EDITORIAL

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Ji. r . C E MJ% H O B

a n E K T P O M O H rrEP-

A K K y M y ,n H T O P IH I1 K

II ^ VATifJJ J .C T D O BUCHT A fl 1 IK O JL U

M O t'.K ItA

Nil U( HiliU'KOM M.VJKe

L. S E M O N O V

Electricista

de

acumuladores

s k o u n w a k iu c io n

Traducido del ruso

por Ji. SIMONOV

F.DITORIAL M1K MOSCU f'.lO'.i

CDU 621 (H55 + 356) (075.3) = 60

IM PHI'SO EN LA URSS

Derechos reservados

30-69

C A P I T U L O 1

Estructura, principio

de funcionamiento y propiedades

de los acumuladores de plomo

y alcalinos

! . FJNES y KSTH UCTURA D15 LOS ACUMULADORES DK PLOMO

Se denomina acumulador un manantial electroqumico do corriente, que posee la propiedad de acumular, mantener y suministrar energa elctrica. Cualquiera que sea la estructura de ios acumuladores, slos constan de linos electrodos en forma do planchas (placas) sumergidos espaciadanieute en un electrlito compuesto de cido sulfrico y agua. Las placas se designan con los signos ms {+) y menos (). El electrlito y las placas se colocan en recipieiitesadecuados. Para que las placas de polaridad opuesta no tengan contacto metlico, entro ellas so introducen separadores.

Las placas de los acumuladores de plomo son de diferente tipo, pero todas constan de un enrejado (panilla) y materia activa (fig. 1). Los enrejados sirven de bastidor para la materia activa y son necesarios para conducir la corriente elctrica y distribuirla uniformemente por toda la materia activa. De no ser uniforme la distribucin de la corriente, tampoco sera uniforme el cambio del volumen de la materia activa durante la carga y descarga, lo que dara por resultado el desprendimiento de fragmentos de materia activa y la deformacin de la placa.

Los acumuladores do arranque destinados principalmente para descargas de corla duracin tienen enrojados de estructura ligera. En las bateras de acumuladores estacionarias y de traccin, ideadas para un funcionamiento prolongado se emplean enrojados ms gruesos, cuando las descargas se efectan a intervalos o durante un perodo prolongado.

Los enrejados estn formados por una aleacin de plomo y antimonio; suelen tener nervios transversales que se cruzan perpendicular o diagonal mente.

Los enrejados de las placas positivas y negativas tienen a menudo igual estructura; sin embargo, los de tas placas

5

Fig . 1. E s tru c tu ra

negativas son ms delgados, puesto que no desempean un papel importante en la conduccin de la corriente y son menos atacables por la corrosin en comparacin con los de las placas positivas.

La materia activa sirve para los procesos de oxidacin y reduccin, los cuales crean la circulacin de la corriente en el acumulador. En la mayora de los casos, la materia activa se produce a base do polvo de plomo y litargirio, y con menor frecuencia, de una mezcla de litargirio y minio. Para reducir la contraccin y endurecimiento de la materia activa do las placas negativas, durante el trabajo do los acumuladores, a sta so agregan sustancias llamadas expnii- sores: negro de humo (holln), serrn fino de madera, sulfato de bario, productos del cardado do algodn, cido hmico, curtidor JV 4, kortn, cido liguosulfnico, ele.

Una vez llenados los enrejados con la materia activa, las placas se someten al secado y formacin electroqumica. Como resultado, en la placa positiva se forma Ja materia activa: perxido de plomo, Pb02, de color castao oscuro, mientras que en la negativa, plomo metlico esponjoso, Pb, de color gris.

La placa preparada de tal modo parece una esponja; tiene gran superficie de contacto con el electrlito y se impregna bien do ste, debido a lo cual aumenta la capacidad del acumulador.

Las placas pueden suministrarse cargadas o descargadas parcial o completamente. Los acumuladores fabricados con tales placas se denominan cargados o descargados en seco.

Para obtener la capacidad requerida y dimensiones exteriores convenientes, cada acumulador est compuesto de varias placas positivas y negativas agrupadas en bloques (fig. 2). El bloque nogativo suele tener una placa ms que el positivo. Esta condicin es necesaria para que las placas positivas, encontrndose entre las negativas, no se comben al trabajar el acumulador.

Las placas de cada bloque se conectan en paralelo por medio de una barra cuyo extremo recibo el nombre de terminal polar o borne. Al montar nn acumulador, las placas deben colocarse lo ms cerca posible una de otra para reducir al mnimo la resistencia interna y las dimensiones del misino.

Para evitar un cortocircuito, entre las placas negativas y positivas se introducen lminas de material poroso, llamadas separadores.

7

a) b)

Fig. 2. Grupos (bloques) de placas dol acumulador do plomo: n negativas, b positivas

Fig. 3. Hecipientes do los acumuladores de plomo: i monoDloquc

Fig. 4. Tapas de acumulador:a sin orificio lo aireacin, b con orificio de niroacin; i - orificio para los polos de salida, 2 orificios de relleno de electrlito, :s tapn del orificio de relleno, k arandela de goma de guarnicin, 5 disco de goma de guarnicin, corte del tapn, 7 orificio de relleno, 8 orificio de aireacin, * orificio para el polo de salida. tO tapn del orificio de relleno. 11 junta de goma, 12 arandela de goma de guarnicin, 13 corte del

tapn

Las cajas de las baleras de acumuladores de arranque se fabrican, por lo general, en forma de monobloque de tres o seis secciones (fig. 3). Algunos acumuladores pueden hallarse en una sola caja. Los recipientes (cajas) do los acumuladores de plomo pueden fabricarse de ebonita, materiales plsticos, cermica, cristal, as como de madera, revestidos interiormente con lminas de plomo.

En el fondo de cada seccin del recipiente hay cuatro nervios (prismas); sobre dos de ellos descansan las placas positivas y, sobre los dos restantes, las negativas. Los prismas sirven de apoyo para las placas y, a la vez, las protegen contra cortocircuitos que pueden surgir como resultado del desprendimiento de la materia activa de las placas y su sedimentacin en el fondo del vaso.

El material de las cajas y monobloques debe ser resistente al cido sulfrico, no debe deformarse o hacerse poroso, ni contaminar al electrlito con impurezas perjudiciales, de las cuales, las ms intolerables son las de hierro y manganeso.

Cada seccin del recipiente se cierra con una tapa especial de ebonita. Las tapas pueden ser de varias formas. En la fig. 4 se muestran los tipos ms corrientes de tapas de acumuladores.

La lapa est provista de tres orificios: dos en los extremos, para la salida de los terminales polares, y uno, en el centro, para llenar el acumulador con electrlito. Para lograr

9

Fg. 5. LSmpaquoladura de los te rm na lo* polares;

a, i*, e de acumuladores transportables; d, e> / de acumuladores estacionarios y hermticos; 1 guarnicin eompound, 2 pieza de unin, 3 terminal, 4 cosquillo, > tapa de ebonita, 0 cajn Ue ubonlta, 7 rosca en el terminal, 8 tuerca de guarnicin, y tapa, Id recipiente de ebonita. 11 junta de goma, 12 ranura anular rellena de grasa, 13 punto de soldadura de la barra de unin con el terminal y la brida, 14 barra de conexin, 15 grasa, lt anillo soldado, 17 arandela de plstico, 18 aran*

dla de guarnicin de plstico

hcrmelicid

Fig . ti. E s truc tu ra de un a ba te r a de acum u ladores do arranque:

i separador, 2 prismas de soporte, 3 monobloquc de plstico, ' grupo de placas negativas, 0 terminal positivo, 6 tapn, 7 turras de

unin de elementos, 8 terminal negativo

Fig. 7. Estructura (le un acumulador estacionario de plomo:I caja de madera. 2 placa negativa (de e* lulas), a vidrio do soporte.4 separador de madera, f> placa positivi) (superficial, fl chapas de plomo, 7 terminal polar, 8 varillas de madera, 0 barra do unin de

elementos

Fig. 8. Estructura do una hatera de acumuladoras de plomo 12-CAM-28:

1 piara negativa, 2 separador, 3 placa positiva, 4 grupo de placa* positivos, (i grupo de placas negativas, 6 soportes del grupo de placas negativas, 7 borne de conexin, 8 grupo de placas, 0 cuadro de proteccin, 10 cuadro reflector. 11 tapa de elemento, 12 arandela para el tapn, 13 tapn de ventilacin, 14 monob loque. 15 prismas de apoyo del l)loqu positivo, 1C barra de unin de elementos, 17 terminal de salida, 18 tornillo, 10 arandela, 20 tuerca. 21 guarnicin de goma.

22 mstique para juntas

Algunos acumuladores tienen dos ti pos de tapones: ciegos y de aireacin. Las lapas de los acumuladores modernos tienen separados los orificios de llenado y de aireacin. Para asegurar la hermeticidad, la unin de la tapa con las paredes del vaso se llena con masilla resistente al cido. La masilla no se agrieta a temperaturas bajas, ni se funde a una temperatura menor de -f 60 C.

Para que no se deterioren las placas y los separadores durante la medicin del nivel y densidad del electrlitoo al llenar el acumulador de electrlito, por encima de las placas hay tina rejilla protectora hecha de cloruro de vinilo u otro material inatacable por el cido.

En las figuras fi, 7 y 8 se muestra la estructura de los tipos ms usados do acumuladores.

2. P R IN C IP IO 1112 FUNCIONAMIENTO DE LOS ACUMULA 1)0(US DE PLOMO

Despus del invento del acumulador de plomo (1859) hubo muchas teoras quo explicaban los procesos electroqumicos durante la carga y descarga de la fuente de corriente. Sin embargo, el tiempo aprob solamente una de estas teoras, conocida como la de doble sulfatacin, de Gladstono y Trico (1882); actual ment sta se considera vlida, aunque le hicieron muchas objeciones.

Segn esta teora y basndose en la teora de la disociacin electroltica, las reacciones qne transcurren en los electrodos positivo (-)-) y negativo () en el proceso de la descarga (->-) y la carga (

Kig. lo. listado del acumulador do plomo (el circuito exterior est desconectado)

(iva os ol plomo esponjoso y la de la positiva, el perxido de plomo.

Debido a la interaccin del electrlito con los tomos do plomo de la placa negativa, so ioniza cierta cantidad de. los tomos de plomo. En este caso, los iones positivos do plomo con dos cargas positivas pasan al electrlito, mientras que en la superficie de la placa negativa quedan dos electrones porcada tomo de plomo. Por esta razn, la placa negativa se carga negativamente, respecto al electrlito, y la positiva, positivamente.

