curso de electric id ad del automovil estudio de la bateria

8/4/2019 Curso de Electric Id Ad Del Automovil Estudio de La Bateria

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1. Estudio de la bateria


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Fig. 1.1 Acumu-lador elemental.

-h-T,~ Jsimbolo

OBJETIVOS- Establecer el fundamento electrico en que esten basados los ecumu-ladores.- Conocer como esten formadas las bater/as cornercieles utilizadas en laactualidad.- Identificar al alumna can los procesos de carga y descarga de los ecu-mula dares y su funcionamiento interno.- Establecer las caracterfsticas electrices de los acumuladores.- Conocer las aver/as y causas que producen el deterioro prematuro delas bater/as, as! como los cuidados y normas a seguir para su conservecion.

EXPOSICION DEl TEMA1.1 Fundamento electrlco del acumulador1 . 1 .1 Acumulador

Se entiende por acumulador todo elemento capaz de almacenar energiapara ser utilizada posteriormente. Los acumuladores electricos transforman laenergfa que reciben de una fuente de alimentacion 0 generador electrico enenergfa qulmica, que almacenan en su interior, la cual durante el proceso dedescarga, de una forma reversible, transforma la energ!a qu!mica en energ!aelectrice.1.1.2 Proceso quimico de trenstormecion

EI proceso qulmico de transformaci6n en los acumuladores esta basado enel principlo de electro/isis, de forma que si se colocan dos electrodes rnetallcosdentro de un recipiente con una solucion acida 0 alcalina en agua destilada(electr6Iito) y se conectan los electrodos a un generador de corriente electrica,al pasar la corriente desde el electrodo positivo (anode) al electrodo negativo(catodo) a traves del electrolito. la corriente descompone el agua en sus ele-mentos basicos (O~) y (2 H+), depositandose el oxfgeno en el anode 0elec-trodo positive y el hidr6geno en el catodo 0 electrodo negativo (polarizacion),forrnandose un elemento galvanico capaz de generar una corriente electrice,por diferencia de potencial entre sus placas 0 electrodos.EI electr6lito cum pie una rnision importante en el proceso quimico de po-larizaci6n haciendo de conductor electrico entre el anode y el catodo, paraque a traves de el se cierre el circuito y pase la corriente; pero no todas las so-luciones son conductoras ni presentan las condiciones adecuadas para la des-composlcion ionica. como ocurre can el agua qulmicamente pura, que no esconductora en absolute. a la cual hay que ariadir sustancias acidas 0alcalinaspara hacerla conductora y, adernas, formar un electr61ito que resulte de tacildescomposici6n.Como electrodos puede utilizarse cualquier tipo de metal, pues todos ellospresentan fen6menos de polarizacion, creando una dif'erencia de potencial entresus bornes y, por ello, capaces de generar una corriente electrica. No obstante,no todos ellos son aptos para formar un acumulador que sea rentable industrial-mente en su utilizaci6n practice, debido a la pequefia capacidad que tienende absorci6n de enerqla, siendo en la actualidad el plomo (Pb), como resul-tado de muchas investigaciones, el mas id6neo para la fabricaci6n de baterias.1.1.3 Clesiticecion de los acumuladores

Sequn el tipo de elernento ernpleado para la fabrlcaclon actual de acu-muladores, estes se pueden c1asificar en dos tipos:Acumuladores de plorno,Acumuladores de ferro-niquel 0 cadrnio-nlquel.

1.2 Acumuladores de plomoLos acumuladores utilizados actualmente en los vehfculos autom6viles(fig. 1.1) ernplean como electrodos una sustancia activa formada a base deperoxide de plomo (Pb02) en el anode y plomo esponjoso (Pb) en el catodo,

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con una soluci6n acids de agua y acido sulfurico (504H2) para el electr6lito,torrnandose as! un acumulador de plomo capaz de producir entre sus bornesuna fuerza electromotriz (f. e. m.) de 2 voltios.Como en la practice se utilizan tensiones de 6, 12 y 24 voltios para ali-mentar los circuitos electricos instalados en los vehtculos, se agrupan en serievarios acumuladores de este tipo (fig. 1.2) para obtener la tensi6n deseada,por 10 que reciben cornunrnente el nombre de bateria de acumuladores.1.2.1 Descripclon de la bateria

Las baterias de plomo (fig. 1.3) estan formadas por un reciprente (1) depolipropileno 0 ebonita (cauchos endurecidos y moldeados) de alta resistenciaa los impactos, con una serie de tabiques del mismo material para formar losvasos que componen cada elemento. Dentro de estos vasos van montadasuna serie de pia cas (2) que contienen la sustancia activa (Pb02), formandoel polo positivo. Estas van unidas por un puente (3), ampliamente dimensio-nado, que asegura un contacto estable entre elias, evitando las caldas de tensi6ny las corrosiones. Intercaladas exteriormente a estas placas, se monta otro gru-po de piacas (4), tambien unidas por un puente (5), y que contienen la sustanciaactiva (Pb) que forma el polo negativo.

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-2

Fig. 1.3 Baterfa de plomo: A, forma exterior seccionada parcialmente; B, despiecede sus placas.

Entre placa y placa (fig. 1.4), se colocan unos separadores aislantes (6)a base de ebonita y lana de vidrio, inalterables a la acci6n qulrnica del acidosulfurico. Los separadores suelen ser ranurados 0 de formaci6n microporosa,para que a traves de ellos pueda circular el electr61ito y estar en perfecto con-tacto con el elemento activo de las pia cas.Estos separadores, a la vez que cumplen su funci6n como aislante, man-tienen con surigidez, firmemente unido, el paquete de placas, formando todoel un solido bloque con la carcasa, para evitar el movimiento y posible roturade las mismas durante la utilizaci6n de la baterfa.EI conjunto va cerrado con una tapa del mismo material que el recipiente,la cual Ileva una serie de taladros 0 bocas de Ilenado (7) (una por vaso). paraverter por elias el electr61ito y poder rellenar con agua los vasos durante el en-tretenimiento de la misma. Las bocas van cerradas con tapones de plastico (8)que impiden los derrames y Ilevan un agujero de respiraci6n por donde salenlos gases desprendidos durante las reacciones qulmlcas que se producen en elinterior.Cada vasa se Ilena con el electrolito, de forma que cubra completamentelas placas hasta 1 cm por encima de elias.1.2.2 Formecion de las pIacas

Las placas. identicas para ambos electrodos (fig. 1.4), estan formadas porun armaz6n reticulado de forma rectangular, con un espesor de placa que os-cila entre 3 y 5 mrn. sequn el tipo de baterla. EI material empleado para su fa-bricaci6n es el plorno duro (formado de plorno pure con un 6 % de antimonio)que Ie da dureza al plomo y resulta mas resistente a los efectos corrosivos delacido que se producen en el elemento de placa. Se obtienen por fundici6n delplomo en moldes 0 por laminaci6n del metal y troquelacion de la placa.

I" r , ~I~ ~,+(- _ . , -t i2 V __j

- - f - i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ~: I1 - - - _ _Q=J , :' v . .. .._ J

simboloFig. 1.2 Baterfa de ecumuledores.

~. A_.lJ___.. placapositiva

Fig. 1.4

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Los huecos 0 retfculas de las placas se rellenan a presi6n con la sustanciaactiva, que consiste para las placas positives en una mezcla de minio (Pb304)amasado con acido sulfurico (SO 4 H 2 ) diluido, formando una sustancia pas-tosa. color rojizo, que, despues de aplicada en la placa, se endurece rapida-mente. Para la placa negativa se emplea el /itargirio [6xido de plomo (PbO)lque se extiende sobre la placa para lIenar los huecos. Este 6xido de plomo,entre otros procedimientos, se obtiene al calentar el plomo puro con una llamade soplete, la cual produce la oxidaci6n del mismo, presentando una colora-ci6n amarillenta.Las placas asf formadas y secas se agrupan por medio de uniones facilmentedesmontables, a base de puentes de plomo, para formar los distintos elementosde la baterla. los cuales se sueldan con soplete de hidr6geno. EI numero deplacas a colocar por cada elemento esta en funci6n de la capacidad que se deseeobtener en el mismo, ya que, a mayor cantidad de places, mayor cantidad desustancia activa para reaccionar y, por tanto, mayor capacidad de carga.Una vez montados los elementos, se colocan en un recipiente con el elec-tr61ito y se someten a la acci6n de una corriente electrica suministrada par ungenerador, comenzando con una intensidad de 0,3 A/dm2 de placa, que seira aumentando paulatinamente hasta los 0,5 A/dm2 de placa. La corrienteque pasa de la placa positiva a la negativa, a traves del electrolito, descomponela molecule de agua en hidr6geno y oxfgeno como efecto de electr6lisis. EI hi-dr6geno liberado se apodera del oxfgeno que hay en el 6xido de plomo (PbO)de la placa negativa; se forma agua (H20) que pasa al electr6lito, con 10 cualesta placa ira quedando menos oxidada hasta el final de su regeneraci6n, enla que quedara solamente plomo esponjoso. Por otra parte, el oxfgeno liberadodel agua, se unira al 6xido de plomo de la placa positiva para formar el per6xidode plomo (Pb02).En el transcurso de formaci6n de las pia cas, la densidad del electr61itobaja rapidamente al principio, pero va aumentando poco a poco hasta el finaldel proceso. debido a la liberaci6n de acido en la placa positiva, y el color rojizode estas placas se va transformando en color pardusco, as t como el amarillentode las negativas pasa a un color gris clare, con 10cual se lIega al final del pro-ceso.Una vez formadas las placas, se sacan del recipiente y se lavan durantevarias horas con agua corriente para eliminar todo resto de acido en las mis-mas, dejandolas secar antes de ser colocadas en su recipiente de forma defini-tiva, el cual se Ilena de electrolito con la densidad adecuada.1.2.3 Formecion del electro/ito

1. Electro/ito //quido. Para formar el electr6lito, se emplea acldo sul-furico puro (SO 4 H 2 ) que se encuentra comercialmente concentrado al 100 %con una densidad de 1,83, siendo un llquido incoloro que disuelve todas lasmaterias orqanlcas y casi todos los metales, excepto el oro y el platino. AI plo-mo 10 disuelve solamente en estado concentrado e hirviendo, pero a un gradode concentraci6n corriente como se emplea en las baterfas s610 10ataca de unaforma superficial. formando una pelicula de sulfato de plomo insoluble en elagua, que evita la disoluci6n total del plomo.EI ernpleo de este acido para la formaci6n del electr61ito se debe a su granpoder de reacci6n y actua como un excelente catalizador en las reacciones qui-micas que se forman durante la carga y descarga; se emplea mezclado conagua destilada, qufmicamente pura, en una concentraci6n del 34 % de acido,la cual adquiere una densidad de 1,28 (tabla 1.5).Esta gran concentraci6n de acido, empleado en las baterfas transports-bles, en principio resultaria perjudicial para las 'placas; que el plomo sea atacadocon mas intensidad por el acido, se debe a la pequefia capacidad de Ifquidoen los vasos con relaci6n a la gran superficie de las placas, de forma que unamenor concentraci6n podrfa resultar insuficiente para que, al reaccionar con elplomo durante la descarga, no lIegara a liberalizar todo el oxlqeno de la placapositiva, interrumpiendo la polarizaci6n y, por tanto, su potencial electrico,No obstante, se debe vigilar con cuidado esta concentraci6n de acido, ya que,por efecto de evaporaci6n del agua, sobre todo en tiempo calido. la concentra-ci6n de acido unida a la temperatura interna, pudiera Ilegar a un punto quedisolviese las placas.En tiempo frio, la concentraci6n de acido infl uye favorablemente sobreel punto de congelaci6n del electr6lito, alcanzando sequn el estado de carga16


