Bateria o acumulador

material didàctico.

1. BATERIA O ACUMULADOR Prof. MARLON AMAYA ORDINOLA TEC. MEC. AUTOMOTRIZ

2. Llamamos batería eléctrica, acumulador o simplemente batería al dispositivo que, formado por una o varias celdas electroquímicas, puede convertir la energía química que almacena en electricidad. A diferencia de las pilas, la reacción química que permite su funcionamiento es reversible, lo que permite volver a cargar la batería por medios eléctricos.

3. Las baterías se caracterizan fundamentalmente por los siguientes aspectos: El tipo o tecnología , según sea su naturaleza interna. La tensión o voltaje nominal que suministran. La capacidad de carga , que determina la intensidad que la batería puede suministrar a lo largo del tiempo a su tensión nominal. La energía , resultado de suministrar una intensidad a una determinada tensión a lo largo del tiempo. Factor de autodescarga , las baterías no mantienen la carga de forma indefinida, sino que la van perdiendo poco a poco. Efecto memoria , es un efecto no deseado que afecta a las baterías y que reduce su capacidad para almacenar energía. Otros aspectos a tener en cuenta son la intensidad máxima de carga o la intensidad máxima que una batería puede suministrar durante su descarga.

4. PRINCIPALES TIPOS DE BATERÍAS Dependiendo de la naturaleza interna de la batería y sus características electroquímicas, podemos distinguir varios tipos de baterías : Baterías de plomo-ácido Baterías de niquel -cadmio (Ni-Cd ) Baterías de niquel -hidruro metálico (Ni-MH ) Baterías de iones de litio (Li-ion ) Baterías de polímero de litio (Li-Po )

5. BATERÍAS DE PLOMO-ÁCIDO Son quizá el tipo de batería con más variantes y aplicaciones. Hay esencialmente dos grandes familias de baterías de plomo-ácido.

6. Baterías abiertas , comúnmente conocidas por su nombre en inglés como "flooded" o "wet", están compuestas por celdas con dos placas de plomo que hacen de electrodos bañadas en un electrolito líquido a base de ácido sulfúrico diluido. Los gases de las reacciones de carga y descarga se encuentran por tanto libres. En condiciones de uso extremas, estas baterías pueden llegar a desprender dichos gases (oxígeno e hidrógeno) que son altamente explosivos. Además, el ácido sulfúrico que contienen, que es muy corrosivo y tóxico, puede llegar a salirse en caso de rotura. Son el tipo de batería de plomo más económico y sencillo de fabricar. Al ser su electrolito líquido, deben mantenerse en posición horizontal y habitualmente requieren un aporte regular de agua para seguir funcionando. Dado que pueden expulsar gases, no deben emplearse en lugares cerrados. Como ventaja, además de su bajo precio, permiten altas demandas de intensidad y suelen tener una vida útil larga si se mantienen correctamente. Se utilizan habitualmente como baterías de arranque.

7. Baterías selladas , comúnmente conocidas por sus siglas en inglés VRLA (valve-regulated lead- acid ) o por su propiedad de ser baterías sin mantenimiento. Se diferencias de las baterías abiertas en que el electrodo está inmovilizado, bien empleando una malla de fibra de vidrio, bien añadiendo sílice en polvo para que el electrolito sea más viscoso. En el primer caso tenemos las baterías AGM (absorbed glass mat ) y en el segundo tenemos las baterías de gel. En ambos casos tenemos una batería que no expulsa gases y por tanto puede emplearse en espacios cerrados. Por otra parte, dado que su electrolito no es líquido pueden emplearse en cualquier posición y no necesariamente en posición horizontal. También son menos sensibles a golpes o vibraciones.

8. A TENER EN CUENTA A la hora de almacenar y utilizar baterías, conviene tener en cuenta algunas cosas: El factor de autodescarga condiciona el tiempo que una batería puede almacenarse sin sufrir daños. Si bien las baterías de litio pueden aguantar años sin descargarse y dañarse, el resto de tecnologías acusan una autodescarga que las dañará en unos meses. ¿Cómo podemos evitar que se estropeen? Cargándolas cada 2-6 meses, según la tecnología. Las de plomo mejor cada pocos meses; las de Ni-Cd o Ni-MH un par de veces al año. Cuando hablamos de la capacidad de una batería en amperios / hora (Ah) , esta capacidad se refiere a un tiempo de descarga "estándar" de 20 horas. Por ejemplo, una batería típica de plomo AGM de 12V y 7Ah nos brindará esos 7Ah si la descargamos durante 20 horas (o más).