Como resultado de la interaccin de la materia activa de la placa con el electrlito, en las dos placas se forman cargas elctricas: en la positiva, iones de plomo con cuatro cargas positivas y, en la negativa, electrones (fig. 10).

Entre los electrones qne se encuentran en la superficie de la placa negativa, al igual que entre cualesquiera cargas con la misma polaridad, actan fuerzas de repulsin. Esta misma accin se observa tambin entre los iones de plomo positivos que se hallan en la placa positiva.

Este estado do las cargas se mantiene en las dos placas basta que conectemos las mismas por medio de algn conductor (fig. 11, ). Hecho lo ltimo, el acumulador comienza a descargarse y los electrones que hay en la placa negativa pasan al conductor, empujando a los electrones libres de ste hacia la placa positiva. Al mismo tiempo, los iones positivos de plomo que se encuentran en esta placa, atraen los electrones libres del conductor. Por lo tanto, los electrones libres del conductor so trasladan de la placa negativa

14

Fig. 11. Proceso tic descarga del a cumulador ++ pasa ni electrlito y se une con el ion negativo (SO"), formando una molcula de sulfato de plomo (PbSOj). Debido a la baja solubilidad del sulfato de plomo en el electrlito, ste se sobresatura rpidamente. El sulfato de plomo se desprende de la solucin y se deposita en forma de pequeos cristales sobre la placa positiva. Simultneamente, cerca do la placa positiva se acumula agua. Los anteriores procesos pueden representarse por la siguiente ecuacin de la reaccin en el electrodo positivo:

J'b02-|-4H+-(-S0 + 2c- > PliS04 + 2 II20.

Apenas los electrones empiezan a abandonar la placa negativa, el Pb++, que est cerca de la placa negativa, se une con un ion negativo (SO~), formndose una molcula de sulfato do plomo. El sulfato de plomo, que es poco soluble, se deposita en la placa negativa. Los procesos que tienen lugar en la placa negativa pueden expresarse por medio de la ecuacin:

P!>+4-j-SOj~ 2e" * PbSG; .

15

He aqu se deduce, que dos molculas de cido sulfrico, una molcula de perxido de plomo y un tomo de plomo originan en cada placa, durante el proceso de descarga, una molcula de sulfato de plomo, y cerca de la placa positiva, dos molculas de agua (fig. 11, b).

La transformacin de las sustancias en el proceso de descarga del acumulador se puede expresar mediante la ecuacin qumica:

PliOj + Pb -t-2HzS04perxido plomotic plumo (placa(placa nega'

positiva) tlva)

cidosulfrico(electr

lito)

PbSO*sulfato

de plomo (placa

positiva)

PhSO,sul fa lo

de plomo (placa

negativa)

+ 2IT20 agua (se forma en el electrlito)

Antes de la descarga Despus de fa descarga

Las sustancias que se forman durante la descarga son de estructura electrnica ms estable que las que entran en la reaccin; por esta razn poseen menor reserva de energa. La formacin de estas sustancias va acompaada del desprendimiento de energa.

De este modo, cuando el acumulador se descarga, la energa qumica se transforma en elctrica, la cual, a su vez, puede ser transformada en trmica, mecnica y luminosa.

Si se conecta al acumulador, en vez del conductor, un motor elctrico, parte de la energa elctrica se transformar en mecnica, y olra parte, en trmica.

Veamos ahora los procesos que tienen lugar durante la carga del acumulador.

Durante la carga, el sulfato de plomo y el agua (ormados durante la descarga, se transforman en perxido de plomo, plomo y cido sulfrico, es decir, en las sustancias que existan en el acumulador antes de la descarga.

Como ya sabemos, estas sustancias poseen mayor energa que las que se obtienen durante la descarga del acumulador. Para la formacin do sustancias con mayor energa, se consume energa elctrica que se suministra al acumulador de una fuente de corriente durante la carga.

Antes de la carga, las dos placas del acumulador contienen sulfato de plomo. Cierta cantidad de ste se halla siempre en forma de iones en el electrlito.

Para cargar el acumulador, el terminal positivo de una fuente de energa elctrica se une con la placa positiva del acumulador y, el negativo, con la placa negativa (fig. 12).

1(>

a} Principio de (o carga b) Final de la carga

Fig 12. Proceso de caiga del acumulador do plomo

Durante el funciona miento de la fuente de energa elctrica conectada ni acumulador, en el interior de I fuente, los electrones se trasladan continuamente de su terminal positivo al negativo. Por esta razn, en el terminal negativo de la fuente surge un exceso de electrones, mientras que en el positivo, una escasez do stos. Debido a la escasez de electrones, el terminal positivo de la fuente atraer electrones de la placa positiva, y el sulfato de plomo se oxidar hasta convertirse en perxido de plomo, segn la ecuacin de la reaccin siguiente:

PbSOi-f 2 ll20 2

de hidrgeno ( +) se unn con Jos jones SO"-, formando de tal modo molculas de cido sulfrico.

Por consiguiente, durante la carga del acumulador, en sus placas, as como en el electrlito, se forman las mismas sustancias que entran en la reaccin electroqumica que tiene lugar durante la descarga.

As, durante la carga del acumulador tiene lugar la siguiente reaccin:

i>l,S04

sulfato do plomo

(placa positiva)

PbSO* sulfato

de plomo (placa

negativa)

2HaPagua

(electrolito)

Pbo2perxido de plomo

(placa positiva)

{- Vb -

po no (plaen nega tiva)

- 2I2S04ACido

sulfrico(electr

lito)

Antea de la carga Despus de la carga

Las reacciones qumicas durante la carga suceden en orden inverso con respecto a las reacciones qumicas durante la descarga. Por esta razn, el acumulador se denomina fuenle de corriente. En suma, las reacciones qumicas que tienen lugar en el proceso de la descarga y la carga son las siguientes:

Antea de l

permanece constante. La constancia de la tensin durante la carga indica tambin el final de la carga.

Si el acumulador se ha cargado por completo y no se lia desconectado de la fuente de alimentacin, la energa elctrica se consumir ahora para disociar el agua en hidrgeno y oxigeno, los cualos forman una mezxla gaseosa explosiva. La descomposicin del agua va acompaada de abundante desprendimiento de gas, debido a lo cual el electrlito parece hervir. Un desprendimiento abundante de gas del electrlito es tambin un indicio ms de la terminacin de. la carga.

Debemos tener en cuenta, que la descomposicin del agua y, por consiguiente, el desprendimiento de gases empieza a efectuarse mucho antes do la carga completa. Por lo tanto, este fenmeno puede servir de seal de !a terminacin de la carga, slo cuando va acompaada de la constante densidad del electrlito y de la tensin, las cuales indican la completa conversin del sulfato de plomo en materia acliva.

3. F IN ES Y ESTRUCTURA DE LOS ACUMULADORES ALCALINOS

Los acumuladores alcalinos son tambin manantiales qumicos de corriente elctrica.

La estructura do los acumuladores alcalinos puede ser muy distinta, pero lo esencial es quo tienen placas positivas y negativas separadas por el electrlito. Tanto las placas como el electrlito alcalino se alojan en un recipiente.

Segn la estructura do los electrodos, los acumuladores alcalinos pueden ser de lminas y sin lminas; de acuerdo con la composicin de la materia activa de las placas, stas pueden ser de cadmio-nquel, de plata-cinc y de hierro- nquel; tambin pueden ser hermticos y no hermticos.

Para evitar el contacto metlico entre las placas de polaridad opuesta, entre stas so colocan varillas de separacin hechas do ebonita; en los acumuladores alcalinos hermticos y sin lminas, se introduce un separador de kaprn.

La materia activa de las placas de lminas est colocada en paquetes o lminas de acero niquelados y perforados, quo estn prensados en el bastidor de acero de la placa (fig. 13). Para obtener mejor contacto y conductancia entre la materia activa y la lmina niquelada fundamental, se agrega grafito o nquel a la materia activa.

2* 19

Fig. 13. Estructura de las placas deJ acumulador alcalino:

a placa del acumulador alcalino, 5 estructura do la lmina del acumulador, c esquema de empalme de las lminas en un cierre; 1 lmina, 2 borde latera!, 3 placa de contacto,

't lmina o paquete, 5 materia activa

Fjg. 14. Estructura de la placas ku lmimi dol acumulaciur alcalino:

a. corto, b aspecto lateral; 1 vfistago de saiidn (borne), 2 enrejado de acero estampado, 3 placas

Las placas sin lminas (ig. 14) pueden ser de cermet, de hojas finas metlicas y prensadas.

Placas de cermet. Una rejilla (parrilla) de acero niquelado, coa materia activa fijada a una presin de 800 a 1900 kgf/cm, sirve de base de estas placas. La base de la placa obtenida se somete a coccin en atmsfera de hidrgeno, en un horno elctrico. Las placas cocidas pasan por un tratamiento especial, formacin, lavado y limpieza, despus de lo cual las placas quedan listas para el montaje de los bloques.

Placas de hojas finas. La base'de estas placas es una hoja fina de nquel de 0,05 rnin do espesor, con una capa de nquel pulverizado (contenido: 3 bg de cola EKP-4 BO-2. 5 litros de alcohol etlico rectificado y 10 kg de cola de carbinol). En este caso se considera quo el espesor de la pieza bruta seca sea de 0,5 a 0,6 ni ni. La elaboracin ulterior de las bases de estas placas es igual a la de las bases de las placas de cermet.

Placas prensadas. La baso de stas es una rejilla estampada y niquelada. Las placas contienen la materia activa introducida a una presin de 350 a 400 kgf'cm2. Para aumentar la solidez de las placas prensadas, stas so cubren de una capa fina, perforada, de barniz resistente al lcali.

21

La capa impide el paso do la materia activa a travs de la estructura porosa de los separadores, sin disminuir la conductividad do las placas. Las placas positivas barnizadas se pegan con una tela resistente al lcali o con una pelcula porosa para protegerlas y obtener una separacin.

La materia activa do las placas positivas de los acumuladores alcalinos se compone esencialmente de hidrato do nquel, al cual se agrega un 16-18% do grafito para aumentar la conductividad, y una adicin activadora, hidrxido de bario, de 1,7-2,3% de volumen. Dicha adicin mejora el coeficiente de utilizacin do la materia activa y prolonga el servicio de las placas.