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Tabla 1.5 Densidades en funcion de la con-centracion de acido en el electr61itoConcentrecion Densidad Conducti-de electrolito l> bilidad

% ~10 1,08 0,39020 1,166 0,568- 23 1,190 0,590- 26,5 1,22 0,61530 1,249 0,635- 33,7 1,28 0,6540 1,332 0,67650 1.415 -

del acumulador, que oscila entre 1,28 y 1,15, unas temperatures limite de con-gelaci6n de 65C a 17C bajo cero; con esto, y teniendo en cuenta un estadomedio de carga, se a!canzaria un punto de congelaci6n de unos 40 bajo cero,suficientes para aguantar las temperaturas crlticas de la mayorfa de los palses.De todas formas, aunque el electr61ito Ilegara a congelarse, eso no impideque el acumulador siga suministrando corriente, afectando solamente a la ca-pacidad del mismo; tarnbien podrlan darse roturas en el recipiente, debido alaumento de volumen del agua, cuando la bate ria se encontrase totalmentedescargada .. 2. Electro/ito solido. Otro tipo de electr61ito ernpleado generalmente enbaterlas reducidas, es el electrolito en estado solido 0 gelatinoso, compuestode acido sulfurico y una pasta de asbesto fibrosa finamente molido, a cuyacornposicion se agrega vidrio soluble. Esta mezda se vierte en los recipientes,o vasos de la baterla. una vez formadas las placas. La mezcla, al cabo de unashoras, ha solidificado dentro del elemento,Este tipo de electr6lito tiene las ventajas sobre el liquido de que, en casode rotura del reciplente, no se interrumpe la corriente como ocurriria con losde Ifquido, al salirse este del recipients. Adernas, las placas permanecen perfec-

tamente estaticas en su alojarniento, mantenidas en la separacion justa por lapasta, sin necesidad de separadores, aumentando el contacto util entre electro-lito y placas; con ello, adernas. se impide el desprendimiento de ma te ria a ctiv aen las placas.Las desventajas de este tipo de electrolito, que hacen sea de escasa apli-caei6n en baterias industriales y en automocion. son debidas a que aumentala resistencia interna del elemento; ello hace que se reduzca su capacidad, yque con el tiernpo la gelatina se contraiga y agriete penetrando por ella par-tlculas de masa activa desprendida, la cual Ilega a poner en cortocircuito dichasplaces, acortando asl la vida utll del acumulador. Otra de las desventajas es quecon el tiempo va variando la densidad del acldo en las distintas capas del elec-tr6lito, con 1 0 cual las diversas partes de las placas trabajan irregularmente.1.2.4 Funcionemiento interno

Durante el proceso de descarga (fig. 1.6), la bate ria hace de fuente dealimentaci6n al circuito exterior, pasando la corriente desde la placa positivaa la negativa a traves de el, y por el interior desde la placa negativa a la positivaa traves del electrolito, que tiene un cierto grado de conductibilidad electrica.

Fig. 1.6 Funcionemiento inter-no en descarga.17

2 Tecnotoqlsde /a Automocion 2. 1


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EI paso de corriente por el electr61ito descompone la molecule de acidoque se ioniza en (SO~4) V (2 H+), de los cuales el sulfato se combina con elplomo de las placas (Pb+t) para formar el sulfato de plomo (S04Pb), electri-camente neutro; V el oxigeno liberado de la placa positiva (O~) reacciona conel hidr6geno (2 H+), para formar agua (H20), que se acumula en el electr6lito.Pb02 + 2 S04H2 + Pb - S04Pb + 2 H20 + S04Pb + calor

(+) (elec.) (-) (+) (elect.) (-)

A medida que la bate ria se descarga, la concentraci6n acida del electr61itodisrninuve, al haber menos acido V mas agua; esto hace que sea menos con-ductor, aumentando la resistencia interna en el elemento. En las placas se vaformando el sulfato de plorno que aumenta con la descarga hasta un limiteen que la resistencia del electr61ito produce una caida de tensi6n tal, que dejafuera de servicio utll la bateria.Si se sigue descargando el acumulador, las placas siguen sulfatandose amayor velocidad, debido a la mayor concentraci6n de acido en elias, hasta latotal reacci6n de su masa activa; en ese momenta las dos placas estan forma-das por sulfato de plomo V, al tener el mismo potencial electrico. la corrientees nula.Durante el proceso de carga (fig. 1.7), la baterla funciona como receptor,recibiendo corriente de un circuito exterior, con 10 que se produce la regene-raci6n de las placas por un proceso de reacci6n inverse a la descarga.

Fig, 1.7 Funcionamiento intern0en cerqe.

La corriente de carga que circula par el interior del elemento, desde la placapositiva a la negativa a traves del electr6lito, produce por efecto de electr61isisdel agua la descomposici6n de su molecule: esta se ioniza en (0"") V (H2+):el oxlqeno pasa a reaccionar con el plomo de la placa positiva, para formar elper6xido de plomo (PbO 2); V el hidr6geno con el sulfato liberado de las placasforma acido sulfurico (S04H 2), que pasa al electr6lito, quedando en la placanegativa el plomo poroso (Pb):S04Pb + 2 H20 + S04Pb --~ Pb02 + 2 S04H2 + Pb + calor

(+) (elect.) (-) (+) (elect.) (-)

A medida que aumenta la carga, el electrolito va aumentando de densi-dad, por perdida de agua V aumento del acido liberado en las placas, el cualse va haciendo mas conductor, dlsrninuvendo la resistencia interna del circui-to; a su vez, las placas se van regenerando al perder el componente acido. au-mentando la polarizaci6n V por tanto la fuerza electromotriz. La carga dura hastala regeneraci6n total de las placas, la cual se alcanza cuando la densidad delacido Ilega al limite establecido.1.2.4.1 Efectos producidos par las reacciones qulmicas

Durante el proceso interne de carga V descarga, las reacciones qufmicasindican 10 siguiente:1. Que la concentraci6n de acido es variable con la carga, 10 cual se-riala el estado de la misma en funci6n de su densidad, oscilando esta entre 1,28para la maxima carga V 1,19 para la minima carga admisible de util izaci6n (ta-

bla 1.8).2. La resistencia interna del acumulador es variable con la carga comopuede verse en el grMico de la figura 1.9. La cafda de tension en el elementoestara en funci6n de la conductibilidad electrica del electr61ito (tabla 1.5).18


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Ri Tabla 1.8 Estado de la carga en funci6n de ladensidad del electr61ito

Estado de carga % Densidad f. e. m.Plena carga 100 1,28 2,2 V

75 1,25Media carga 2 V

50 1,22 ,

Descargada 25 1,19 1,85 V

1,8

Fig. 1.9 vsriecion de la resistencia interna can la carga.

3. Si una bate ria se descarga muy a fonda hasta agotarla, al no habermas sustancia activa para reaccionar con el acido del electrollto, la sulfatacionse forma a costa del arrnazon de las placas, haciendolas irreductibles e irnpi-diendo el proceso inverso de regeneraci6n.4. Con un exceso de carga, el oxfgeno liberado en la descornposiclondel agua, al no tener sustancia activa con que combinarse, ataca el arrnazonde las placas positives, oxidandolas con un fuerte calentamiento, y el hidro-geno sale en forma de burbujas a la superficie del liquido. con peligro de ex-plosion. La desoornposicion masiva del agua aumenta la concentracion de aci-do sulfurico, que, unido a la temperatura interna, puede lIegar a disolver la sus-tancia activa de las placas e, incluso, al plomo del arrnazon, deteriorando comple-tamente la baterla,

1.3 Caracteristicas electrlcas que definen un acumuladorLas caracterlsticas electricas de un acumulador vienen determinadas por lafuerza electromotriz en barnes (f. e. m.) 0 diferencia de potencial entre sus pla-cas, la cual se mide en voltios y por la cantidad de electricidad capaz de su-

ministrar:Q = r . t

definida como capacidad del elemento y se expresa en arnperios-hora (Ah).Ambas caracterlsticas estan lntirnarnente I igadas a las caracteristicas cons-tructivas del acumulador, en tuncion de la sustancia activa empleada que de-fine el potencial electrico, de la cantidad de sustancia que determina la capa-cidad y de la forma de acoplamiento entre sus elementos, que determina laresistencia interna y la tension final en bornes para formar un acumulador dado.

1.3.1 Fuerza electromotriz en barnesLa fuerza electromotriz (f. e. m.) en bornes de un acumulador dependedel potencial electroqufmico correspondiente a los elementos que 10 forman;para un acumulador de plomo oscila entre 2,1 y 2,2 voltios, potencial que semantiene constants a circuito abierto, mientras exista masa activa capaz dereaccionar.Esta f. e. m. es variable con la carga y descarga del acumulador, debidoa la resistencia interna del mismo y se mantiene constants en vaclo lIegandoa 2,2 voltios por vasa; ello se debe a que, al no circular corriente alguna porel interior del elemento, la calda de tension es nula. conservando por tanto elpotencial electrico correspondiente a la masa activa.Cuando el acumulador esta sometido a un regimen de descarga (fig. 1.10),la fuerza electromotriz baja a 2 voltios porque, al circular la corriente por placasy electrolito, la resistencia interna de los rnisrnos produce una calda de tension

que disminuye la tension eficaz en bornes. siendo esta de:

t.em2,82,62,'

2

1 ,'

curvade cargaI

curva de descarga--~'1t. 78 horase = E - R j . I [1 .1 ] Fig. 1.10 Curvas de tension en cer-'ga y descarga.

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10 % deconcen-traci6n

1.77 Conductibilidad del elec-en funci6n de su can centra cion.

en la que:e tensi6n eficaz en bornesE tensi6n en vacioR j resistencia internaI corriente de descargaEsta tensi6n eficaz de 2 voltios aproximadamente se mantiene constante

durante un cierto tiempo (sequn la velocidad de reacci6n), ya que, al ser laresistencia interna muy pequefia. la variaci6n de calda detension durante esteperlodo se puede considerar despreciable; pero. a medida que aumenta la des-carga, la resistencia interna va aumentando pues es variable con la concentra-ci6n de acido en el elemento (fig. 1.9); con esto, al ir aumentando la resistencia.va aumentando tarnbien la calda de tensi6n y, por 10 tanto, disminuyendo latensi6n eficaz en bornes hasta lIegar a 1,85 voltios, valor del cual no se debebajar durante la descarga, ya que a partir de ahl la capacidad uti] del acumuladores muy pequefia, aqotandose rapidarnente si continua la descarga con peligrode una sulfatacion total de las placas y de perder el proceso reversible de carga.

