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Baterias de Plomo y Acido

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En el mundo de hoy, la energía eléctrica es un elemento tan importante que nos cuesta imaginar la vida sin ella. Los trastornos causados en las grandes ciudades por los cortes eléctricos son un ejemplo bastante ilustrativo de esto. La energía eléctrica puede generarse de muchas maneras, pero independientemente de esto, se nos presenta de dos formas principales, como Corriente Alterna (llamada comúnmente “AC”), y como Corriente Continua (llamada comúnmente “DC”).

La AC es la que todos conocemos, ya que hace funcionar prácticamente todos los electrodomésticos de nuestras casas, la iluminación en general, etc. La DC es otra forma de administrar la energía eléctrica, que entre otras cosas, es posible almacenar, como si habláramos de cajas o latas. ¿Almacenar? Sí. En ingenios comúnmente llamados Baterias, aunque la denominación general más apropiada es la de Acumuladores Eléctricos.

Los acumuladores eléctricos tienen la característica de recibir y almacenar la energía eléctrica, siendo capaces de entregarla cuando sea requerida.

A pesar del gran esfuerzo realizado en investigación de los diferentes tipos de materiales los acumuladores o baterias de plomo-acido son las preferidas e insuperables por el amplio rango de aplicaciones que tienen. El plomo es abundante y no demasiado caro y es por esta razón es idóneo para la producción de baterías de buena calidad en grandes cantidades.

Las baterías de plomo acido están presente muy frecuentemente en nuestras vidas , ya que arrancan millones de automóviles todos los días, brindan energía de emergencia a los sistemas de maniobras de las centrales eléctricas que iluminan nuestras casas y dan energía a nuestras fabricas, mejoran la calidad y confiabilidad de las telecomunicaciones, funcionan como backup de energía de las computadoras, brindan iluminación de emergencia, son el corazón de los sistemas de alarmas, intervienen en la energía necesaria para el funcionamiento de ferrocarriles, subterráneos y aviones, empujan a miles de auto elevadores eléctricos en plantas industriales, arrancan grupos electrógenos Diesel, proveen para señalamiento y balizamiento marítimo, almacenan energía solar y eólica para su posterior uso, entre otras aplicaciones que sería muy largo de enumerar.

Esta monografía sobre las Baterías (acumuladores) de Plomo Ácido fue realizado para la cátedra de Tecnología Electronica, la consigna era investigar y defender ante todo el curso una tecnología en particular, no necesariamente sobre electrónica pura, y al encontrarnos en ese momento realizando el diseño de un circuito electronico para el control y carga (mediante paneles solares) de un sistema de baterías para aplicaciones en area rurales nos pareció oportuno ahondar sobre este tema.

A continuación el índice de los artículos:

Más Información sobre las Baterías de Plomo Ácido


Preguntas Frecuentes sobre Baterias de Plomo Acido

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Generalmente cuando se empieza a estudiar las baterias o acumuladores de plomo-acido nos surgen muchas preguntas puntuales sobre las mismas. Hemos tratado de recopilar y responder las más usuales:

Preguntas Frecuentes sobre las Baterías

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Clasificacion de las Baterias de Plomo Acido

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Las baterias Plomo Acido pueden subdividirse o clasificarse teniendo en cuenta distintos criterios de selección. Sin intentar cubrir todas las alternativas, los criterios de selección más importantes son

¿Como se clasifican las Baterias de Plomo Acido?


Más Información sobre las Baterías de Plomo Ácido

¿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.

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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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Aplicaciones de las Baterias de Plomo Acido

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Las baterias o acumuladores de Plomo Acido pueden clasificarse de acuerdo a la aplicación para las cual se encuentra destinada.

Tipos de Baterías Según su Aplicación

En este tipo de clasificación tendremos:

Baterías Automotrices

Destinadas al arranque de automotores. Tienen que ser capaces de descargar el máximo de corriente posible en un corto espacio de tiempo manteniendo un alto voltaje. Tienen que ser capaces de aguantar muchas descargas incluso con cambios fuertes de temperatura. El peso, el diseño y la forma son también características determinantes.