La materia activa de las placas negativas de los acumuladores do hierro-nquel ost compuesta principal monte do hierro en polvo y sus xidos, agregndole un poco do sulfato de nquel y sulfito ferroso que mejoran considerablemente las condiciones y rendimiento del proceso de formacin do los acumuladores. La materia portadora de hierro se obtiene por medio de la recuperacin del mineral do hierro previamente enriquecido y purificado, as como mediante la recuperacin del xido de hierro a partir del sulfato de hierro en hornos tubulares.

La materia activa de la placa negativa de un acumulador de cadmio-nquel est compuesta, principalmente, por una mezcla de hierro y de xido de cadmio. Se lo agrega de un 2,8 a 4,5% de aceite solar con ol objeto de estabilizar la capacidad del electrodo. El xido de cadmio debe contener un 86% de cadmio como mnimo y un 0,005% do lalio como mximo.

La materia activa de varios tipos de acumuladores se propara do modo que la relacin entre el cadmio y el hierro sea 2,7 : I. Para los dems tipos de los acumuladores de cadmio-nquel, la relacin os de 1 id . El contenido de aceite solar es respectivamente 4,04,5% y 2,83,5%.

La materia activa de las placas positivas del acumulador de plata-cinc es de xido de plata recuperado, prensado y tratado trmicamente. La materia activa de las placas negativas os una mezcla de xido do cinc y de cinc en polvo. Las placas negativas, al igual que las positivas, so fabrican a presin con tratamiento trmico ulterior.

La materia activa de las placas prensadas y de cermet sin lminas est compuosia de polvo de nquel y de carbonato de amonio.

Fig. 15. Bloques do placas do) acumulador alcalino: a K/Upo

Puesto que el nmero de placas positivas supera en uno al do negativas, en un bloque montado las placas laterales resultan positivas.

Durante el montaje del bloque, entre las placas positivas y negativas se introducen varillas de ebonita para evitar un cortocircuito entre las placas de polaridad opu esta.

El bloque de placas montado se introduce apretadamente cu el cuerpo, saliendo al exterior las partes roscadas de los terminales polares de los bloques a travs de los orificios de la tapa del acumulador

(fig. Ifi).Las .placas positivas

laterales estn en contacto con el cuerpo del recipiente, mientras que las placas negativas estn aisladas del cuerpo con ayuda do lminas de ebonita.

Los termi nal es polares de las placas positivas y negativas no deben

hacer contacto elctrico con la tapa del cuerpo (ig. 17).Todas las partes de acumulador se montan a partir del

fondo del cuerpo; despus de terminar el montaje, el fondo se suelda y el acumulador no se desarma durante su uso.

Para cargar el electrlito, la tapa de cada acumulador tiene un orificio que se obtura con un tapn de vlvula (fig. 18).

Fig. 16. Estructura do uu acumulador alcalino:

1 materia activa, 2 varillas de ebonita (ie separacin, 3 lin lua, 4 placas postUva, 5 terminal positivo, 6 tapn (1c vlvula, 7 terminal del polo negativo, 8 tapa, 9 cuerpo, 10 placas negativas, 11 placa de

bonita

24

Fig. 17. Fijacin doi torminal polar oj> la tapa:

Fig IS. Tapn de v.il-VI])

1 tapn del acumulador,2 arandelas de aislamiento

1 orificios de la vlvula,2 anillo de coma de la vlvula, 3 an illo de goma

de guarnicin

Los acumuladores do los tipos AKII-2,25, llKI!-4r), IIKH-60, IIK 1-1-100, HKH-10 y HKI-22 tieiiou tapnos de vlvula, a travs de los cuales escapan los gases durante la carga; por oso, dichos acumuladores se pueden cargar con los tapones en los orificios. Sin embargo, no so debe volcar estos acumuladores, para evitar el derrame del electrlito por los tapones.

Los acumuladores tipo HKII-10, HKII-22 y 11K11-24 tienen tapones de vlvula, a travs do los cuales no escapa el electrlito, al volcarse los acumuladores y, al mismo tiempo, dejan salir los gases desprendidos durante la auto- descarga. Dichos acumuladores se deben cargar con los tapones quitados. Los tapones de este tipo se distinguen extoriormente por unas estras cruzadas o por una estra escalonada en su parte superior.

No todo el volumen del recipiente est ocupado porol bloque de placas de los acumuladores alcalinos; entro las placas y el fondo hay una cavidad libre llamada espacio do sedimentacin. Por encima de las placas se encuentra el espacio de gas.

Para disminuir las dimensiones exteriores, las lapas de los acumuladores AKH-2,25 estn provistas slo del polo negativo, mientras que el positivo es un tetn soldado al cuerpo.

El acumulador de hierro-nquel por su estructura es parecido al de c.admio-nqnel.

Las placas positivas de los dos tipos de acumuladores son completamente idnticas; las negativas tambin son semejantes, pero sus materias activas son diferentes.

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Los acuiauladoresdc hierro-nquel difieren principalmente de los de cadmio-nquel por la posicin de sus electrodos: mientras que las placas laterales de los acumuladores de cadmio-nquel son positivas, en los de hierro-nquel son siempre negativas (al igual que en los acumuladores de plomo). Esto es debido a que, para el funcionamiento normal del acumulador do hierro- nquel, se requiere una mayor cantidad de materia activa negativa que de positiva (fig. 1U).

Las placas negativas laterales del acumulador do hierro-nquel

estn unidas elctricamente al cuerpo. En el acumulador de cadmio-nquel las placas positivas tienen contacto elctrico con el cuerpo.

Los acumuladores de hierro-nquel y los de cadmio- nquel tienen el mismo aspecto exterior.

Para distinguir estos acumuladores, en la tapa del acumulador de hierro-nquel, cerca del polo negativo y en las paredes laterales, llevan una plaquita o sello que indica la capacidad, por ejemplo, KH-45, JKH-100, etc. Aparte de esto, la lapa de la caja do la batera de acumuladores de hierro-nquel lleva pintada una raya azul.

E! acumulador do cadmio-nquel sin lminas (fig. 20), tipo KHI3, difiere esencialmente del acumulador alcalino de lminas que ya hemos descrito.

Los acumuladores sin lminas constan, generalmente, de bateras compuestas por varios acumuladores (dos, cuatro, diez, etc.) y casi nunca por elementos sueltos.

Cada acumulador consta de un bloque positivo y otro negativo, montados cada uno do placas de sn polaridad.

Las placas negativas y las positivas se aslan unas do otras por medio de separadores. Los acumuladores KHB-15, KHI-20 y KHJ3-25 tienen un aislamiento combinado. Tal aislamiento incluye en si nervios de aislamiento, que se encajan en las placas negativas, y un tejido do kaprn con hilos de poliamida. El hilo de poliamida so teje en forma de espiras. Adems, entre las placas positivas y negativas se coloca en zigzag un tejido de kaprn.

Cndmio-nfqiitl Hierro-nquel

Fig. 19. Esquema do la disposicin do los electrodos positivos y negativos do los acumuladores de cadmio-nquel y

do hiorro-nquol

20

Fig. 20. Aspecto general de la balera 4KHB-10 {o) y corto del acumulador (/>):

l monobloque de material plstico, 2 grupo de placas positivas,3 tapa del acumulador, 4 tapn inderramable, 5 caaguillo de goma,6 bloque de placas negativas. 7 hilo, 8 tejido de kapron. D nervios

do aislamiento, 10 asa, 11 arandelas, 12 cubierta do la balera

Las acumuladores KHB-60 tienen separadores de plstico vinlico.

Los acumuladores hermticos se fabrican en forma do disco, cilindricos y rectangulares.

El acumulador de cadmio-nquel de disco (fig. 21) est montado en un recipiente niquelado que tiene un pequeo reborde anular. La tapa do acoro niquelada, con una junta aislante, que se apoya contra el reborde, ajusta hermtica 111 ente con la pared del cuerpo. Dentro del cuerpo se colocan los electrodos positivo y negativo (que son, como regla general, de lminas), as como un separador de kaprn y un muelle de contacto. Los electrodos tienen forma circular. El cuerpo sirve do terminal positivo y la tapa, de negativo.

27

Ei) algunos casos, la lapa del acumulador de disco es do plstico, por ejemplo, de policaprlactame. El terminal del electrodo negativo de estos acumuladores se encuentra en el centro de la tapa y tiene el aspecto de un remache metlico.

Los acumuladores de disco con electrodos de lmina funcionan bien en regmenes medios y prolongados de descarga y no son vulnerables a las sobrecargas.

Los acumuladores hermticos cilindricos se fabrican con electrodos de lmina o sin ella.

Los acumuladores con elecf rodos de lmina se emplean para una explotacin prolongada y media y se distinguen por s ii largo plazo de servicio, mientras que los acumuladores de electrodos sin lminas se emplean para un rgimen de trabajo de impulso y de poca duracin; el pla7.11 de servicio ele stos es reducido.

En la figura 22 se muestra la estructura del acumulador cilindrico con electrodos de lmina, tipo UHK-0,45. El acumulador es 1111 cilindro de acero, dentro del cual

Fig. 21. Acumulador liermtico de disco:

1 electrodo positivo. 2 electrodo negativo, 3 separador, 4 tapa, i resorte, 6 junta de aislamiento,

7 cuerpo

Fig. 22. Acumuludor lioi- intico cilindrico:

t terminal positivo, 2 tapa, 3 casqulllo, 4 anillo, 5 separador, 6 electrodo positivo, 7 electrodo negativo, 8 fondo, 0 terminal negativo,

10 cuerpo

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Fig. 23. Estructura de un Moqno do acu aullador:

1 piuca negativa, 2 celofn. 3 placa positiva, a-b cr la lnea de doblado

estn montados dos electrodos F 24 BloqH0 dol acumil.positivos, un separador, tres )a(ior CHG-45:electrodos negativos, nna tapa i ptaca positiva. 2 haz dofin n l ' ' i l i f i p on u n i p i' j 11 i |i;i I conductores de plata, * pernone piasiioo con u n iL t i n m a i fileteado, 4 orificio den llem.positivo, prensado en sta, tin

a las placas do polaridad opuesta y, a la vez, asegura el buen contacto del electrlito con la materia activa de las placas.

El bloque de las placas positivas y negativas (fig. 24) se coloca directamente en el fondo del recipiente dol acumulador.

Los conductores do corriente estn soldados a las placas y salen del acumulador a travs de los orificios de los bornes. Los acumuladores de plata-cinc se fabrican tambin en forma do disco.