Durante el proceso de carga (fig. 1.10), la tensi6n 0 fuerza electromotrizsube rapidarnente a 2,2 voltios per cada vase, pues la energia interna del acumu-lador (R: . I) es absorbida por el generador que suministra la corriente, man-teniendose la tension sensiblemente constante durante un cierto tiempo (velo-cidad de carga) y aumentando lentamente a medida que la conductibilidaddel electr61ito se va hacienda mayor, hasta el final de la carga que sube rapi-damente a 2,6 voltios.

Esta elevacion rapids al final de la carga se debe a la tensi6n propia delgenerador aplicado para efectuar la carga, la cual es absorbida por la resistenciainterna al principle, pero cuando el acumulador ha alcanzado su tensi6n no-minal, la fuerza electromotriz en bornes esta afectada por la del generador, deforma que cuando se interrumpe la carga, la fuerza electrornotriz en bornes 0tension en vaclo del acumulador baja a 2,2 voltios que es su tensi6n nominal.Ejemplo

Siendo la tensi6n nominal en bornes de un acumulador a plena carga V 1 = 2,2 V y su-poniendo la tensi6n del mismo cuando esta descargado V2 = 1,8 V, la caida de tensi6n de-bido a su propia resistencia i nterna sera de:

R j . I= V1 - V2 = 2,2 - 1,8 = 0,4 VSi se aplica una tensi6n de carga E = 2,6 V, la tensi6n eficaz de carga al principio de la

misma es de:e = E - Ri . I= 2,6 - 0,4 = 2,2 V

pero al Ilegar a final de la carga, como el acumulador ha alcanzado ya su tensi6n nominal(2,2 V), la caida de tensi6n es V1 - V2 = 2,2 2,2 = 0, por tanto la tensi6n en bornes alfinal de la carga, es la correspondiente a la tensi6n aplicada:

e = E - R j , I = 2 ,6 - 0 = 2 ,6 V

La figura 1.10 representa las curvas caracterlsticas de tensiones durantela carga y descarga de un acumulador de plorno, en funcion de una deterrni-nada velocidad de regimen, ya que el tiempo empleado durante la carga 0 des-carga dependera de la intensidad aplicada.1,3.2 Resistencia interne de un acumulador

La resistencia interna en un acumulador depende de muchos factores, en-tre ellos, la resistencia propia de las placas, la resistencia de los puentes de union,la resistencia de contacto del etectrolito can las pieces, y la resistencia propiadel electr6lito. Todos estes factores, a excepcion de la resistencia del electro-lito, son de muy diflcil valoracion. No obstante, debido a la gran conductibi-lidad electrica de los elementos metalicos actualmente ernpleados, se las puedeconsiderar despreciables, por ser muy pequefias y no influir notablemente enlas variaciones de carga al mantenerse constantes. Sequn esto, para el calculode la resistencia interna del acumulador, s610 se tiene en cuenta la resistenciapropia del electrotito, cuya conductibilidad electrica (~) por cm-. depende delgrado de concentracion (%) (fig. 1.11), el cual al ser variable con el estadode carga, aumenta 0 disminuye con la misma en un valor apreciable.20


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1.3.2.1 Conductibilidad total par placaSiendo el volumen de electr61ito situado entre dos placas (fig. 1.12), iguala la superficie de placa por la separaci6n entre elias (d ) y (0 la conductibili-dad del electr61ito por ern>, la conductibilidad total por placa es:

~p = Vp . ~ = Sp . d . ~ [1.2A)siendo:

t, p conductibilidad del electr61ito por placaVp volumen del electr61ito entre placas por ern>Sp superficie de una de las caras de placa en ern-d separaci6n entre placas en cmt, conductibilidad del electrolito par ern>

1.3.2.2 Resistencia par superticie de placaSiendo R e = la resistencia electrica del electrolito en Q sequn la den-

sldad del rnisrno. resulta que la resistencia Rp en Q que se corresponde porsuperficie de placa es:

I R p = To R e en ohmios [1.28]~ . Sp . d Sp . d1.3.2.3 Resistencia interne de un elemento

Y como las placas de un elemento de acumulador estan acopladas en pa-ralelo, la resistencia resultante del elemento es:

+R;R i resistencia interna de un elemento (placa) de acumulador en DNp numero de placas positivas de cada elementoDe la formula anterior se deduce:

[1.2C]

y sustituyendo el valor de Rp de la f6rmula [1.28] en la f6rmula [1.2C] y te-niendo en cuenta que cada placa positiva tiene dos caras activas, resulta parael valor de la resistencia interna R, de un acumulador:R e en ohmios [1.3A]Sp . d . 2 . Np

1.3.2.4 Resistencia total del acumuladorPor tanto, para una baterla formada por (N) elementos de acumulador enserie, para obtener una tension determinada, tendra como resistencia total re-sultante:

R: (total) N [1.38)e en QSp . d 2 . Np

EJEMPLO RESUELTOProblema 1

lCual sera la resistencia intern a, a plena carga, de una bateria de acumuladores formadapor 6 elementos con 4 placas positivas cada uno de ellos, que tienen una superficie de

Fig. 1.12

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150 x 175 mm, separadas por un aislante de 2 mm de espesor V sumergidas en un electro-lito cuva densidad a plena carga es de 1,28?

So/uci6n:Sepun la tabla 1.5, la conductibilidad ::; del electr61ito para una densidad de 1,28 es de

0,65, que resulta del calculo de la resistencia:1 1Re =T - - -0 :65 = 1,583 n

que sustituida en la f6rmula [1.38] va estudiada V dando valores a la misma, se tiene:6 x 1,538R it = -:-;:--~=-__:.::=::.=---;:----;--15 x 17,5 x 0,2 x 2 x 4 = 0,022 ohmios

1.3.3 Capacidad de un acumuladorLa capacidad de un acumulador viene deterrninada por la cantidad de ener-gla capaz de almacenar, la cual estara en funcion de la cantidad de sustanciaactiva que posea para reaccionar.Esta capacidad Q viene expresada en arnperios-hora (Ah), e indica la can-

tidad de electricidad que un elemento dado puede almacenar durante un ciertotiernpo, a un regimen de carga determinado, la cual se obtiene por medic dela formula:Q = I.t

es decir, multiplicando la intensidad de carga por el tiempo que dura la cargaa ese regimen, hasta que toda la sustancia activa haya reaccionado, terrninan-dose la carga cuando el electrolito alcance la densidad adecuada de origen.Ejemp/o

Un acumulador que tenga una capacidad de 40 Ah (sequn caracterfsticas del fabrican-tel, indica que puede almacenar, durante la carga, una energia de 1 arnperio durante 40 horaso de 10 amperios durante 4 horas, etc.. siendo siempre constante el producto (I . t) en fun-cion de la capacidad total del acumulador.

1.3.4 Energla y rendimiento de un acumuladorLa energia de carga, descarga e interior de un acumulador vienen rela-cionadas por medic de la siguiente expresion:

de donde:[1.4]

en la cual:We energia de cargaWd energia de descargaWi energia interior

Con estas formulas se puede establecer el rendimiento electrico " Y ) u de unacumulador, que viene expresado por la relacion existente entre la energia ca-paz de suministrar en la descarga y la energia absorbida en la carga:

" Y ) u

y como:V d . I d y We Ve . I,

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resulta que:

v d y Ve = tensiones de descarga y de carga en VI d e Ie intensidades de descarga y de carga en A

Suponiendo la carga y descarga a un regimen normal de funcionamiento(I e = I e = K), el rendimiento de la bater fa estara en funci6n de:

= 0 : (en %) I [1.5]VcComo durante la carga la tensi6n media aplicada es de 2,6 ; 2,2 2,4 V

I . , di did d 2 + 1 1 925 Vor vaso, y a tension me ia urante a escarga es e ="el rendimiento util es:

' Y ) u1,9252,4 = 0,802 _. 80 %

Este, como se ha comprobado, suele ser de un 80 % aproximadamentede la capacidad total del acumulador.1.3.5 Corriente de cortocircuito

Otrade las caracterlstlcas del acumuladoy , relacionada con su capacidad,es la corriente de cortocircuito, la cual indica la intensidad maxima (Icc) queun acumulador puede proporcionar en un momento dado. Se obtiene dividien-do la fuerza electromotriz en bornes E , por la resistencia interna del acumu-lador R v :I c c

ERi [1.61en amperios)

1.4 Acoplamiento de baterfasSe ha visto que un acumulador es capaz de producir en bornes una dife-rencia de potencial de 2 voltios. con una capacidad util que esta en funci6nde la masa activa 0, 10 que es 10 mismo, en funci6n de la superficie util de susplacas y del nurnero de elias que compone el elemento.En funci6n de estas caracterlsticas, se obtienen las baterias comerciales,agrupando varios elementos de acumulador en serie 0en derivaci6n, para ob-tener una baterfa con unas caracterfsticas de tension y capacidad solicitadaspor el clients. ya sean para su utilizaci6n en la industria 0 en el ramo del au-

tom6vil. EI conjunto esta disefiado para que cumpla estas caracterlsticas dentrode unos limites de manejabilidad en cuanto a sus medidas exteriores, las cualesestan comprendidas dentro de la normal izaci6n UN E.Ocurre a veces que, sequn los fines a que estan destinadas, 0 por necesi-dades del momento, se necesitan obtener unas caracteristicas de tensi6n ycapacidad determinadas; es por ello por 10 que se recurre a efectuar montajesde acoplarniento, partiendo de baterfas comerciales con caracterlsticas indivi-duales definidas; asl se obtiene la baterfa que se desea.Sequn la forma de conexionar los distintos elementos ernpleados, el aco-plamiento resultante puede ser:Acoplamiento serie.Acoplamiento paralelo 0 derivaci6n.Acoplamiento mixto.

1.4.1 Acoplamiento serie y caracteristicas del mismoEI acoplamiento en serie de batertas se realiza (fig. 1.13) uniendo el bornepositivo de un elemento con el negativo del siguiente, y asf sucesivamente,

+ +

Fig. 1.13 Acoplamiento de baterfasen serie.23


12/30

hasta obtener las caracterlsticas deseadas en funci6n del numero de elementosacoplados.Las caracterfsticas resultantes del sistema es que la fuerza electromotrizen bornes finales del acoplamiento es igual a la suma de las fuerzas electromo-trices de cada uno de los elementos:

Y si todas las baterfas son iguales:Et = N . E [1.7]

en la que:Et fuerza elect romotriz resul tanteN nurnero de baterias acopladasE f. e. m. de una bateriaDurante la carga 0 descarga en este circuito, la intensidad que circula atraves de todos los elementos se mantiene constante, 10 cual quiere decir quela capacidad resultante en Ah es la equivalente a la de uno de los elementosacoplados.

