la necesidad de desconectar la carga que en ese momento alimenta al sistema y aún el cargador que lo respalda. Esto se logra solamente si el equipo de ensayo tiene poder como para anular o ignorar el ripple (componente de alterna) de la fuente. Cada valor de impedancia de cada celda es almacenado como dato al igual que su tensión (CC).

El promedio de todos estos valores, es calculado automáticamente para crear una línea de base. Adoptando el parámetro práctico del 20% o según la IEEE en sus documentos 1187-88-89, la cual recomienda un máximo de desviación del 30%, se puede detectar cuales son las celdas defectuosas que superarán esta barrera o la tendencia al aumento de otras para fines predictivos. El incremento de la impedancia es el principal indicador de degradación paulatina.

Periodicidad de los Ensayos

Basándonos en las recomendaciones de la IEEE para batería selladas y ventiladas, surge la siguiente tabla

periodicidad ensayos baterias plomo acido

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