4. PRIN C IP IO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS ACUMULADORAS

ALCALINOS

La composicin de la materia activa de las placas negativas del acumulador de cadmio-nquel difiere de la de las placas negativas del acumulador de hierro-nquel. Las placas positivas de los dos acumuladores contienen la misma sustancia activa.

En la tabla 1 se da la composicin qumica de la materia activa de las placas de ambos tipos de acumuladores.

Al descargar los acumuladores alcalinos, el hidrxido de nquel Ni(OII)3 se transforma primeramente en hidrxido de nquel no completo (NiOOH), en cuyo proceso de reduccin se origina la circulacin de corriente. La reaccin en los electrodos de los acumuladores de cadmio- nquel ocurre segn la ecuacin:

Desea rga

2NOOII + Cd + 2H20 ~---- 2Ni(OII)2 + Cd(OTI)shidrxido cadmio Cr.rga hidrxido hidrxidode nquel (elcc- niquelse

Tabla 1

Composicin qumica de la materia activa de los neumtiladores de hierro-nquel y de cadmio-nquel

l'lacasEstado do la

placa

Composicin de la materia activa de los acumuladores de cadmio-nquel

Composicin de la materia activa de los acumuladores de iiierro-aiquel

Negativas

Despus do la carga

Cadmio esponjoso y hierro Cd; Fe

Hierro esponjoso Fo

Despus de i a descarga

Hidrxido de cadmio e hidrxido ferroso Cd(011)2; Fe(OH)2

Hidrxido forroso Fe(OH)

Positivas

Despus de la carga

liidrxido do nquel Ni(OJI)3

Hidrxido de nquel Ni(OI).,

Despus de la descarga

Hidrxido niqueloso Ni(OH)2

Hidrxido niquo- loso Ni{01l)2

Las reacciones o rig inan el f lu jo de electrones al electrodo

pos itivo a travs del c ircu ito exterior.

E n el electrodo pos itivo se reduce el h id rx ido do n que l

no com ple to :

N i00 II + ]I20+ c-

El dixido do nquel formado Ni02 se descompone espontneamente segn la siguiente reaccin:

4N02+2H.0 > 4N i00H+ 02.

Dicha reaccin tiene lugar despus do terminar la carga y es una causa de la autodoscarga. Despus de finalizada esta reaccin, el proceso de autodescarga del acumulador se debilita.

Cabe sealar que, durante el funcionamiento del acumulador, los iones OH- so trasladan de un electrodo a otro. Durante la descarga, los iones OH se trasladan del electrodo positivo al negativo, y durante la carga, en sentido inverso.

Examinemos brevemente los procesos que surgen en el acumulador de plata-cinc. En este acumulador la corriente se origina por la reaccin siguiente:

Pescarga

Ag20 + Zn ~ 2Ag -|- ZnOmonxido cinc (elec- Oargii plata xiiin 2Ag+20H-.

En el electrodo negativo se oxida el cinc:

Zn I-20H-2 * Zn0-f-H20.

Durante la carga las dos reacciones se efectan en el sentido contrario.

Es necesario sealar, que en el acumulador de plata-cinc, en la reaccin tambin participa el dixido do plata AgO.

Debido a esto, el acumulador se carga primero a una tensin que corresponde a la formacin de monxido de plata (1,65 V) y luego a la tensin de 1,05 V, que corresponde a la del dixido do plata.

Al efectuar la descarga del acumulador do plata-cinc se observan tambin las dos etapas de reduccin de los xidos de plata (do 1,7 y 1,5 V).

5. PRINC IPALES CARACTERISTICAS DE LOS ACUMULADORAS

Las caractersticas principales de los acumuladores de plomo y alcalinos son las siguientes: fuerza electromotriz,

32

tensin, resistencia interna, capacidad suministrada, as como el peso y dimensiones exteriores. Pertenecen tambin a las caractersticas de ios acumuladores los datos acerca de. la autodescarga y el plazo de servicio.

Fuerza electromotriz (f.e.m.) del acumulador. La magnitud de la fuerza electromotriz do cualquier elemento galvnico o acumulador depende solamente de los propiedades fsicas y qumicas de los materiales de or jtaiplo,

siendo la densidad dol electrlito igual a 1300 kg/nr'*,

la f.e.m. es do 0,85 -|- = 2,15 V. La magnitud de

la f.e.m. dol acumulador no depende de la cantidad de la materia activa en las placas del acumulador. Bastara una pequea cantidad de perxido de plomo en la placa positiva y de plomo esponjoso en la negativa, para que la f.e.m. del acumulador fuera del mismo valor que la do un acumulador cuyas placas contuvieran mucho perxido do plomo y plomo esponjoso.

En el acumulador de plomo, la placa de plomo posee el potencial negativo y la de perxido de plomo, el positivo.

jtLa diferencia algebraica de estos potenciales representa la magnitud de la f.e.m. de) acumulador. Por ejemplo, si el potencial de la placa positiva es cp+ = 2,20 V y el de la

* Aqu y en Jo sucesivo la densidad se estima segn ol nuevo Sistema Internacional de Unidades, es decir, en kg/m3. En la prctica siguen utilizndose otras unidades, por ejemplo, g/em3 o kg/dm3.

3-571 33

negativa es

Designando por u la tensin del acumulador, se puede transformar la ltima ecuacin Hel modo siguiente:

u-\-Ir= E

de dondeu = E Ir.

A medida que se descarga el acumulador do plomo, disminuye la densidad del electrlito, as como la tensin dol acumulador.

Dichos fenmenos tienen lugar debido a que, al disminuir la densidad dol electrlito, el potencial del electrodo positivo vara en mayor proporcin que el del negativo. As, por ejemplo, si el potencial de la placa positiva baja hasta 1,9 V durante la descarga, y el potencial de la negativa aumenta hasta 0,15 V, la tensin del acumulador desciende hasta 1,75 V {1,9 V - 0,15 V).

La densidad de electrlito en los acumuladores alcalinos es constante, est cargado o descargado el acumulador.

Rendimiento. En algunas aplicaciones es de suma importancia el rendimiento de los acumuladores con respecto a la capacidad y energa.

E l rendimiento de un acumulador con respecto a la capacidad es una relacin (so expresa en tantos por ciento) entre la cantidad de amperios-hora obtenidos del acumulador durante su descarga y la cantidad de amperios-hora suministrados al acumulador durante su carga.

Esto se puede expresar por la siguiente ecuacin:

W = 1 0 % = - 7 ^ - 1 0 0 % ,L>c J t'*C

donde r|cap, es el rendimiento por capacidad, on %;

Cc, C es la capacidad de carga y descarga, respectivamente, en aniperios-hora;

/(.. I d es la magnitud promedia de la corriente durante la carga y descarga, respectivamente, on amperios;

t0, t,i es la duracin do la carga y descarga, en lloras.Debido a la formacin de gases durante la carga, dismi

nuye el rendimiento por capacidad. Este disminuye tambin por otras causas, por ejemplo, por la autodescarga de las placas, provocada por las reacciones locales; por el escape

3* 35

de la corriente debido al deficiente aislamiento entre ios acumuladores de la batera, etc.

El valor absoluto de la resistencia interna de los acumuladores de plomo os mucho menor que el de los alcalinos. Por esta razn, los acumuladores de plomo permiten utilizar mayores comentes durante la descarga y se emplean para poner en marcha los motores do arranque.

Al bajar la temperatura, aumenta la resistencia interna, ya que subo la viscosidad del electrlito y cambia la velocidad de movimiento do los iones.

Capacidad del acumulador. Se llama capacidad del acumulador a la cantidad de olectricidad suministrada por ste durante la descarga hasta la tensin de descarga permisible (1,8 V).

El valor de la capacidad depende de la composicin y cantidad de las materias activas, as como de su coeficiente de utilizacin.I*-. Por la ley de Faraday se puede determinar la cantidad de plomo, cido sulfrico y perxido de plomo que entran en la roaccin electroqumica durante la descarga del acumulador. Segn osla loy, la transformacin do un equivalente gramo de materia activa tione lugar al pasar una determinada cantidad de electricidad, que so denomina faraday. Un equivalente gramo es igual al peso molecular de la sustancia que participa en la reaccin, dividido por el nmero de electrones que se han trasladado (valencia).

Como el peso atmico (y tambin el molecular) del plomo es igual a 207,21, y en la reaccin, que se produce cerca de la placa negativa, loman paite dos electrones, el

207 21equivalente gramo de plomo es de ^ = 103,0 gramos.

Por consiguiente, al pasar una cantidad de electricidad, igual a un faraday, se consumirn 103,(i g de plomo para la formacin do sulfato de plomo cerca de la placa negativa.

Siendo un faraday igual a 26,8 A-liora, al suministrarse un amperio-hora, la cantidad de plomo que se consume para la formacin del sulfato de plomo uo ser 103,ti g, sino 26,8 veces menor, es decir, 3,86 gramos.

De igual manera se puede determinar, que con ol suministro de cada amperio-hora de la placa positiva para la formacin do sulfato do plomo, so consumirn 4,46 g de perxido de plomo; en ol electrlito, de 3,66 g de cido se forman 0,672 g de agua.

3G

De aqu so deduce que, para obtener en el acumulador la mxima capacidad, es necesario que haya mayor cantidad de materia activa en las placas y suficiente cantidad do cido sulfrico en el electrlito.

La capacidad de un acumulador so determina por la cantidad de electricidad que puede suministrar ste, cargado por completo, durante su descarga a cierta corriente hasta la tensin mnima tolerable y a una temperatura determinada.

Siondo constante la magnitud do la corriente de descarga, la capacidad, en amperios-hora, se halla segn la frmula siguiente:

C

se desarrolla la malcra activa de las placas. Durante su funcionamiento, la capacidad de las baleras se mantiene constante durante cierto tiempo, pero luego empieza a descender por desgastarse la materia activa de las placas.

La capacidad do los acumuladores alcalinos dependo considerablemente del estado del electrlito y, sobre todo, do la presencia de potasa, pues sta reduce bruscamente la capacidad.

Potencia y energa de los acumuladores. La potencia de los acumuladores es igual al producto de la tensin por la magnitud de la corriente de descarga:

P = U l,

donde P es la potencia, en vatios;U es la tensin, en voltios;/ es la intensidad de corriente, en amperios.

Al descargarse mi acumulador, con una determinada corriente, su potencia depende del tiempo y rgimen de descarga.