Ah = KEn estos tipos de acoplamientos la capacidad de los elementos empleadosdebe ser la misrna. con el fin de que durante la carga 0 descarga de los mismosse mantengan equilibrados. Si uno de ellos tuviera menor capacidad, duranteel proceso de carga, este elemento alcanzarla la plena carga antes que los de-mas, con 10 cual, al continuar el proceso. este elernento estaria sometido a unasobrecarga, cuvos efectos va se han descrito anteriormente. Lo mismo ocurredurante la descarga, que, al tener menor capacidad, se agotaria mas rapida-mente, produciendose la sulfataci6n de sus placas V disminuyendo a su vezla f. e. m. util del acoplamiento.La resistencia interna resultante de este acoplamiento es:Et = Rt I = R, . I + R2 . I + R3 . I = I . (R, + R2 + R3)De donde:

V para baterfas iguales resultara:R t [1.8]

siendo:Rt resistencia resultanteRj resistencia interna de una bate riaN numero de baterias acopladas


lCuales seran las caracteristicas resultantes obtenidas al acoplar 4 baterias en serie, sicada una de elias tiene unas caracteristicas individuales de 6 V /40 Ah?

Soluci6n:Teniendo en cuenta las f6rmulas estudiadas, las caracteristicas resultantes del acopla-

miento son:N . E 4 x 6 24 voltios } luego 24 V/40 Ah

Ah K

24


13/30

1.4.2 Acop/amiento en para/e/oEste acoplamiento se realiza (fig. 1.14) uniendo todos los bornes positivosy negativos respectivamente de cada uno de los elementos, para obtener lascaracterfsticas deseadas en funci6n del nurnero de elementos acoplados.~as caracterlsticas obtenidas por medio de este sistema de acoplamientoson una fuerza electromotriz constanre. ya que todos los bornes positivos conrespecto a los negativos se mantienen al mismo potencial:

Para este acoplamiento se requiere que todos los elementos tengan la mis-rna diferencia de potencial en bornes; de no ser asi, el de mayor potencial sedescargarfa a traves del otro.La capacidad resultante de este acoplamiento es igual a la suma de capa-cidades de cada uno de los elementos:

I t 1 1 + L + 13 + 2 : Iy en caso de ser iguales los elementos:

I t := N . I (en Ah) [1.10]Durante la carga 0 descarga de este acoplamiento, la corriente absorbidao cedida al circuito exterior es inversamente proporcional a su resistencia in-terna 0, 10 que es 10 mismo, directamente proporcional a su capacidad, ya quela corriente tiene que pasar por su circuito interno.La resistencia resultante de este acoplamiento es:

I t := R tde donde:

_1_ 1 + 1 + 1R t R l R 2 R 3Y en caso de igualdad de los elementos:

_1_ NR t Ri

de donde:Rt . B i _ _N [1.11]


lQue caracteristicas se obtienen al acoplar en paralelo las baterias del ejemplo anterior?Soluci6n:

N . I = 4 x 40 160 AhLas caracteristicas quedan representadas por: 6 V/160 Ah.

1.4.3 Acop/amientos mixtosEstos acoplamientos se obtienen, al conexionar diferentes elementos debaterla en serie y paralelo conjuntamente, para lograr un acoplamiento mixto

cuva resultante tenga unas caracterlsticas determinadas.

[1.9]

Fig. 1.14 Acoplamiento de baterfas enparalelo.

25


14/30

1,15 Acop/amiento serie-para-lelo.

1=E3 Ez:: :E ,l.---+-0 E,=cf,E, 0-_----'1.16 Acop/amiento perelelo-

serie.

Sequn la forma de conexionado entre estos acoplamientos, reciben lossiguientes nombres qenericos:- Acoplamiento serle-perelelo, el cual esta formado (fig. 1.15) por varioscircuitos serie acoplados en paralelo.Acoplamiento paralelo-serie, formado (fig. 1.16) por varios circuitos pa-ralelos acoplados en serie.Las caracteristicas resultantes de estes acoplamientos se adaptan a las yaestudiadas por separado en cada uno de los circuitos serie 0 paralelo, debien-dose tener presente y muy en cuenta a la hora de conexionar las caracterlsticasindividuales de cada elemento, para formar los grupos serie 0 paralelo y lasobtenidas en cada grupo, para formar a su vez el acoplarniento mixto.


Con cuatro baterias de caracteristicas 12 V /60 Ah, lque caracteristicas resultantes seobtendrian en un acoplamiento mixto serie-paralelo 0 paralelo-serie (figs. 1.15 y 1.16)?

So/uci6n:1,er caso. Acoplandoias en serie-paralelo se obtiene:Ramas en serie:

12 + 12 24 V } luego, en cada serie: 24 V /60 AhK = = 60 Ah

Acoplando las dos series en paralelo:K '" 24 V

It I, + 1 2 = = 60 + 60 = 120 AhLuego, las caracteristicas finales son: 24 Vj120 Ah.2. caso. Acoplandolas en paralelo-serie se obtiene:Cada grupo en paralelo:

E K = = 12 VIt I, + 1 2 '" 60 + 60 120 Ah

y los dos grupos acoplados en serie:12 + 12 24 V

It K = 120 AhResultando con unas caracteristicas finales: 24 V /120 Ah.Como puede comprobarse son identicas para los dos tipos de acoplamientos, cuando

las baterlas son iguales.

1.5 Cornprobacion y carga de una bateriaLas baterias que salen de fabrica se suministran con una carga cornpletade las mismas; estas, y debido a la prestaci6n de servicios que realizan en elautom6vil (alumbrado, arranque, etc.), estan sometidas a un continuo regimende descarga, haciendo que su capacidad se agote en un cierto tiempo, cuyaduraci6n esta en funci6n de la corriente suministrada.En los vehiculos, y a causa del circuito de carga instalado en los mismos,se produce la corriente necesaria para ir reponiendo la energia consumida enla baterla. de forma que al estar esta sometida a un regimen de carga y descargadurante su utilizaci6n proporciona una larga duraci6n y vida uti! en servicio.Ocurre con frecuencia que no todas las baterias estan sometidas a estascondiciones id6neas de funcionamiento, sino que par necesidades del servicio

26


15/30

(como ocurre en taxis, autobuses, etc.) estan sometidas a un regimen de des-carga continua, ya que el generador no es capaz, debido a su corto funciona-miento, de reponer toda la energia consumida, por 10 que Ilegan a agotarse.En estas condiciones, la recuperacion dentro del vehfculo es casi imposible,a no ser que se real ice un largo viaje de dia para aprovechar al maximo la ener-gia de\ carga, con 10 cual se consigue la recuperacion de la carga, aunque node una forma total, pero si la suficiente para otro largo perfodo de utilizacion.EI mejor sistema para obtener una recuperacion completa de las piacases sorneter a la bateria a un proceso de carga fuera del vehiculo por medio deun cargador de baterias, realizando previamente una comprobacion de las rnismas.1.5.1 Comprobecion de bater/as

Se ha visto que el estado de carga de un acumulador depende de la den-sidad del electrolito y de la tension eficaz en bornes del elemento, caracterlsticasintimamente ligadas con el estado de carqa (tabla 1.8); por 10 tanto, para com-probar la carga de una bate ria, se puede utilizar cualquiera de los dos medios:un dens/metro 0 un volt/metro-comprobador de baterlas, La utilizacion del den-simetro resulta mas eficaz ya que determina el estado exacto de carga, mientrasque el voltimetro solo determina las zonas limite de utillzacion de la baterla(carga - media carga - descargada), ya que en su estado medio de carga lasdesviaciones de aguja son practicarnente inapreciables rnanteniendose en sutension de utilizaci6n.1.5.1.1 Comprobecion de la baterla por medio del dens/metro

EI densimetro 0 pese-ecidos (fig. 1.17A) esta constituido por una probetade cristal (1) con una prolongaci6n abierta (2), para introducir por ella el ll-quido a medir, el cual se absorbe por el vaclo interno que crea una pera de goma(3) situada en la parte superior de la probeta. En el interior de la misrna, va si-tuada una arnpolla de vidrio, cerrada (4) y Ilena de aire, equilibrada con unpeso a base de perdigones de plomo (5); esta ampolla recibe el nombre deeerometro, el cual va graduado en unidades densimetricas de 1 a 1,30. La gra-duacion de esta escala se realiza por medio de densidades conocidas de elec-tr6lito, partiendo de la densidad del agua hasta la concentracion limite que sedesea.Otro tipo de densimetro aparecido recientemente en el mercado, es el re-presentado en la figura 1.17B, el cual lIeva adosado un cuadrante de medida(1), adaptado con escala de densidad y escala indicativa del estado de carga,el cual funciona por reaccion rnaqnetica de un iman (2) unido a la aguja indi-cativa, que se desplaza sobre las escalas, en funcion de la altura alcanzada porel aerometro (3) en el Ifquido del electrolito sequn su densidad,- Forma de medicion. Para rnedir con este aparato, se introduce su ex-trema abierto par la boca de cada vasa (fig. 1.17C), aspirando una cantidadde Ifquido suficiente para elevar el aer6metro y leer directamente sobre la escalagraduada, a t nivel del llquido, la densidad carrespandiente a cada vasa. Hechala lectura, se vuelve a introducir el liquida en el elemento a vasa de la baterla,

Fig. 1.17C Comprobaci6n can eldenslmetro.

3

electr61itoprocedentede la bateda~_areometro -

1. 1

1,2

1. 3 11 - - - - - - - - - - -

-'---'~2 Fig. 1.17A Dens/me-tro a pess-ecido.

Fig. 1.178

27


16/30

\\

Fig. 1.17D

g. 1.19A Comprobador de baterfa.

Fig. 1.198

Fig. 1.19C

- Dens/metro con escala de comprobecion en colores. Existen densl-metros en que el aer6metro 113vauna escala dividida en tres zonas de carga,con colores indicativos a cada zona (fig. 1.17D), de forma que, sequn en quezona estesituado el nivel del elsctrolito. indicara el estado de carga en la bateria.

- Momento oportuno de la verificaci6n de una baterla. Las pruebas condensimetro no deben realizarse inmediatamente despues de haber rellenadolos vasos con agua, sino que se debe esperar a que estase haya mezclado com-pletamente con el acido, pues de otra forma darla lugar a datos err6neos demedida, al tomar un electr61ito muy diluido.

Un buen rendimiento en la bateria se obtiene cuando la densidad del elec-tr61ito esta comprendida entre 1,24 y 1,26, correspondiendo a la plena cargauna densidad de 1,28.

voltimetro

puntasde abertura/

Fig. 1.18 Comprobador de bateria.