Para poder cumplir su tarea principal que es arrancar un motor, se necesita mucha energía en un periodo corto de tiempo. Las baterías de arranque tienen generalmente una baja resistencia interna.

Esto puede lograrse con una gran área de superficie de electrodo, un pequeño espacio entre placas y unas conexiones “heavy-duty” (resistentes a duros servicios) entre celdas.

Funciones de la batería automotriz.

  • Proporcionar energía al motor (“burro”) de arranque, el sistema de inyección y el sistema de ignición, para encender el motor.
  • Ofrecer energía adicional cuando la demanda eléctrica del vehículo excede la que puede proporcionar el alternador.
  • Proteger el sistema eléctrico, estabilizando la tensión y compensando o reduciendo las variaciones que pu-dieran ocurrir dentro del sistema.

Baterías de Tracción

Es una batería que ha sido diseñada para soportar un alto ciclado. Es decir una gran secuencia de descargas, seguidas de las correspondientes recargas. Obsérvese que, una batería para uso estacionario, tendrá conectado un cargador (que, a su vez estará conectado a la red pública de alterna) por lo cual su descarga será muy baja. En cambio, una batería que alimenta un vehículo eléctrico, como un autoelevador eléctrico, todos los días tendrá un ciclo de descarga, mientras la máquina se encuentra trabajando, a lo que seguirá una carga durante el tiempo en que el operador descansa. Es decir, las baterías de tracción están sujetas a una constante y relativamente pequeña descarga, durante largos periodos de tiempo, lo que supone un alto grado de descarga. Hay que procurar recargarlas, preferiblemente de 8 a 16 horas cada día antes de que se vuelvan a descargar.

Se utilizan para entregar energía utilizada directamente para dar movimiento a un equipo, como ser un autoelevador eléctrico, una locomotora de minas, un carro de golf, etc.

Las baterías de tracción tienen electrodos muy gruesos con rejillas pesadas y un exceso de material activo.

Baterías para Energía Solar y Eólica

Almacenan energía eléctrica como resultado de la transformación de la energía solar o eólica.

Baterías Estacionarias

Para usos en comunicaciones, señalamientos, alarmas, iluminación, accionamiento, etc. Las baterías estacionarias están constantemente siendo cargadas y se debe tener cuidado de evitar que se sequen.

Se mantienen permanentemente cargadas mediante un rectificador auto-regulado. Este rectificador puede, también, alimentar a un consumo, como en el caso de las centrales telefónicas, o a otro equipo de conversión de energía, como en el caso de las UPS. En los sistemas de iluminación de emergencia, en cambio, el rectificador sólo alimenta a la batería. En cualquier caso, lo importante es que la batería se descarga con muy poca frecuencia y el rectificador debe recargarla, luego de una descarga, y mantenerla perfectamente cargada, compensando la auto-descarga interna. El Electrolito y el material de la rejilla del electrodo están diseñados de forma que se minimice la corrosión.

¿Qué tipos de baterías se usan?

Las baterías para aplicaciones estacionarias pueden ser de cualquier tecnología. No obstante, en el caso de optarse por Electrolito Líquido, se recomienda que las rejillas sean con aleación de Plomo-Calcio para que la reposición de agua destilada sea poco frecuente. Las placas pueden ser tanto planas como tubulares. Sin embargo, dado que el uso estacionario supone una baja frecuencia de descarga, las baterías de placas planas son las más convenientes por un tema de costo. Y la combinación ideal sería placas planas y Electrolito Absorbido dado que el costo es bajo y el mantenimiento muy reducido.

Baterías para U.P.S.

Para altas corrientes instantáneas o descargas menores de 60 minutos.

Con todo lo dicho anteriormente, nos damos cuenta, luego de esta reducida introducción, que para cada aplicación y condición de uso existe una batería adecuada.

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