Para el clculo y caractersticas de los acumuladores, se utiliza el concepto de energa en vatios-hora. La energa de un acumulador en vatios-hora es el producto do su capacidad por la tensin inedia durante la descarga:

W /i T CdMd. m.

o bien,TV W(, n . J

La energa de los acumuladores disminuyo notablemente con el descenso de la temperatura.

El rendimiento de energa es de gran importancia, pues caracteriza la capacidad de la batera de devolver la energa acumulada.

El rendimiento de energa se expresa en tantos por ciento y se calcula por la ecuacin:

m. ud m. Idhim. u c. m. Ic^c

donde 1}C es el rendimiento por capacidad, en %;ue.m., Ud.m. Os la tejisin inedia de carga y de descarga,

respectivamente, en voltios; t,, lc es la duracin de la descarga y de la carga,

respectivamente, en horas;Jd, I c es la corriente media de descarga y caiga,

respectivamente, en amperios.El rendimiento por energa depende de lo.s mismos

factores que el rendimiento por capacidad y, adems, de la relacin de las tensiones durante la carga y la descarga.

La relacin promedia ontro la tensin de descarga y la do carga en los acumuladores de plomo constituye aproximadamente un 85%. El rendimiento promedio por energa en condiciones normales de empleo constituye aproximadamente un 75%; en los alcalinos es de un 5560%.

A utodescarga de los acumuladores. La autodesearga de los acumuladores es causada por reacciones indeseables en las placas positivas y negativas, tanto en los acumuladores de plomo, como en los alcalinos. La autodesearga de los acumuladores de plomo, durante 24 horas, a ma temperatura superior a cero (hasta + 30* C), alcanza hasta 1% de la capacidad nominal. De 0' a 30 C, la autodesearga de los acumuladores de plomo es muy lenta. Por esta razn, conviene mantener los acumuladores que no se usan a una temperatura quo no sea mayor de 0' C. Al final del plazo de servicio, la autodesearga de los acumuladores de plomo se intensifica, debido a la accin nociva del antimonio que se introduce en el electrlito a) corroerse el enrejado de las placas positivas.

La autodesearga de los acumuladores alcalinos es menor que la de los de plomo. Por ejemplo, de 5 a 10 C, los acumuladores de hierro-nquel pierden, durante 30 das, slo un 7% de su capacidad. Sin embargo, a -f40 C pierden

completamente su capacidad durante el mismo perodo; los acumuladores de cadmio-nquel pierden cerca del 25% de su capacidad a -I-405 C; a la temperatura de 10 C casi no hay autodescarga.

En la prctica so toma en consideracin que, a la temperatura normal, los acumuladores de cadmio-nquel pierden mensual mente por autodescarga un 15-20% y los de hierro- nquel, un 40-60% de su capacidad.

A la temperatura ambiente (20 C), la autodescarga de los acumuladores alcalinos es rpida al principio, luego se hace ms lenta; en los de cadmio-nquel cesa totalmente al transcurrir 1,5-2 meses.

En condiciones igualos, la autodescarga de los acumuladores de hierro-nquel es mayor que la de cadmio-nquel. Los acumuladores alcalinos de electrlito compuesto son menos susceptibles a la autodescarga que Jos de potasa custica.

5 G. COMPARACION UNTItli LOS ACUMULADORES DJS PLOMO

Y LOS ALCALINOS

Para su empleo prctico, los acumuladores han de cumplir las siguientes exigencias;

poseer bastante alto rendimiento do energa respecto a la unidad de peso y volumen do la construccin, as como una mnima rapidez de autodescarga;

ser capaces de funcionar on un amplio intervalo de temperaturas;

tener largo plazo de servicio y alta resistencia mecnica;no requerir materiales demasiado caros y escasos, ni

mtodos de trabajo laboriosos y complejos pura su fabricacin;

sor cmodos para el empleo.El consumo de materiales, en gramos por amperio-hora,

para los acumuladores es: 4,46 g de perxido de plomo (Pb02) -(- 3,68 g de plomo (Pb) 4- 3,1:16 g de cido sulfrico (H2S4); en total, 11,98 g para el acumulador de plomo; 4,0!) g de hidrxido do nquel (Ni(OH)3) 4- 2,1 g de cadmio (Cd); en total, 6,19 g para el de cadmio-nquel; 4,09 g de hidrxido de nquel 4-1:04 g de hierro (Fe); en total, 5,1.3 g para el de hierro-nquel; 4,3 g de monxido de plata (Ag20) + 1,22 g de cinc (Zn); on total, 5,52 g para el acumulador do plata-cinc.

'.0

Sin embargo, para Los acumuladores de plata-cinc se requiere menor consumo de materiales, puesto que participa on la reaccin 110 slo el rnonxido do plata, sino tambin el dixido, AgO.

Segn la cantidad del material, el acumulador de plata- cinc es ol ms ventajoso, pero al mismo tiempo es el ms caro.

En diferentes casos, y segn sean las condiciones de su empleo, pueden ser ms convenientes los acumuladores alcalinos o los de plomo.

Los acumuladores de plomo tienen ms alta tensin de descarga. Con un rgimen de descarga de 8 horas, la tensin es igual a 2-1,8 V en los acumuladores de plomo, y 1,3-1,1 V on los alcalinos. Durante la carga, !a tensin media do los acumuladores de plomo es de 2,4 V y la de los alcalinos de 1,6-1,7 V, os decir, en los alcalinos la diferencia de las tensiones durante la carga y la descarga es mayor.

Al formar dos hateras do igual voltaje, una de acumuladores alcalinos y otra de plomo, la primera consta de una mayor cantidad de acumuladores.

Por ejemplo, una hatera de plomo, de 6 voltios, que so usa para el arranque, tieno tres acumuladores unidos en serie, y una alcalina de cadmio-nquol, del mismo voltaje, cinco acumuladores.

Los acumuladores de plomo tienen mayor rendimiento por capacidad y energa en un rgimen de empleo normal, continuo, a temperatura ambiente, que los acumuladores de cadmio-nquel y de hierro-nquel. Si se aumenta la corriente de descarga, en las mismas condiciones, el rendimiento por capacidad es aproximadamente igual para todos los acumuladores mencionados, pero en rogmenes breves de descarga, el rendimiento porcapacidad y energa do los acumuladores alcalinos es mayor que el de los de plomo.

Los acumuladores de plata-cinc tienen un mayor rendimiento por capacidad y energa.

A bajas temperaturas, el empleo do los acumuladores alcalinos ofrece mayores ventajas que los dems acumuladores.

Por ejemplo, a 20 C, los acumuladores alcalinos de cadmio-nquel, al rgimen de descarga de 20 horas, rinden ms del 85% de su capacidad (los do hierro-nquel, ms del 75%), y los de plomo-cido, tipo de arranque, slo un 60%.

41

A bajas temperaturas, la prdida do capacidad de los acumuladores de plomo, as como de los alcalinos, depende del rgimen de descarga, pero, al aumentar la corriente de descarga, la capacidad de los acumuladoras de plomo disminuye con mayor rapidez que la de los alcalinos.

La autodescarga de los acumuladores do plomo supera considerablemente a la de los alcalinos. Durante un mes de almacenamiento, los mejores acumuladores de plomo pierden por autodescarga, a la temperatura ambiento, aproximadamente 1% de su capacidad por da.

Si los acumuladores cargados totalmente permanecen inactivos durante dos meses y despus se ponen a descarga, los de plomo rinden un 30-40% de su capacidad como mximo, mientras que los alcalinos de cadmio-nquel siguen manteniendo un 80-85% de su capacidad y los de hierro-nquel, un 35-40%.

Los acumuladores alcalinos poseen tina gran resistencia mecnica. Soportan bien las sacudidas, empujes y golpes, grandes corrientes, breves descargas y no se deterioran en caso de cortocircuitos.

Durante el empleo de los acumuladores alcalinos no hay evaporaciones nocivas, talos como la niebla del cido sulfrico, que se forma durante la carga de los acumuladores do plomo. En comparacin con Tos acumuladores do plomo, los alcalinos uo requieren tanto cuidado. An en caso de descuido se comportan mejor que los de plomo.

Sin embargo, ao se debe deducir de aqu que los acumuladores alcalinos pueden funcionar bien sin el debido cuidado. Al contrario, es imprescindible un empleo justo y adecuado, tanto para los acumuladores alcalinos, como para los do plomo.

Las ventajas principales de los acumuladores alcalinos en comparacin con los de plomo son las siguientes:

gran energa especfica (de los de plata-cinc); posibilidad de empleo a bajas temperaturas; posibilidad de efectuar breves regmenes de descarga

con grandes corrientes; autodescarga reducida.Aparte de esto, las placas de los acumuladores alcalinos

no se deforman.Las propiedades ms importantes de los acumuladores

alcalinos hermticos son su compactibilidad y hermeticidad y, por consiguiente, la posibilidad de su empleo en cualquier aparato porttil de pequeas dimensiones.

Pero es imposible sustituir por completo linos acumuladores por oLros, aunque sean ms modernos. Esto sucede, principalmente, porque los acumuladores tienen muchsimas aplicaciones como fuentes de energa elctrica.

7. CAUACTERISTiCAS DE LOS ACUMULADORES DE PLOMO MAS USADOS

Los acumuladores de plomo estacionarios se emplean para-. alimentar a los consumidores de corriente continua en

las centrales y subcentrales elctricas;alimonlar de noche las redes de iluminacin; mantener la tensin en las redes de corriente continua,

a carga mxima, mediante la conexin en paralelo de las hateras do acumuladores con los convertidores;

servir do reserva de energa elctrica cuando son inadmisibles las interrupciones en el suministro de corriente;

alimentar las instalaciones telefnicas.Segn sea el diseo de las placas positivas, los acumula

dores estacionarios se dividen en dos tipos: blindados (C1I y CRK) y superficiales (C y CK)*.

Las cifras que vienen despus de las letras C y CK son el cociente obtenido al dividir la magnitud de la capacidad nominal del acumulador del tipo en cuestin por 36; as, por ejemplo, la capacidad nominal dol acumulador C-i. ser: 1 X 36 = 36 amp.-hora y la del C-5, 5 X 36 -- 180 amp.-hora. Las cifras a continuacin de las letras Cil y CJTK designan la capacidad nominal de estos acumuladores en amperios-hora. Los acumuladores CK y CHK se distinguen de los C y Cfl slo por las conexiones reforzadas entre los elementos.