1.5.1.2 Comprobecion de la baterla par medio de un comprobadarLas pruebas de carga por medio del comprobador de baterias. se realizan

midiendo en descarga violsnta. la caida de tension en bornes del acumulador,ya sea vaso a vasa 0 del elemento en conjunto (fig. 1.19A). Estos comproba-dores (fig. 1.19B), estan formados por un soporte aislado con dos puntas deprueba, las cuales llsvan acopladas, en derivaci6n, un voltimetro y una resis-tencia 6hmica muy pequeria en serie con un amperimetro, para medir descargasde corriente hasta 250 A y suelen venir adaptados para poder acoplar en para-lelo con la resistencia. un shunt de resistencia variable (fig. 1.19C), 10 cualpermite comprobar baterlas de gran capacidad, con descargas de corriente dehasta 400 A.1.5.2 Carga de baterlas1.5.2.1 Rectificador de corriente

EI elemento mas usado en la actualidad, para cargar baterlas fuera del ve-hiculo, es el rectificador de corriente (fig. 1.20) que consists, sequn se puedeapreciar en el esquema de su circuito interne (fig. 1.21), en un transformadorde tensi6n (3), cuya bobina primaria (4) se conecta a la red industrial (125/220 V), a traves del conmutador (2). Con esto se obtiene en el secundario (5)una corriente alterna de 6-12-24 voltios, la cual a traves de un selector de ten-siones ,(6) y rectificada por medio de un puente rectificador (7) a base de diodoso placas de selenic. da una corriente continua que se puede adaptar a cualquiertipo de :)aterias. EI conjunto Ileva un amperimetro (8) para medir la corrientede carga seleccionada por medio de un re6stato (9). Como sistema de seguridadse intercalan en el circuito los fusibles (1).1.5.2.2 Observaciones a tener en cuenta antes de cargar la bater/a

Antes de poner bajo carga la baterla, se debe comprobar que este lirnpia,y el electr6lito, a su nivel correspondiente, conectandola al grupo de carga pormedio de las conexiones (10) y teniendo en cuenta la polaridad de la misma.1.5.2.3 Observacianes a tener en cuenta durante el proceso de carga

Hay que poner en marcha el grupo y regular la corriente de carga que debeser aproximadamente el 10 % de la capacidad nominal de la baterla en Ah, para28


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1 0

1 amperimetro2 dispositive de seguridad3 selsccion de tension4 conector para captar la temperaturadel electroiito5 tecla del interruptor general6 selecci6n de dlferentes intensidadesde carga7 piloto general8 selector-temporizador para regimende carga9 piloto indicador de carga lenta10 piloto indicador de carga raplda

Fig. 1.20 Diversos tipos de cargadores de beterle.

una descarga de 20 horas, cuidando de mantener esta intensidad durante lacarga, y comprobando que la temperatura interna del elsctrol.to no exceda de25 a 30 DC. La carga debe ser interrumpida cuando la temperatura en uno delos vasos centrales alcance los 45 DCY reemprendida de nuevo cuando se hayaenfriado.1.5.2.4 Carga repide de baterfas

No se recomienda el ernpleo de cargas rapidas, pues resulta perjudicialpara la baterla cuando se utiliza este sistema de carga con frecuencia.1.5.2.5 Condiciones para que una baterfa este bien cargada

La bate ria se considera cargada completamente, cuando se verifican almismo tiernpo las tres condiciones siguientes:1.8 Vivo desprendimiento de gases en todos los elementos de bateria.2 .a Cuando la tension en bornes es igual 0 mayor de 15,6 V a 25 DC Ymanteniendose constants durante dos horas consecutivas.3.a Cuando la densidad en cada elemento alcanza el valor prescrito de1,275 a 1,285.

1.5.3 Carga de tormecionCuando las baterias han sido descargadas por debajo de su limite de se-guridad, las placas se encuentran sulfatadas y abombadas, 10 cual hace muydificil su regeneraci6n por medio de una carga normal.Para tratar de recuperarlas, se las somete a una carga de iormecion queconsists en realizar una serie de cargas y descarqas lentas, hasta que la bateriaquede totalmente regenerada y en condiciones de prestar servicio util, Paraello se vacfa todo el liquido de los vasos y se lavan con agua destilada. se vuel-yen a rellenar con electrolito a la densidad adecuada y se deja reposar duranteun cierto tiernpo (aproximadamente 1 hora), para que las placas se ernpapende electr6lito. A continuaci6n, se la somete a una serie de cargas y descargaslentas, hasta que sus elementos alcancen la tensi6n de 2,2 V, con una densidadde 1,28, al final de la carga.

1.6 Averias mas frecuentes en los acumuladores de plomoy su reparacionLas averlas mas frecuentes que pueden darse en estos elementos y queson causa de una destruccion prematura de las baterlas, se las puede clasificaren los siguientes apartados:

L , 5

Fig. 1.2/ Circuito de un rectificadorde corriente.

29


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1.6.1 Sobrecarga continua en Jas bater/asComo se sabe. el paso de corriente de carga descompone, por electr6lisis,el agua del electrolito, la cual se ioniza en oxfgeno e hidr6geno, de forma queel oxigeno se combina con el plomo de la placa positiva para formar el per6xi-do de plomo (Pb02), y el hidr6geno con el sulfato (S04) para formar el acidosulfurico, que pasa al electrolito. Cuando una bateria esta completamente car-gada, si sigue recibiendo corriente, el oxigeno I iberado, al no tener suficiente

plomo activo para reaccionar con el, 10 hace con el armaz6n de las placas. alas cuales oxida produciendo un fuerte calentamiento, y el hidr6geno liberadosale en forma de burbujas al exterior con peligro de explosi6n.Otra de las consecuencias es que, a medida que va disminuyendo el aguadebido a la transformaci6n y evaporaci6n que ocasiona la sobrecarga, la con-centraci6n de acido en el elemento va aumentando a un grado excesivo que,unido a la temperatura interna. es capaz de disolver el plomo de las placas, tantode la materia activa como del armazon, ya que como se sabe son solubles enacido concentrado caliente, lIegando a la destrucci6n total de la baterfa.1. Efectos de una sobrecarga. Las consecuencias, pues. de una sobre-carga en las baterfas se pueden resumir en los siguientes puntos:

Sobrecalentamiento interno del acumulador.- Destrucci6n mecanica de las placas.- Destrucci6nde los separadores debido a la acci6n del acido concen-trado en la sobrecarga que los carboniza.- Cortocircuitos internos por destrucci6n de los separadores y acumula-ci6n de sedimentos que se depositan en el fonda del recipiente.2. Causas que origin an Ja sobrecarga en Jas baterlas acopJadas a los ve-hfculos. Las causas de una sobrecarga en las baterfas acopladas a los vehlcu-los sobrevienen generalmente por defecto 0 desajuste del regulador, el cualse debe comprobar haciendo un reglaje del mismo 0sustituirlo en caso necesario.3. Observaciones a tener en cuenta en los acumuladares sometidos a cargafuera del vehfculo. En los acumuladores sometidos a carga fuera del vehiculo,

es conveniente vigilar la intensidad de carga y el tiernpo empleado en la mis-rna. para no sobrepasar la capacidad maxima de carga.1.6.2 Descarga excesiva de una bateria

Cuando un acumulador se descarga, la concentraci6n de acido en el elec-tr61ito va disminuyendo, y en las placas va forrnandose el sulfato de plorno,hasta lIegar al limite de seguridad (densidad 1,19). Si se sigue descargandoel acumulador por debajo de ese limite, se puede lIegar a la suttetecion irreduc-tible de las placas, debido a que la concentraci6n de acido en el electr61ito estan pequefia que el agua contenida en el rnisrno se hace no conductora (fi-gura 1.11), impidiendo el proceso inverso de carga.

Causas que producen Ja descarga anormal de una bater/a. Una descargaanormaJ en la baterfa puede producirse por las siguientes causas:Agua insuficiente en la bateria, par falta de entretenimiento.- Baterla fuera de servicio durante un largo periodo de tiempo.- Carga insuficiente por defecto del regulador 0 defectuosa conexi6n delos terminales.- Cortocircuito exterior en la baterla, por suciedad en la rnisrna 0 malaislamiento de los conductores del circuito de utilizaci6n.- Cortocircuitos internes producidos por impurezas en el electr6lito. Con-viene vaciar la bateria y volver a Ilenaria con electr6lito, a la densidad adecuada.- Cortocircuitos internes por desprendimiento de la sustancia activa enlas placas. En este caso la bateria no admire carga 0 se agota rapidarnente, 10cual pide cambiar la baterfa.

Todas estas anomalfas se corrigen con un buen entretenimiento de la baterla.una revision del equipo regulador, y una carga de ia misma fuera del vehiculo,bien sea normal 0 de farmacion.30


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1.6.3 Otras causas de averfa que ocasionan la destrucci6nprematura en las bater/asOtras causas de averia ocasionadas involuntariamente, por desconoci-miento del usuario y que pueden dar lugar a una prematura destrucci6n de la

batetla. son las siguientes:- Descargas frecuentes excesivamente agotadoras.- Baterias conexionadas con su polaridad invertida. Este defecto produceuna destrucci6n rapida de la bateria, al someter sus elementos a una polari-zaci6n contraria de funcionamiento, produciendo ademas un deterioro en elregulador, al quemarse los contactos del disyuntor.- Por derrame del electr61ito cada vez que se adiciona agua destilada encantidad excesiva, que hace que el mismo vaya perdiendo densidad, produ-ciendo una reducci6n en la capacidad de la bateria.- Por elevaci6n de la temperatura interna, a causa de un agente exterior.Esto ocurre en las baterias colocadas cerca del tubo de escape 0 junto al mo-tor, cuya temperatura se transmite a la baterla. produciendo una sulfataci6nexcesiva por la acci6n mas enerqica de! acido sobre las placas.- Por rotura 0 sujeci6n deficiente de la bate ria en su alojamiento, queproduce roces en el recipiente y vibraciones internas durante la marcha delvehiculo, causando el desprendimiento de la materia activa de las placas, lacual se deposita en el fonda del recipiente, lIegando a formar cortocircuitos

internos.1.7 Entretenimiento de la baterfa

Para mantener la baterla en perfecto estado de uso. 10 cual significa unrendimiento 6ptimo de la rnisma y una larga duraci6n, se debe realizar peri6di-camente una revision de la misma; que consiste en cuidar y seguir las siguientesnormas de entretenimiento:1.7.1 Conservar la baterla siempre Iimpia

La suciedad, unida a la humedad ambiental forman sales conductoras queproducen una autodescarga en la bateria a traves de elias, efectuando adernasuna acci6n corrosive sobre las partes metalicas en contacto con ella.Peri6dicamente debera efectuarse un lavado de la bater ia, con sosa 0 bi-carbonato disueltos en agua, evitando penetre en el interior de la misma; y acontinuaci6n se aclara con agua limpia, dejando que se seque, perfecta mente,sobre todo los bornes de conexi6n. Limpiar los terminates de los cables de co-nexi6n, raspandolos con una carda hasta suprimir la costra s61ida formada porla corrosi6n.