9. Componentes de una batería

10. Placas positivas: Las placas positivas tienen dióxido de plomo (Peróxidos), en forma de pasta colocada sobre el armazón de la rejilla. Este proceso se llama pegado. Este material activo puede reaccionar con el ácido sulfúrico de la batería y es de color marrón oscuro.

11. Placas negativas: Las placas negativas se pegan a la cuadrícula con un plomo poroso puro, llamado plomo esponjoso, y son de color gris.

12. Separadores: Las placas positivas y negativas deben ser instalados alternativamente uno al lado del otro sin tocarse. Para que suceda esto se hacen uso de separadores de material aislante, que permiten un espacio para la reacción del ácido con ambos materiales de la placa, con todo esto, aislar las placas para prevenir cortocircuitos. Estos separadores son porosos (con muchos pequeños orificios). Los separadores pueden estar hechos de papel revestido con resina, caucho poroso, fibra de vidrio o plástico expandido. Muchas baterías utilizan separadores de tipo envolvente que encierran toda la plancha y cualquier material que pueda salir de las placas puede causar un cortocircuito entre las placas en la parte inferior de la batería.

13. Celdas o vasos: Las celdas o vasos se construyen de placas positivas y negativas con separadores aislantes entre cada placa. La mayoría de las baterías utilizan una placa más negativa que placa positiva en cada celda; en las baterías más nuevas usan el mismo número de placas positivas y negativas . En cada vaso (o celda) se puede alcanzar una tensión de 2,1 voltios, independientemente del número de placas positivas o negativas utilizadas . Las baterías típicas contienen cuatro placas positivas y cinco placas negativas por celda. Una batería de 12 voltios contiene seis celdas conectadas en serie, que producen 12,6 voltios (6 x 2.1 = 12.6) y contienen 54 placas (9 placas por celdas x 6 celdas). Ahora si la misma batería de 12 voltios tiene cinco placas positivas y seis placas negativas, con un total de 11 placas por celda, hacen un total de 66 placas (11 placas x 6 celdas), entonces tendría el mismo voltaje, pero la cantidad de corriente que la batería podría producir sería aumentado.

14. Electrolito: El electrolito es el término usado para describir la solución ácida en una batería. El electrolito utilizado en las baterías automotrices es una solución (combinación líquida) de ácido sulfúrico al 36% y 64% de agua. Este electrolito se utiliza para baterías de plomo-antimonio y plomo-calcio (sin mantenimiento). El símbolo químico de esta solución de ácido sulfúrico es H2SO4 . H2 = Símbolo para el hidrógeno (el subíndice 2 significa que allí hay dos átomos de hidrógeno) S = Símbolo del azufre. O4 = Símbolo de oxígeno (el subíndice 4 indica que hay cuatro átomos de oxígeno) El electrolito se vende premezclado en la proporción adecuada y es instalado de fábrica o añadido cuando se vende la batería. Nunca debe añadirse electrolito adicional a ninguna batería después del relleno del electrolito original. Es normal que un poco de agua (H2O) en la forma de gases de hidrógeno y oxígeno pueda escapar durante la carga como resultado de las reacciones químicas. El escape de los gases de una batería por la carga o descarga se llama gasificación. Sólo agua pura destilada debe añadirse a una batería.

15. Principio de funcionamiento El principio de funcionamiento de una batería se basa en un principio científico descubierto años atrás que dice : Cuando dos metales disímiles se colocan en un ácido, los electrones fluyen entre los metales si un circuito está conectado entre ellos. Esto se puede demostrar empujando un clavo de acero y una pieza de alambre de cobre sólido en un limón. Conecte un voltímetro en uno de los extremos del alambre de cobre y el clavo, y se mostrará el voltaje. Una batería de plomo-ácido completamente cargada tiene una placa positiva de dióxido de plomo (peróxido) y una placa negativa de plomo rodeada de una solución de ácido sulfúrico (electrolito). La diferencia de potencial (tensión) entre el peróxido de plomo y el plomo en ácido es de aproximadamente 2,1 voltios.

16. Durante la descarga El dióxido de plomo de la placa positiva (PbO2) se combina con el SO4 , formando PbSO4 del electrolito y libera su O2 en el electrolito, formando H2O. La placa negativa también se combina con el SO4 del electrolito y se convierte en sulfato de plomo (PbSO4).

17. Durante la carga Durante la carga, el sulfato del ácido sale de las placas positiva y negativa y regresa al electrolito, donde se convierte en solución de ácido sulfúrico de resistencia normal. La placa positiva regresa al dióxido de plomo (PbO2), la placa negativa es de nuevo el plomo puro (Pb), y el electrolito se convierte en H2SO4.