Los acumuladores C y CK tienen como electrodo positivo unas placas superficiales (vase la fig. 1, b) de tres dimensiones distintas: II-1, M-2, M-4, cuyas capacidades estn en la relacin de j : 2 : 4. En la tabla 2 se dan Jas dimensiones de las placas.

Los acumuladores, que despus de las letras C y CK tienen cifras de 0,5 a 5, se fabrican con placas 11-1; de 6 a 20, con placas M-2; y de 24 a 148, con placas M-4.

En los acumuladores CTI y CiK se usan placas blindadas, tipo n-35, de 35 amp.-hora de capacidad (vase la fig. 4, d).

* Las letras rusas u la designacin significan; C. estacionario; n , blindado; K, para descargas 43

Tabla 2

Dimensiones y peso de las placas de acumuladores estacionarios

Dimensiones de las placns, min Peso medio, kg

Piucas electrodo positivo

electrodo negativo (placas ilc

adentro)

electrodopositivo

electrodo negativo (placas de adentro)

11-1H-2W-4U-35 (-I-) y K-35 (- )

174X168X12 340 X 168 X 12 365X350X10,4

200 X 132 X IR,8

174 X 170 X 8 344 X 170 X 8 305 X 352 X 8

191 X 131X7,5

2,8=fc0,2

5,20,3 10,4=1:0,5

1,02

1,20,12,30,24,80,3

1,122

Los electrodos negativos en los acumuladores de los dos tipos soa celulares (vase la fig. 1, c). Las placas extremas del electrodo negativo son menores y un 20-25% ms ligeras que las dems.

En los acumuladores estacionarios se emplean como separadores varillas de madera do abedul, en las ranuras de las cuales so intercalan hojas finas de madera (aliso).

Los acumuladores de las series de C-0.5 a C-14 y de Gll*35 a CTI-336 se montan en recipientes de vidrio. Los dems acumuladores estacionarios se montan en recipientes de madera revestidos interiormente con chapas de plomo. Los acumuladores se suministran desmontados a los consumidores.

Para determinar las caractersticas de los acumuladores estacionarios, se realizan descargas a ios regmenes de 10, de 3 y de 1 hora.

La autodescarga media durante 24 horas despus de almacenamiento de 30, lf> y 3 das constituye respectivamente: 1,0, 1,4 y 1,8% para los acumuladores de la serie C, y 1,0, 1,2 y 1,6% para los CH.

Bateras de plomo-cido de arranque. Estas hateras se emplean en automviles, tractores y lanchas de motor y se fabrican para la tensin de 6 y 12 voltios. Estas bateras sirven para poner en marcha los motores de arranque y alimentar las lmparas elctricas.

En sus puentes de unin y cuerpos, las hateras de acumuladores tienen marcas que caracterizan el tipo de stas:

44

ol nmero do acumuladores acoplados en serie (3 y 6), empleo (CT significa de arranque, TCT de arranque de tractor, GTK de arranque de lancha), la capacidad al rgimen de descarga de 10 horas y el material de que est hecho el recipiente (3, ebonita; 17, material plstico), el material de los separadores (M, mi plsticos (policloruro de vinilo in ieropo roso); MC, poli cloruro do vinilo microporoso y lana de vidrio; P, inipor (caucho con poros microscpicos); madera; J(C, madera y lana de vidrio; 11, plstico poroso; l'IC, plstico poroso y lana de vidrio). Las pilas cargadas secas so marcan, adems, con la letra 3.

Por ejemplo, una batera de arranque compuesta por tres acumuladores unidos en serie, de 70 amp.-liora de capacidad nominal, montada en un recipiente de asfalto-pez, con inserciones resistentes al cido y separadores de mi plstico, so designa con 3CT-70 IIM. Una batera semejante, pero con separadores de miplstico y lana de vidrio, se designa con 3CT-70 IlMC; y, si so fabrica cargada, HCT-70 11MC3.

Las caractersticas elctricas de las bateras de acumuladores de arranque se dan en la tabla 3.

Bateras de acumuladores de aviacin. Estas son de a bordo y de aerdromo.

Las de a bordo son: 12-A-5, 12-A-10, 12-A-30, 12-CAM-28 y 12-CAM-^5. Las hateras de los tipos mencionados se instalan a bordo do aviones y sirven para:

alumbrar la cabina y aparatos, faros de aterrizaje y lucas de sealizacin, instrumentos de medicin, sistema de encendido (durante la parada del avin);

sustituir al generador cuando se avera o reforzarlo en caso de baja potencia;

poner en marcha autnoma los motores de Jos aviones a reaccin.

Las bateras de acumuladores de aerdromo incluyen los siguientes tipos: 12-A0-50 y 12-ACA-140-M. Sirven para poner en movimiento los motores do aviones de todos los tipos y comprobar el equipo elctrico de los aviones antes del vuelo.

Las letras on la denominacin de las bateras de aviacin significan lo siguiente: A, do aviacin; AO, de servicio de aerdromo; CAM, de arranque para aviacin. Las cifras a la izquierda de las letras indican el nmero de acumuladores y las de la derecha, la capacidad en amperios-hora.

45

Tabla SCaractersticas elctricas de la s la tenos ZIL-5 98 27,0 U.O 9,8 295 308 188 245 24,4 19,7

3CT-135 5) ZI M IO 135 37,1 15,1 13.5 405 335 180 40 29,3 23,0

GCT-42 2) Moskvich

M-20

42 11,95 4,68 4,2 125 240 179 219 18,8 16,7

6CT-543M Pobeda

GAZ-G9

54 14,6 6,0 5 / i 160 283 182 237 24,7 19,3

OCT-68 *) Z1M 08 18,7 7,6 6.8 205 358 183 236 30,4 24,5

6CT-126 2) GAZ-5 126 12,6 380 386 188 245 22,9

6CT3H-140M 140 > ) 35 1 A 12,G420 587 238 239 02,0 52,5

GCTK-135MC 135 ) 28,3 12,2 340 570 295 202 66,0 50,4

6CTK-180M 180') 41,6 15,4 500 542 295 242 74,0 64,1

i) Capacidad al rgimen de descarga de 20 horas.-) Pueden utilizarse diferentes separadores y recipientes de distintos

materiales.3) La tensin al final do ia descarga es de 1,7 V en cada acumulador.4) La tensin al final de la descarga ca de 1,6 V frn cada acumulador.5) a tensin al final de la descarga ea de 1,0 V en cada acumulador.

La letra M cu la denominacin do la batera 12-ACA-140-M quiero decir que la batera est modernizada.

Los dalos sobre las bateras de aviacin se dan en las tablas 4, 5 y 6; en la ligara 25 se muestra el aspecto exterior de algunas bateras.

Tabla 4

Caractersticas elctricas de las hateras de la serie A

Tipo do bateras

Caractersticas a los regmenes de descarga

Corr

iente

m

x

ima

de

descarg

a,

A

m to

*2

s io *O c

pS

de 10 horaa de 5 minutos

T3

Caractersticas elctricas de la bateras de las series CAM y ACA

Tabla 6

Caractersticas oo los regmenes de descarga

Tipo de las bateras

de b horas de arranque Corriente de

descarga mxima.

Acapacidad,A,-b

corriente.

A

corriente,A

duracin de arranque, $eg.

duracin de la

pausa, mln.

cantidad de arranques

con t > 0o C

cantidad do arranques

con t < 0 C

tensin fina l, V

12-CAM-28 28 5,6 650-75 45 3 4{a 20-22 C)

2(a -3+ 5 C

16 750

12-CAM-55 55 11,0 1300-360 25 6(a 23-27 C)

6(a3--5'C)

16 1500

12-ACA-140-M 125 25 140-1350-250 30 1,5 18(a 20-22 C)

16(a -40 C)

18 1500

a) b)

Fig. 2!>. Aspecto general las balaras', a tipo 12-AO.A-U5, b tipo 12-AO-50, c tipo I2-A-3

Bateras de acumuladores de plomo para el calentamiento de radios. Estas bateras son del tipo PH y se emplean como fuentes de alimentacin del circuito de calentamiento de las vlvulas electrnicas.

Las letras designan la esfera de aplicacin (alimentacin para el calentamiento de las vlvulas de radio); la cifra que va antes de las letras indica el nmero de acumuladores en la batera; la de despus de las letras, la capacidad nominal en amperios-hora.

El monobloqne de las bateras tiene en sus caras laterales unas ranuras que sirven para transportarlas.

La vista exterior de una hatera de calentamiento de una radio se ilustra en la figura 2(5.

El bloque, del acumulador contiene placas de enrejado empastadas, divididas entre s por una separacin doble (hojas finas de madera y lana de vidrio).

Cada uno de los bloques positivo y negativo tiene un torminal. Cerca do los terminales la tapa lleva los signos de la polaridad de stos. La parte superior del terminal es de forma plana y tiene un orificio para el apriete. El apriete consta de un vastago de 3/16" y dos tuercas de m ariposa.

Las caractersticas elctricas de las bateras se dan en la tabla 7.

Durante el primer mes, la autodescarga diaria no sobrepasa de un 0,5%. Efectuando un ensayo de 15 das, la aulo- descarga se toma igual a 0,75% diaria; y un ensayo de

4-571 49

Caraeierfllic.'is cHielricas'deIas bateras do cnlcntmnionto de radios

Tabla 7

Kglmen de descarga

Tir?" d* Palei 1:s

de 10 horas de 25 horas de f>() horas Tensin mnima al ri nal de la

descarga,intensidad de la

corriente, A

capacidad , A.-li

intensidad de la

corriente, A

capacidad A.-ll

intensidad de la

corriente, A

capacidad,A.-h

PH-00 0,0 l>0 1,5 75 1,802PI -80 8,0 80 ___ 2,0 100 3,803PFT-110 11,0 ino 5,4 135 5,4

3 das, uno por ciento. La fbrica garantiza un plazo de servicio de 2U0 ciclos de descarga-carga como mnimo hasta

que la capacidad disminuya un 25%, o un ao de trabajo, para la batera 3PH-110, 500 ciclos con 100% de capacidad.

Bateras de acumula- dtireii de plomu para a limentacin anodica. Las bateras cu cuestin PA sirven de fuente do alimentacin del circuito anodico de las vlvulas electrnicas.

El tipo de las bateras de acumuladores se designa del modo siguiente: la primera cifra indica el nmero de elementos en la batera;

las letras PA, la aplicacin de la batera (alimentacin andica);

el nmero despus de Flff. 20. Batera do acumuladores |as |etl,as ia capacidad

tipo 3-FJ-l io. nominal en amperios-ho-1 mastique resistente al cido, 2 * re- , , . , 1 Aripiento do oinmiia, 3 bloque de placas, ra al rg im en co descarga4 i-ajn de madera con tapa, fj asas i i a i iAVOC

para la transportacin nc no id .s .