Mantener limpios los orificios de los tapones de los vasos, para facilitarla salida de gases producidos en las reacciones qufmicas internas, ya que cual-quier obstrucci6n en ellos, por suciedad, puede dar lugar a una sobrepresi6ninterna, con peligro de explosion. y que podrfa dariar a los elementos.1.7.2 Comprobar el estado de las conexiones

Debera revisarse el estado de las conexiones, comprobando que tanto elterminal de masa como el positive estan perfecta mente apretados; los contac-tos flojos impiden el paso de corriente. 10cual se acusa en la puesta en marchay en oscilaciones de las luces.AI desmontar las baterias para su limpieza 0 carga exterior, hay que des-conectar primerarnente el cable de masa y luego el de corriente, procediendoen sentido inverse durante su acoplamiento 0 montaje en el vehfculo. Esta pre-cauci6n evita que por descuido se provoque un cortocircuito en la misma.Una vez embornados correctamente, recubranse los terminates de la baterlacon vaselina 0 grasa blanda, para evitar que la humedad ambiental forme salescon el plomo, creando una pellcula que aumenta la resistencia de contactoentre el borne y el terminal, y que a veces lIega a impedir el paso de corriente.1.7.3 Revisi6n per/6dica del electrolito

Comprobar peri6dicamente, sobre todo en verano, el nivel del Ifquido enlos vases. los cuales han de rellenarse siempre que sea necesario con agua des-tilada,31


20/30

EI descenso de nivel en los vasos es debido a la evaporacion normal delagua en el electr6lito, la cual se debe reporter para conservar la densidad delmismo dentro de los limites establecidos. Un descenso anormal de llquido enalguno 0 en todos los vasos de la baterla. de modo que oblique a efectuar re-"enos con frecuencia, indica que algo funciona mal en el sistema, debiendorevisarse cuidadosamente.Estas perdidas anormales de Ifquido pueden provenir de un agrietamientoen el recipients. 10 cual es mas peligroso porque tambien habra perdida de acido.notandose en sefiales recientes de humedad y corrosi6n en el soporte. La causamas probable de esta evaporaci6n anormal del agua debe buscarse en el cir-cuito de carga, ya que un regimen de carga elevado producido por desajustedel regulador provoca una fuerte elevaci6n de temperatura interna, con 10 cualla evaporaci6n de agua en el elemento es mas rapida que la normal.1.7.4 Controlar la densidad del electrolito

Peri6dicamente debe controlarse la densidad del acido en el electr6lito,la cual debe oscilar entre 1,26 y 1,28 para baterias bien cargadas. Para estacomprobaci6n deberan rellenarse los vasos con agua destilada, si es necesa-rio, hasta su nivel correspondiente, pero no se debe efectuar la prueba a conti-nuaci6n, pues darla resultados err6neos; reallcese despues de un cierto tiernpo,a fin de que el agua se mezcle con el acido.Esta prueba es necesario hacerla, va que durante el servicio de las baterlasla densidad en los distintos vasos puede desigualarse, dando fluctuaciones detensi6n y carga en el elemento, 10 cual requerirfa efectuar una carga de igualaci6n.Se consideran normales las variaciones entre vasos. no superiores a 2 centes!-mas en la densidad; estas variaciones entran dentro de los llmites tolerados.

1.7.5 Sujecion de la bater/aDebera comprobarse la sujeci6n y arnarre de la baterla en su alojamientoen el vehiculo, de forma que esta quede perfecta mente inmovilizada.Una fijaci6n deficiente produce, por el traqueteo del vehlculo en su des-plazamiento, un desgaste en las paredes del recipients. por el roce con los ele-mentos de fijaci6n. En el interior de la bateria, al estar las placas sometidas acontinuas vibraciones, se produce en elias desprendimientos de materia activa

que reducen la capacidad de la misma, los separadores se agrietan y por ellosentra parte de la materia desprendida, lIegando a formar un cortocircuito entreplacas.1.7.6 Cuidados en el arranque

Debera tenerse en cuenta el uso indebido de la puesta en marcha duranteel arranque del vehiculo, ya que un funcionamiento continuo del motor de arran-que, por la gran intensidad de consumo en este elemento, agotarfa rapida einnecesariamente la bateria.Por esto. el arranque debe hacerse en periodos breves de 1 a 3 segundoscomo maximo, repetidos cuantas veces sea necesario con intervalos de 10 a15 segundos. Estas precauciones han de tenerse muy en cuenta, sobre todoen invierno, cuando por causa de las bajas temperaturas el arranque se hacemas diflcultoso, produciendo fuertes descargas en la bateria.1.7.7 Cuidados especiales en per/ado invernal

Durante el periodo invernal, las baterias estan sometidas a un mayor con-sumo de corriente, ya que el motor de arranque necesita mas potencia paramover los orqenos del motor de combustion, debido a la condensaci6n delcombustible que proporciona mezclas mas pobres, y a la mayor resistencia quelos orqenos del motor oponen a moverse, por el aumento de la densidad en elaceite de engrase. Por otro lado, influye tambien el mayor consumo de luz, alhacerse antes de noche.Este mayor consume. teniendo en cuenta adernas que la capacidad enlas baterias se reduce a bajas temperatures, hace que el generador no sea su-ficiente para surninistrar toda la corriente de carga necesaria para mantenerlasbien cargadas, con 10 cual se iran agotando hasta lIegar un memento en quelas deja fuera de servicio. con el consiguiente trastorno para el usuario del ve-hlculo. Para evitar esto. conviene extremar los cuidados de la bateria duranteel perlodo invernal, procediendo a someterla a una carga fuera del vehiculo,32


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tantas veces como sea necesario, a fin de tenerla siempre en perfecto estadode uso.1.7.8 Conservecion de las bater/as fuera de servicio

Teda bateria no utilizada 0 almacenada pierde por dia alrededor del 1 %de su capacidad; por tanto, sl una baterla esta fuera de servicio durante un largoperfodo de tiempo, /lega a eqoterse completsmente, por sulfataci6n total desus placas. A partir de ahi, si sigue en ese estado, puede lIegar a ocurrir que lasulfataci6n del plomo se haga irreductible. destruvendose la bateria.

Las baterias que no han de ser utilizadas durante un periodo de tiempoentre 2 y 3 meses han de someterse a un entretenimiento de conservaci6n es-pecial, que consiste en someterlas por 10 menos una vez al mes a un regimennormal de carga, rellenando previamente los vasos con agua destilada, y com-probando la densidad del electr61ito al final de la carga.

Cuando se prevea un periodo de reposo 0no utilizaci6n, superior a 3 rneses,se procedera a dar al elemento una carga completa a tondo. y despues se vadael electrolito. lIenando los vasos con agua destilada, para lirnpiar las placas derestosde acido. Despues de un reposo de 6 horas, se vuelve a vaciar y se Ilenaninmediatamente otra vez con agua destilada limpia. En estas condiciones, seguarda la baterfa en un lugar fresco, se hace una carga de la rnisrnacada 2 mesesaproximadamente, efectuando las mismas operaciones de lavado y lIenado conagua destilada, y se comprueba peri6dicamente el nivel del agua para reponerlas perdidas por evaporaci6n, sobre todo en Verano.

En el memento de poner nuevamente en servicio estas baterlas, quiteseel agua y rellenese con electrolito, a 1,28 de densidad, sornetiendola a una cargade regeneraci6n antes de ser utilizada.

1.8 Baterfas de bajo mantenimientoEI avance tecnol6gico y nuevos rnetodos de investigaci6n sobre los acu-

muladores permiten hoy di a obtener materias primas con un mayor grado depureza y el ernpleo de modernas tecnicas en la fabricaci6n de componentes,con 1 0 cual se logra obtener baterias mas compactas y de mayor rendimiento,tanto electrico como mecanico.1.8.1 Ventajas de la eplicecion de nuevas materialesen los acumuladores

Las nuevas tecnicas ernpleadas para la fabricaci6n de placas y separa-dores permiten obtener hoy dia rejillas, con un menor contenido de antimonic,y separadores mas delgados, con mayor porosidad, 1 0 cual supone una serie deventajas sobre las baterias hasta ahora conocidas; estas ventajas se puedenresumir en los siguientes puntos:

Menor autodescarga en reposo.Mayor duraci6n util en servicio.Mejores prestaciones para el arranque.Mayor fuerza electromotriz en bornes.Menor consumo de agua.Mayor resistencia mecanlca.Menor entretenimiento.

1.8.2 Caracter/sticas y ventajas en la tebricecion de rejillesLa fabricaci6n de rejillas con menor contenido de antimonio (material que,

como se sabe, se adiciona al plomo puro para formar ef armaz6n de las placas,con 1 0 que se obtiene mayor resistencia mecanica y facilita los procesos de fun-dici6n de las mismas) reduce la autodescarga producida por la acci6n electro-quimica de este material sobre el plomo de la placa negativa, al depositarsesobrela sustancia activa. Estosupone que durante la no utilizacion de la bateria,o repose de la rnisma en horas de no funcionamiento, la autodescarga se re-duce al minimo, 1 0 cual se traduce en una mayor reserva de capacidad en elmomento de su utilizacion 0, 10 que es 10 mismo, mas tiempo en servicio (fi-gura 1.22A).

3. Tecnoloqts de /a Automoci6n 2.1

33

'":''"otiempo

baterla- bajo mantenimiento

50% mesesFig. 1.22A Curvas de autodescarga.


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1.8.3 Fabricaci6n de separadares que apartan ventajasa las acumuladaresLa fabricaci6n de separadores con pastas de mayor porosidad y menorespesor perrnite una mayor superficie de contacto del electr61ito con la sustanciaactiva; este, por la menor resistencia de las placas debido a la baja aleaci6nde antimonic, supone una menor resistencia interna en el acumulador, obte-niendose una mayor corriente de cortocircuito y una fuerza electromotriz eficaz

en bornes mas elevada (fig. 1.228). De ahf nace, como consecuencia, unamejor prestaci6n de servicios durante el arranque, aun en las mas duras con-diciones.

Fig. 1.228 Curvas de carga.

Por la menor resistencia interna del elemento, la energia no util absorbidadurante el proceso de carga se reduce, permitiendo el paso de una menor in-tensidad para conseguir el mismo efecto; con esto la descomposici6n del aguadurante su proceso interno de electr61isis se reduce, con un menor consumode la misma. Ello evita el peligro de una mayor concentraci6n de acido en elelectr6lito, que dana las placas y acorta la vida util del acumulador; asf se tieneque efectuar rellenos con menor frecuencia, reduciendo el riesgo de que estesse hagan con aguas de pureza no adecuada.1.8.4 Ventajas de las nuevas tecnices de fabricaci6nde los elementos de acumuladores

EI empleo de nuevas tecnicas para la fabricaci6n de elementos con mon-tajes en serie mas compactos mejora la resistencia interna de los paquetes achoques y vibraciones, obteniendo un conjunto de gran resistencia mecanica,que, unido a las mejoras electricas del mismo, hace que estos nuevos fabri-cados tengan una mayor duraci6n, con mejores prestaciones de servicio, redu-ciendo al mismo tiempo el entretenimiento de los mismos.

1.9 Bateria moderna sin entretenimientoComo ya hemos dicho. todas las baterlas estan fabricadas de plomo-antimonio. EI antimonio es necesario para dar a las placas un minima de du-reza y resistencia. Pero el antimonio es la causa de corrosion, descargas internasy evaporaci6n del agua, y al ariadir el acido la baterfa convencional tiene ya suvida limitada. .Esta baterla (fig. 1.23) ha conseguido resolver el problema eliminando

totalmente el antimonio en las placas y sustituvendolo con una aleaci6n decalcic, asegurando una larga vida, ya que elimina la corrosi6n en un 80 % .Ventajas sobre las baterlas de plomo-entimonio.

Tarnafio mas reducido, y menor peso.- Mayor potencia en cualquier epoca y temperatura.- No necesita agua, por 10 que quedan eliminadas las tres causas de fa-Ilos como son: negligencia, falta y exceso de agua e incluso la fuga de potenciapor corrosi6n.- Las baterfas normales, en alrnacen 0 autom6vil parade. se descarganen muy pocos meses; en estas mantiene su plena capacidad en un 90 % y escapaz de arrancar sin dificultad despues de 18 meses.- Minimize la evaporacion y corrosion en los bornes de la baterla evitan-do la dispersion de energia en los contactos polo-terminal.- Debido a su menor resistencia en las pia cas y separadores, surninistramayor potencia en Ia fase de arranque del motor.- Debido a Ia nueva aleacion de calcic- elimina la34


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Fig. 1.23 Baterfa sin entretenimiento.

1.10 Acumulador de ferr o-nlquel y cadmio-niquelEste acurnulador. cuyo funcionamiento y proceso qulmico de transforma-ci6n de energia es analcqo a los de plomo, es completamente diferente en cuanto

a su fabricaci6n y elementos empleados, asl como en las caracterlsticas obte-nidas en los mismos.Ueva (fig. 1.24A) como electrodes un anode (1). a base de oxido de nl-quel, y como catodo (2). hierro metslico 0 cadmio puro, sequn modelo, ence-rrados en un recipiente metalico (3) can una soluci6n alcalina, a base de lejiapotasica (4).1.10.1 Oescripcion de estos tipos de acumuladores

Estan formados por un recipients rectangular en chapa de acero niquela-do, con una serie de compartimentos 0 vasos para formal' en bateria un ele-mento de caracterlsticas determinadas. Dentro de cada vaso se disponen unaserie de placas del mismo material (acero niquelado) unidas par un puente ycon la sustancia activa correspondiente para formal' el polo positivo. Interca-iadas con elias, se dispone otro grupo de placas (N + 1). del mismo material,que contienen la sustancia activa (sequn modelo) para formal' el polo negativo.1. Seperacion entre places. La separaci6n entre placas se obtiene inter-calando unas barras de ebonite que mantienen la separaci6n permanente entreelias y forman un solido paquete que queda fijo en el recipients. y bien aisladodel rnismo sobre un zocalo de ebonita.2. Recipiente. EI conjunto se cierra con una tapa de acero niqueladosoldada al recipiente. la cual lleva los orificios 0 bocas de Ilenado correspon-dientes a cada uno de los vasos del eiemento formado, POI' los que se introduceel electrolito.3. Composicton de! electro/ito. Este electr61ito se compone de una so-lucien al 20 % de potasa caustics (KOH) con un 4 % de litio en agua destilada(Iejia que tiene una densidad de ,2, y con la cual se Henan los ve-

SOS hasta un nivei de 12 mm por encirna de las placas.

Fig. 1.24A Esquema de un ecumu-lador.

35


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o

positivas negativasFig. 1.248 Forma de las p/acas.

Fig. 1.24C Placas positives.

4. Caracterfsticas de la densidad. En estos acumuladores, al contrarioque en los de plomo, la densidad del electrolito no varia sensiblemente durantela carga y descarga, por 1 0 que no sirve como lndice para comprobar el estadode carga en los mismos. La densidad puede oscilar durante su larga vida defuncionamiento entre unos llrnites de 1,23 a 1,16; pero. si por cualquier cir-cunstancia sobrepasara esos llmites. deberan corregirse afradiendo agua des-tilada. para rebajar la concentracion, 0 afiadiendo lejia potasica, para IIegara la concentracion adecuada.

o

1.10.2 Forma y disposicion de las pIacasLas placas de forma rectangular (fig. 1.24B), fabricadas en acero nique-lade por troquelacion, IIevan una serie de huecos verticales u horizontales,donde se introduce la materia activa correspondiente, para formar las piacaspositives y negativas sequn modelo.1. Constitucion de las placas positivas. Las placas positivas (fig. 1.24C)van dispuestas con una serie de recipientes tubulares de 6,35 0 4,75 mm dediarnetro, formados con chaps perforada de acero niquelado y enrolladas enforma helicoidal para conseguir mayor resistencia rnecanica contra las dilata-ciones internas. Estes tubos en series de 15 se IIenan, con maquinas especia-les, de la materia active, altemando capas de hidroxido de nlquel [Ni(OH)z]y escamas 0 esponja de nlquel metalico puro (Ni). para asegurar la maximaconductibil idad de la materia activa.2. Configuraci6n de las pIacas negativas. En las placas negativas sedispone una serie de bolsas de chapa perforada en forma rectangular, cerradasy planas, en las que se introduce un compuesto de oxide de hierro (FeO) enfinas partlculas para los acumuladores de ferro-nlquel, 0 de cadmio puro paralos de cadrnio-nlquel.3. Proceso de fabricaci6n. Tanto las bolsas como los tubos se colocana presion en las placas por medio de una prensa hidraulica, quedando fijos ensu posicion. Los huecos de los recipientes, convenientemente dimensionados,permiten el libre acceso del electrolito por el interior de los rnisrnos, para que

pueda estar en contacto con la masa activa, impidiendo a su vez que esta salgade las bolsas.La union entre placas de la misma polaridad se realiza por medio de bu-lones de cobre niquelado, con separadores del mismo material, al cual se uneun esparraqo que sale al exterior perfectamente aislado de la tapa para la toma decorriente.4. Tlpos de pIacas. Sequn la utilizacion industrial de estos acumulado-res, se fabrican varies tipos de placas (fig. 1.25) denominadas con una letra(A-B-C) y compuestas por una 0varias series de tubos y bolsas de materiaactiva en funcion de la capacidad que se quieta obtener en el acumulador. EItipo de acumulador viene definido por el tipo de placa empleada y un sublndicesobre ella, que indica el nurnero de placas que componen el elemento.Por ejernplo: un acumulador del tipo (A5) indica que esta formado por

cinco placas positivas del modele (A), determinando asl la capacidad del mismo.

tubos consustancia activa,~

o

o

Fig. 1.25 Tipos de piacas.36


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1.10.3 Funcionamiento intern0EI funcionamiento interno en estos acumuladores, al igual que en los deplomo, esta basado en los principios de la electrolisis, sequn la cual. al circularuna corriente electrica y por un proceso quimico durante la carga y descargase rransporta el oxigeno de una placa a la otra.1. Proceso qutrruco durante la carga. Durante el proceso de carga (fi-gura 1.26), la masa activa de la placa negativa (FeO) forma con el agua delelectrolito un hidr6xido [Fe(OH) 2l que se ioniza con el paso de la corrienteen (Fe+) y (2 OH-)

Fe(OH) 2 + Ze: ---- Fe+ + 2 OH-y en la placa positiva, el hidroxido de niquel [2 Ni(OH)2l reacciona con losiones (OH-) de la potasa, para formar un 6xido de grado superior.

EI ion (OH-), desprendido de la placa negativa, pasa a reaccionar con elpotasio (K+) para formar nuevamente la potasa caustics (KOHL y el agua for-mada en la placa positiva pasa a t electr6lito, con 1 0 cual este no sufre varia-ciones durante la carga y descarga en cuanto a su concentraci6n, quedandonosasi en las placas cargadas el hierro rnetalico en la negativa y el 6xido de niquelen la positiva.

. . - - - - { G )-+.~----,

H

Fig. 1.26 Proceso inter-no de carga de un acu-mu/ador de Fe-Ni.

\+1

2. Proceso qulmico durante fa descarga. Durante el proceso de descarga(fig. 1.27), el proceso se invierte, pasando el agua del electrolito a reaccionarcon el 6xido niquelico de la placa positive, para formar el hidr6xido

pasando el ion (OH-) desprendido a reaccionar con el potasio, para formar(KOH). En la placa negativa, el hierro reacciona con el ion (OH-) del electro-lito formando nuevamente el hidr6xido de hierro.Fe+ + 2 OH- -- ... Fe(OH) 2 + 2e-

Como se puede apreciar, la solucion alcalina del electrolito, aunque formaparte en el proceso de carga y descarga, no sufre variaci6n alguna, ya que se

(-I

Fig. 1.27 Proceso inter-no de descarga de unacumu/ador de Fe-Ni.

(+) H (+)

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\

1.28 Curvas de carga y descar-en los acumuladores de Fe-Ni.

1.29 Curves de carga y descer-en los acumuladores de Co-Ni.

regenera durante ambos procesos: se puede por tanto representar el procesoconjunto en carga y descarga por las siguientes reacciones:

(+) (-) desearga (+) (-)Ni203 + 3 H20 + Fe + 2e- ~ 2 Ni(OHh + Fe(OH)2

earga

En los acumuladores de cadmio-nlquel, el funcionamiento interno es ana-logo a los de Ierrc-nlquel. obteniendose unas reacciones quimicas durante lacarga y descarga:

(+) (-) descarga (+) (-)Ni203 + 3 H20 + Cd + 2e- ~ 2 Ni(OH) 2 + Cd(OH) 2

carga

1.10.4 Caracterfsticas electrices de estos acumuladoresLas caracterlsticas electricas de estos acumuladores, al igual que en los

de plomo, vienen determinadas por la fuerza etectromotriz en bornes y la capa-cidad del elemento para almacenar energia, las cuales son variables durantela carga y descarga, y determinan el rendimiento util del acumulador.

1. Fuerza electromotriz. EI potencial electroquimico de los elementosempleados en estos acumuladores es inferior al obtenido con el plomo, resul-tando una fuerza electromotriz (f. e. m.) en vacio que oscila entre 1,36 Y 1,42voltios, y una capacidad que estara en funci6n de la masa activa colocada enlas placas, con un rendimiento util mas pequefio que en las de plomo (aproxima-damente 70 %).

En los acumuladores de terro-nlquel, la fuerza electromotriz necesariapara la carga oscila entre 1,5 y 1,82 voltios, la cual, como se puede apreciaren su curva caracterlstica (fig. 1.28) la f. e. m., sube rapldarnente a 1,7 voltiosy se mantiene sensiblemente constante hasta el final de la carga, resultandouna tension media de 1,67 voltios durante el proceso ultil de carga.

En descarga, por efecto de la resistencia interna del elemento, los valo-res eficaces de la fuerza electromotriz son variables con la velocidad de descar-ga, bajando de 1,45 a 1,22 voltios, donde se mantiene sensiblemente constante.y bajando progresivamente hasta 1 voltio al final de la descarga, con 10 que setiene una f. e. m. eficaz de utilizaci6n de:

1,25 voltios para una descarga de 10 horas.1,21 voltios para una descarga de 5 horas.1,16 voltios para una descarga de 3 horas.2. Rendimiento. Teniendo en cuenta los valores anteriores, el rendi-

miento util de los acumuladores de ferro-nlquel es:" f l u = _yj_cLWe 1,2251,67 = 0,7335 - 73,35 %

Los acumuladores de cadmio-nlquel presentan las mismas caracterlsticasen descarga, pero cambian sensiblemente durante la carga, en que la fuerzaelectromotriz (fig. 1.29) se mantiene constante desde el principio, entre 1,4Y 1,5 volt ios, subiendo al final de la carga a 1,82, 10 cual hace que aumenteligeramente el rendimiento sobre los de hierro.