En la fig. 27 se muestra el aspecto exterior de la batera de alimentacin andica.

Las bateras tipo 10-PA-lCl se componen de elementos acoplados en serio y colocados dentro de vasos do una caja comn hecha de plstico.

Los bloques positivos y negativos se componen de placas do enrejado empastadas, que se aslan entre s por una separacin triple fabricada de lana de vidrio, cloruro de vinilo, madera o de npor.

Las cualidades elctricas de las bateras en el dcimo ciclo se proporcionan en la tabla 8 .

La autodescarga diaria durante los primeros 30 das no supera un 0,5% de la capacidad. La fbrica garantiza un plazo de servicio de 150 ciclos como mnimo hasta que la capacidad disminuya un 25%, o bien dos aos de trabajo sin fallos.

Fig. 27. Batera do acumuladores tipo iO-PA-lO:

1 monobloquc de material plstico. 2 mstique resistente al Acido. 3 tapa de goma.4 tapn; r> grupo de placas

4* 51

Tabla S

Caractersticas elctricas de la hatera de alimentacin udica

Regmenes de descarga >

de la

batera

. J c ||

Z o

5

miHM-400 52 ABH-72 224911-80 48 ABII-48 250911-80 112

y bateras do acumuladores que se emplean para alumbrarlos coches ferroviarios, vagones de secciones elctricas de corriente continua y locomotoras elctricas, as como los de los acumuladores utilizados para alimentar los aparatos de autobloqueo segn el sistema de tope.

En la designacin convencional del tipo de la batera de acumuladores, la primera cifra indica el nmero de acumuladores en la batera; la letra B, la esfera de aplicacin de los acumuladores (coches o vagones); las letras AE, que son de autobloqueo; la fl, las placas positivas (blindadas); la M, el material de la separacin (caucho con poros microscpicos y policloruro de vinilo microporoso); la I.J, el tipo del coche (de revest miento metlico); la 9, el empleo de los acumuladores (de traccin elctrica); la letra H, que las placas son empastadas. El nmero despus de las letras indica la capacidad nominal de la hatera en amperios-hora.

Los bloques del acumulador constan de placas negativas empastadas y de positivas blindadas, cementadas, divididas entre s por separadores. Estos ltimos son de plstico viltico con mipor o miplstico para los acumuladores BITM y BriLP; de madera para los 311-80; de lana de vidrio, plstico vinlico y madera o de policloruro de vinilo micro- poroso y lana de vidrio, para los acumuladores ABH-72 y ABH-36.

El electrodo negativo de los elementos BIIM y BUHM se encuentra entre dos separadores de policloruro de vinilo microporoso o caucho con poros microscpicos que se suje

54

tan por sus dos caras laterales mediante aisladores de jilfls lieo vinilico.

Cada uno do los bloques positivo y negativo lleva un borne.

El recipiente de ebonita, junto con los bloques de electrodos instalados en ste, se aloja en un Cajn de madera (de pino, abeto o alerce) con una tapa. Por el exterior, el cajn est pintado con barniz negro resistente al cido o cubierto de una pintura gris. En las caras laterales del cajn hay dos asas metlicas plegables. En una do las paredos laterales del cajn estn sujetos, por medio de unos tornillos, dos terminales polares con pernos para acoplar las barras de unin entre los elementos. Debajo del terminal hay colocadas unas lminas aislantes de ebonita; los terminales estn unidos con el bloque de electrodos a travs de barras de cobre plomadas. Las barras llevan signos de polaridad *-j y . Estos signos van tambin en las tapas de ebonita de los elementos.

Todos los elementos se unen en serie con la ayuda de barras desmontables.

Las caractersticas elctricas de los acumuladores se dan en las tablas 1 0 y 1 1 .

La autodesc.arga diaria durante 30 das no sobrepaso, corno trmino medio, un 0,7% de la capacidad. Durante los primeros 15 das es admisible una antodescarga diaria igual a uno por ciento y durante los primeros 3 das, un 1,3%.

Tabla W

Caractersticas elctricas tic los acumuladores IUIM-250, BUUM-400 y MI-80

Tipo (inl acumulador

C.orrjeUAJtH

norma]

ile

TabUt 11

Caractersticas elctricas tic los acumu!adores de lloras de \- lloras de Vi horas

I sS iZj V.

.

Las cifras despus do las letras indican Ja capacidad nominal en amperios-hora.

La designacin termina con las cifras I o 11, que indican que los cuerpos de los acumuladores estn soldados a lo largo (1 ) o a lo ancho (1 1 ).

Algunos tipos de bateras tienen al final de la designacin la letra T. Esta letra indica que los bornes terminales se encuentran sobre la cara lateral.

Las bateras pueden montarse en cajones y estructuras de madera o en bastidores metlicos. Las bateras en bastidores metlicos se designati con la letra K.

Unas y otras bateras de igual tipo, montadas en cajones de madera o en bastidores metlicos, son del mismo peso y difieren unas de otras slo por sus dimensiones exteriores.

La fig. 32 muestra el aspecto exterior do los acumuladores alcalinos y las tablas 1721 dan las caractersticas de los tipos de acumuladores y hateras alcalinos que se fabrican en gran escala en la Unin Sovitica.

()3

- - 1

f/V,___ks //TjrhW w y

t i ,---

f l 1-

a) *)

Fig. 32. Acumuladores alcalinos do los tipos: a KH()Kir)-22, KHOKH)-4S, KH(>KH)-C0 y KH

Tabla 17

Datos elctricos aceren do los i cumulad ores alcalinos no hermticos

Sistema y tipo del acuninliidor Carga normal (C. horas;

Corriente a los regmenes de - descarga, A i,

1(11 JK1ICorriente.

Ar.i|i aci

dad, A-li S liiirasi I lio 111 **)

Alll-2,25 0.5 0,28 2,25IIKII-IU 2,5 15 1,25 10H l II-22 3KH-22 5,5 33 2,75 22M K11-45 JKH-45 11,25 (7.5 5,(5 45

IIKF-00 5KH-00 15 90 7,5 fiHKH-100 /KH-100 25 150 12 ,5 100

*) J.os acumuladores sp descargan hasta la tensin de 1,0 V **) J.os tiriimuladorcs -Si- descargan hasta la linsilt de u,5 V.

Tabla 18

Caractersticas de las bateras de acumuladores alcalinos, montadas en cajones y estructuras de madera y empleadas

para alimentar aparatos de comunicacin elctrica y para otras tareas

S is te m a y t ip o ;d e lo b a te r a

T ens in

S is te m a y t ip o de la h a te r a

T e n s i n n o m in a l , V

K H >1(1!

1 o m ina 1, V

K H >KII

32KH-2.25T 40 7KH-60T 7JICH-60T 8 ,75(4KH-2.25T 80 10KH-60T lO JK II- flO T 12,510KH-22T 10/KIL-22T 12,5 4KH-100T 4/ltH-IOOT 5,017K11-22 17?HM-22 21.25 10KII-100T OVKII-IOOT 12,54KH-45T 4?KH-45? . 5 ,0 4KII-10-1 5 ,07KH-45T 7HH-45T 8 ,7 5 4KI1-10-2 5 ,010KJ1-45 lO H ir- 4 5 12,5 17KH-10T 21,254KH-60T 4VK1I-GT 5 ,0 25KH-1T 31,255KH-G0 5JKH-C0 0 ,2 5 34KU-10T 42,5

Okemicfn: Los datos elctricos de las hateras en el rgimen do carga normal (de ti horas) y la descarga de S horas y 1 hora, son semejantes a los datos respectivos de los acumuladores ijuc integran las hateras en cuestin.

5 -5 7 1

Carao,tersliong de las baleras do acumuladores alcalinos para las lmparas de mina y linternas

Tabla 19

Sistema y Upo de bateras Corriente de descarga *) al

rgimen de 10 horas,

A

Corriente de descarna al rgimen

de Jij horas, A>KIl Kit

2120 00TKII-350 350 00 Mu 70TJKH-500 51)0 i 25 750 02,5

*) D o in jj acumuladores TJKI1 se montan las siguientes ^bateras: 28T/KH-250, jara alimentar los motores elctricos rtc los vehculos de traccin por acumuladores; AfTHtH-SoO, para el alumbrado de confies di pasajero; 2>T>KH-3UKH-.10(>, 80T/KH-350, 6T3KH-35 y 12t'l>KIt*50, para alimentar Jos motores eictrieos do locomotoras de mina; 24TJKH-500. para alimentar el niot'tr elctrlco de la cargadora automvil.

**; listo tipo de acumulador tiene mayor altura.

Tabin '1Caraclorislicns (Ir iilgirnas balerias de

Radinio-mq

positivo. El espacio entro las ranuras forma una cmara gaseosa que asegura un mejor funcionamiento del acumulador.

Los acumuladores hermticos estn ideados para emplearlos a las temperaturas superiores de cero y, por eso, su capacidad disminuye notablemente a temperaturas inferiores de cero. Por ejemplo, a la temperatura de 10 C, la capacidad de los acumuladores en forma de disco es menor del 50% que a la de 20 C.

Estos acumuladores tienen elevada a uto descarga: durante 30 das de almacenamiento pierden un 40% de su capacidad.

El plazo de servicio de los acumuladores de disco es de 300 a 500 ciclos.

Acumuladores de plata-cinc. Estos acumuladores tienen una capacidad especfica (es decir, capacidad por unidad de peso) 45 veces mayor que la de otros acumuladores, un alto rendimiento y reducida autodescarga.

En la designacin de los acumuladores de plata-cinc las letras rusas CU indican el sistema electroqumico; las cifras a continuacin indican la capacidad en amperios- hora.

Se fabrican acumuladores de plata-cinc de 0,5 a 100 A-h de capacidad.

Los acumuladores do plata-cinc estn destinados para funcionar tanto en los regmenes breves, corno en los duraderos. Estos soportan descargas de gran magnitud de corriente, que son inadmisibles para otros acumuladores. Funcionan a temperaturas de 20 a ---60o G.

Las placas negativas, hechas de polvo de cinc y xido de cinc prensado, se alojan en un paquete de celofn. Las placas positivas se envuelven en tejido de kaprn. Los bloques montados se colocan en un vaso de plstico do poliamida.