WdI')u = We 1,2251,45 0,8448 - 84,48 %3. Condiciones de tension que determinan sf una baterla este 0 no descer-gada. Estos acumuladores se consideran cargados, cuando la tension final

maxima alcanzada sube de 1,82 a 1,85 V, despues de 15 minutos mas de cargay se consideran descargados cuando la f. e. m. en bornes baja a un valor de1 voltio por vaso. despues de una descarga de 5 horas.

4. Capacidad de un acumulador. La capacidad de estes acumuladoresviene determinada en funci6n de la sustancia activa colocada en la place po-sitiva, siendo la capacidad de carga de cada uno de los tubas colocados de38


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1,25 Ah. Por tanto, y sabiendo que cada serie de elementos por placa esta for-made por 15 tubes, se tiene una capacidad total por serie de:

O, = 15 x 1,25 = 18,75 Ahque proporciona una corriente de descarga de 3,75 amperios durante 5 horas.

Para una bate ria formada por un tipo de placa determinado, con variasseries por placa y sequn el numero de placas que contenga cada elernento, lacapacidad total de carga es:

O t = Os . Ns . N 18,75 . N, . N en Ah [1.12]siendo:

at capacidad total de la bateriaN, nurnero de series por placa (tipo de placa)N nurnero de placas por vase


LCual sera la capacidad de un acumulador constituido por 5 placas positivas. formadascad a una de elias por dos series de sustancia activa (Tipo B5)?

Soluci6n:Aplicando la f6rmula anterior estudiada se tiene:

at 18,75 x 2 x 5 = 187,5 Ah1.10.5 Conservecion y entretenimiento de las baterfas alcalinas

Estos acumuladores, aunque requieren un menor entretenimiento que losde plomo, necesitan una serie de cuidados para mantenerlos en buen estadode conservaci6n y funcionamiento, de forma que su rendimiento util sea eficaz.

Aparte de las normas generales sobre las precauciones a tener en cuentaen todo tipo de acumulador, se citan en este apartado las especlficas relativesa estos acumuladores, que consisten en 10 siguiente:

1. Estas baterias suelen suministrarse de fabrica cargadas 0 descer-gadas, a petici6n del cliente. Si vienen cargadas, es aconsejable antes de supuesta en funcionamiento, someterlas a un regimen de carga durante 1 6 2 ho-ras. a su intensidad normal de funcionamiento, y si estan descargadas, someter-las a un regimen de carga durante 12 a 15 horas.2. EI nivel del electr61ito debe mantenerse siempre por encima de lasplacas (unos 12 mm por encima de elias), afiadiendo agua destilada, si es ne-cesario.3. La densidad del electr61ito no sufre cambios importantes durante sufuncionamiento en carga y descarqa, produciendose un descenso gradual dela rnisma durante su vida util a un valor que oscila entre 1,16 y 1,17. Cuandopor cualquier circunstancia Ilegue a esos valores, conviene hacer una renovaci6ndel electrolito. para 10 cual se procedera de la siguiente forma:

- Descargar el acumulador a un regimen normal de corriente, hasta quela f. e. m. Ilegue a cero voltios.

- Extraer la soluci6n usada de electrolito, vaciando todos los vasos y lle-nar con un nuevo electr6lito, a la densidad adecuada. .

- Poner en carga el acumulador durante 15 horas, a su regimen normalde carga.4. Mantener el acumulador siernpre limpio y seco, por medio de aire

comprimido 0 vapor seco. y pintar peri6dicamente el exterior y compartimentosdonde se alojan, con una pintura asfaltica, para evitar corrosiones en las cajasrnetallcas.1.10.6 Comperscion crltice de estos acumuladores con los de plomo

Debido a la constitucion y caracteristicas electricas. estes acumuladorespresentan una serie de ventajas e inconvenientes sobre los de plorno, 10 cual

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hace sean utilizados en un campo espedfico de la industria, con gran aplica-ci6n en ciertos sectores; pero son de poca aplicaci6n, a pesar de sus ventajas,en los vehfculos autom6viles.Su aplicaci6n mas directa como elemento transportable es en tracci6n paravehfculos industriales (como carretillas de transporte, tractores y locomotorasde minas), en iluminaci6n de trenes y larnparas de minero. Como elementoestatico se emplea para fuentes de energia de reserve. iluminaci6n de emergenciay en sefiales de trafico para ferrocarriles.1.10.6.1 Ventajas e inconvenientes de estos acumuladores

Entre las ventajas e inconvenientes de estos acumuladores, con respectoa los de plorno, se pueden citar las siguientes:1. Ventajas:- Menor peso, muy a tener en cuenta como elemento transportable enun vehlculo.- EI electr61ito no ataca a los metales, 10 que proporciona una larga viday duraci6n, por la no destrucci6n de sus pia cas.Insensible a choques y vibraciones, que los hacen practicamente irrorn-pibles, debido a los elementos que 10 integran.- La masa activa contenida en los tubos y bolsas no puede desprenderse,

no dando por tanto lugar a cortocircuitos internos.- Se pueden poner en cortocircuito hasta su agotamiento, sin destruirlas placas.- Si se invierte por descuido su polaridad, no se deteriora.- Pueden dejarse en reposo 0 almacenados durante el tiempo que se desee,sin necesidad de entretenimiento.- Permiten una carga rapida sin calentamiento y una descarga completasin destruir sus placas.- Larga duraci6n y vida util en servicio, muy superior a la de cualquiervehiculo.2. Inconvenientes. Los inconvenientes mas irnportantes que irnpiden suutilizaci6n en vehfculos automoviles son los siguientes:- Mucho mayor costo de fabricaci6n y por tanto de venta al publico enel recambio.- Menor tensi6n eficaz en bornes por vaso, 10que pide colocar mas ele-mentos para obtener una tensi6n dada.- Menor rendimiento util de su capacidad en descarga.

CUESTIONARIO1.1 lEn que principios se basa el funcionamiento de un acumulador?1.2 Elementos que componen un acumulador de plomo.1.3 lC6mo esta farmado el electr6lito acido de un acumulador?1.4 lQue sustancias activas intervienen en la generaci6n de corriente, para los acu-

muladores de plomo?1.5 l Que misi6n cumplen los separadores?1.6 lQue objeto tiene el conectar varias placas en paralelo para formar un elemen-

to dado?1.7 Explicar el funcionamiento interno de un acumulador de plomo en carga y descarga.1.8 lCuales son las caracterlsticas comerciales de un acumulador y c6mo vienen re-

presentadas?1.9 l De que depende la resistencia interna de un acumulador y c6mo se obtiene?1.10 l De que depende la fuerza electromotriz 'en bornes y c6mo varia con la carga ydescarga?

1.11 lQue se entiende por rendimiento electrico de un acumulador?1.12 lQue se entiende por corriente de cortocircuito?1.13 Condiciones a tener en cuenta para realizer un acoplamiento en serie de acumu-

ladores y caracteristicas obtenidas.1.14 Condiciones necesarias para un acoplamiento en paralelo de acumuladores y ca-

racteristicas obtenidas.1.15 l Que elementos se emplean para comprobar baterias? Descripci6n de los mismos.1.16 lC6mo se comprueban los acumuladores de plomo?1.17 lC6mo se realiza la puesta en carga de las baterias?1.18 l C6mo puede cargarse una bateria ? Elementos empleados.1.19 lQue ocurre cuando una bateria de plomo se descarga par debajo de su ten-

si6n limite?

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1.20 lQue ocurre cuando se sobrecarga una bateria de plomo?1.21 Explicar las causas que pueden averiar una bateria de plomo.1.22 Normas para la conservaci6n y entretenimiento de las baterias de plomo.1.23 lEn que se basan las baterfas de bajo mantenimiento?1.24 lQue ventajas representan las baterias de bajo mantenimiento?1'.25 lC6mo estan formados los acumuladores de ferro-niquel?1.26 lQue sustancias activas intervienen en los acumuladores de cadmio-niquel?1.27 lQue diferencia hay entre el electr61ito empleado en los acumuladores de plomo

y el empleado en los alcalinos, en cuanto a su participaci6n en las reacciones quimicas?1.2S lC6mo estan formadas las placas positivas de los acumuladores alcalinos?1.29 Ventajas e inconvenientes de los acumuladores alcalinos con respecto a los de plomo.1.30 lC6mo se determina cuando estan cargados 0 descargados los acumuladores

alcalinos?

EJERCICIOS1. En una bate ria de 6 elementos cada uno de ellos esta formado por 5 placas positi-

vas y 7 negativas, cuyas dimensiones son de 120 x 160 mm, con un separador entre placasde 2 mm de espesor. Siendo la conductibilidad del electr61ito entre sus limites de carga y des-carga de ~ = 0,650 Y 0,5S5, Y la resistencia interne de los dernas componentes de 0,004 ohmios,calcular la resistencia interna media de la bateria.

2. Una bateria form ada por 6 elementos de acumulador en serie admite una carga de4 amperios durante 20 horas. Determinar las caracteristicas del acumulador y la capacidadutil en descarga, considerando un rendimiento del 80 % .

3. lCuanto tiempo tardaria en descargarse una bate ria de 120 Ah, con un rendimien-to del 80 % , a un regimen de descarga de 12 Ah?

4. Un acumulador, cuyas caracteristicas son 12 V /60 Ah, tiene una resistencia inter-na de R = 0,03 ohmios. Calcular la corriente de cortocircuito que puede proporcionar dichoacumulador.

5. Se dispone de tres baterias de caracteristicas 12 V /60 Ah y se desea saber c6moacoplarlas para poder arrancar un motor de arranque cuya potencia es de 1 SOO W a 12 V,Dibujar el acoplamiento realizado y las caracterlsticas obtenidas en el mismo.

6. Se dispone de tres baterias cuyas caracteristicas individuales son las siguientes:2 baterias de 6 V/ 40 Ah1 bateria de 12 V/40 Ah

y se desea establecer el conexionado de las mismas, para obtener unas caracteristicas resul-tantes de 12 V/SO Ah.

7. Se dispone de 5 baterias con las siguientes caracteristicas:2 baterias de111bateria debate ria de

6 V/20 Ah12 V/40 Ah12 V/60 Ah

de 24 V/120 AhateriaSe pi de c6mo habra que conexionarlas para obtener un acoplamiento de caracteristicas:36 V/120 Ah.

S.O Una bateria de 12 V, con una capacidad de SO Ah Y un rendimiento del SO % , su-ministra corriente a un circuito exterior formado por dos lamparas de alumbrado, cuya poten-cia es de 45 W cada una y al circuito de encendido que tiene una resistencia total de 4 ohmios.Calcular la corriente que suministra la bateria y el tiempo que duraria en servicio,

9.0 Una bateria que produce una corriente de cortocircuito de 250 amperios a 12 V,esta sornetida a un regimen de descarga de 5 Ah. Calcular la caida de tensi6n que produce yla f. e. m. eficaz en bornes.

10.0 Una bateria cuya tensi6n eficaz en bornes es de 13,2 V, con una resistencia internamedia de 0,04 ohmios, se carga durante 15 horas a un regimen de 4 amperios y se descargaa un regimen de 5 amperios durante 10 horas. Calcular:

1. EI rendimiento del acumulador.2. La f. e. m. al final de la descarga.

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curso de electric id ad del automovil estudio de la bateria

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