El plazo de servicio de los acumuladores es de 5 a 10 ciclos como mnimo (para varios tipos). Algunos acumuladores pueden soportar de 100 a 300 ciclos.

El inconveniente de los acumuladores de plata-cinc es su alto precio.

C A P I T U L O II

Electrlito y separadores

5 9. AGUA DESTILADA

Caracterstica del agua destilada. El agua destilada es necesaria para preparar ol electrlito do los acumuladores alcalinos y de plomo. El uso del agua de los ros y de las tuberas de abastecimiento de agua es inadmisible.

Segn la GOST*, el pH del agua destilada debe ser de 5,4 a 0.6:

p H = K'IH+1,

donde [II41 es la concentracin de iones de hidrgeno en el agua.

El p l caracteriza la presencia de cidos y lcalis en el agua. El agua qumicamente pura tiene un pH igual a 7. El agua con un pH inferior a 7 tiene una reaccin acida y con un pH de 8 n 14, una reaccin alcalina.

En la GOST se recomienda un pH de agua, Ja cual, ordinariamente, se obtiene en los destiladores comentos.

El agua destilada puede contener, como mximo, 5 mg de sustancias slidas por litro, o sea 0,05 mg de amonaco y sales de amonio; 0,5 mg de su lalos; 0,02 mg de cloruros; 1,0 mg de calcio. Tambin se mido el contenido de metales pesados y nitratos en el agua destilada.

Si el agua destilada se destina para la preparacin de electrlito de cido sulfrico, conviene controlar tambin el contonido de hierro.

Para los acumuladores de plomo se puede til izar (slo en casos excepcionales) agua de lluvia u obtenida de nieve, pero no se debe recoger agua de lluvia de los tejados metlicos o usar vasijas metlicas. El agua recogida debe ser filtrada minuciosamente a travs de un lienzo limpio o un

* (JOST es la norma sovitica. (N. del T.).

69

filtro (Jo papel. El agita se guarda 011 un recipiente do vidrio, chouita, Jo/.a u cermico.

Para los acumuladores alcalinos se emplea agua de la misma naturaleza que para los de plomo. En casos de extrema necesidad se recurre al empleo del agua potable, previamente alcalinizada. Con este propsito se adiciona al agua de 5 a 10 g do lcali fijo por litro de agua potable.

Destilacin; construccin del destilador. Para la preparacin de los electrlitos de los acumuladores se torna eJ agua destilada que se produce en un destilador o caldera elctrica de destilacin (ig. 33).

El destilador ,11,-1 sirve para producir agua destilada or laboratorios, farmacias, hospitales, talleres de acumuladores, etc. Destila de A a 5 litros de agua por hora. Tiene la potencia do 4 kVV y se alimenta de las redes de 127 220 V.

70

Las parles principales del destilador son: la cmaro de evaporacin 5, el condensador 1 0 , los elementos do calentamiento elctrico 18, el compensador 17, la camisa 14 con su l>ase 1 y el grito de vaciado 19.

La cmara do evaporacin 5 est protegida exterior- mente con la camisa 14, que, a la vez, sirve para reducir las prdidas de calor y protege al personal contra quemaduras. En el fondo de la cmara de evaporacin estn montados dos elementos de calentamiento elctrico 18.

En la cmara de evaporacin, los elementos elctricos calientan el agua y la transforman en vapor. El vapor formado pasa, a travs del conducto 13, a la cmara de condensacin 1 1 , la cual est refrigerada por agua fra. En la cmara de condensacin so condensa y se convierte en agua destilada, la que sale por el niple 8 .

El agua de enfriamiento llega continuamente al condensador a travs del niple 9, y baja por el tubo 15 al compensador 17. unido con la cmara de evaporacin >. El agua llena la cmara de evaporacin hasta que empieza a verterse por el niple 16.

El condensador 10 tiene un orificio (12) para el escapo del exceso de vapor, merced a lo cual se evita la elevacin de la presin en la cmara de evaporacin 5.

Los elementos de calentamiento elctrico se conectan a la red de alimentacin por medio del conductor 3, que sale a travs del casquillo 4.

En la parte inferior de la camisa (en su interior) hay un perno especial (2 ) con tuercas y arandelas para la conexin a tierra.

Para instalar y emplear el destilador hace falta: unir los conductores con los bornes de los elementos

de calentamiento elctrico '18, segn el esquema de conexin;

conectar el conductor de puesta a tierra con el perno 2 ; enchufar los tubos de goma a los niples 8 y 9 de los

condensadores;unir a la caera de agua el tubo por el que se suministra

el agua y meter el otro en un recipiente para recoger el agua destilada;

enchufar al niple 16 del compensador una manga do goma para el escape de agua;

abrir el grifo do la caera de agua para suministrar agua al destilador;

71

despus do quo empieza a fluir el agua del niplc 16 del compensador c-onectar los elementos do calentamiento elctrico. El derrame do agua por el niple ha de efectuarse continuamente durante lodo el perodo do trabajo dol destilador; si el destilador se pone en funcionamiento por primera voz o despus de haber estado parado durante mucho tiempo, se recomienda utilizar el agua para preparar el electrlito slo al transcurrir unas 8 -1 0 horas do trabajo del destilador;

para parar el destilador hay que desconectar los elementos de calentamiento elctrico, abrir el grifo de vaciado 19 y, despus de 5-10 minutos, cerrar el grifo de entrada dol agua al destilador;

se recomienda limpiar peridicamente las incrustaciones de los elementos de calentamiento (tanto ms frecuentemente, cuanto ms dura es el agua usada).

10. ACIDO SULFURICO PARA ACUM ULADORES

El cido sulfrico para acumuladores es un lquido aceitoso, transparente, pesado, sin olor alguno, inuy soluble en el agua. Al disolverse ol cido en agua, tiene lugar un intonso calentamiento de la solucin. El cido corroe la piol, el papel y la tela. Se emplea para producir electrlito de acumuladores de plomo.

De acuerdo con la GOST, para los acumuladores so toma el cido de las clases A y B. El contonido de cido sulfrico en dichas clases debe ser de 92 a 94%.

El contenido de impurezas en la clase A no debe ser mayor de 0,03665%; y en la clase B, do 0,0628%. La densidad del cido sulfrico de las clases A y B, a 15 C, es do 1830 kg/ina.

Antes de proparar el electrlito, se comprueba analticamente el contenido de impurezas en el cido segn la GOST.

Se admiten las siguientes cantidades mximas de impurezas ou el cido sulfrico: 0 ,0 0 0 1% de manganeso; 0 .0 1 2 % de hierro: 0,0001% de arsnico; 0,0005% de cloro; 0,0001% de xido do nitrgeno. Adems, se verifica el contenido do reductores y mtales pesados en el cido.

El cido sulfrico de acumuladores se vierte en botellas do cristal de 20 a 30 litros de capacidad. Las botellas se colocan en canastas de madera quo deben tenor asas para su transportacin, o en enrejado do madera cuya parte

72

superior ha de Hogar hasta el cuello de la botella. Debajo y alrededor de la botella se pono cuidadosamente pajao virutas de madera suaves. Las botellas so cierran bien con tapones ajustados. Los cuellos y tapones se envuelven con tela de algodn u otro tejido y se atan con un cordn. A la botella so le fija una etiqueta de madera en la que se escribe la denominacin de la fbrica productora, el nombre del producto, clase, fecha de fabricacin, el nmero de la serie y el poso.

Cada enrejado o canasta debe llevar una etiqueta en papel blanco especialmente pintada con una raya azul y las palabras Cuidado, cido!.

Con el fin de transportar el cido en carretillas u otros utensilios, stos han de estar provistos de alojamientos para las canastas. Se prohbe categricamente llevar las botellas una o dos personas sin canasta o enrejado.

El cido debe guardarse en locales aislados, en donde, adems de l, tambin se puede almacenar agua destilada.

| 11. PREPA RA C ION DEL ELECTROLITO PARA LOS

ACUMULADORES DE PLOMO

El electrlito se prepara en recipientes limpios de loza fina, cermica, ebonita o en un tanque de madera revestido interiormente con chapas de plomo. No so usarn recipientes de otros metales, excepto plomo. Tampoco se emplean recipientes de cristal, puesto que al disolverse el cido sulfrico se desprondo una gran cantidad de calor que puedo causar la rotura del recipiente. Al trabajar con cido o electrlito es necesario ponerse anteojos de proteccin, guantes de goma, un delantal de goma, un trajo especial y chanclos. En caso de que se derrame cido o electrlito sobre la ropa o la piel, este lugar debe neutralizarse inmediatamente con una solucin al 5 10% de soda o do amonaco, despus de lo cual se lava abundantemente con agua. Durante el trabajo con cido, los medios de proteccin han de encontrarse siempre a mano del operario (fig. 34).

Para preparar electrlito de un cido de 1830 a 1840 kg/m3 de densidad, primero se prepara cido de 1400 kg/m3, a 15 C. y de ste se liace electrlito de 12001340 kg/m de densidad. La densidad del electrlito se recomienda polla fbrica productora de acuerdo con la marca del acumulador, estacin del ao y las condiciones del clima. El electr-

73

Kig. a i. Preparacin do! eloctrlilo y medios de |ircuiUH'iit pura ol trabajo cou cido

lito so prepara por etapas para reducir el tiempo de su ennamiento.

Para bajar la densidad del cido de 1880 a 14011 kg/nr*, primero so vierte en un recipiente la cantidad necesaria de agua destilada (las cantidades de agua y de cido para un litro de solucin se tornan segn la tabla 24), luego con ayuda de un til especial se vierte la cantidad necesaria de cido en una taza de dos litros (tig. 35).

Tabla U

Cantidades de cido sulfrico y de agua necesarias para la preparacin de un litro de solucin

de I 400 kg.in;! de densidad a la temperatura de t'i C

l.iitnsiciad dJrtctd'i suirarlco a 1 5o , k|?

Cantidad de dgiui. I1C

o ka

Cantidad do cido stilfr.

tit.

1840 t y>

Fig. 35. Itecipicnles y Lilcs necesarios para ia preparacin di* electrlito:

a esquema de Ja instalacin para diluir electrlito, b recipientes y tiles pani diluir electrlito; 1 tao paro la disolucin. Z depsito cerrado para trasexar el cido tuerte, 3 lomba de vaco, ' bao pura diluir electrlito

De la laza, el cido se vierto aJ agua, en pequeas porciones y chorro fino, mezclando, al mismo tiempo, la .solucin con un lubilo o varilla de vidrio. Se prohbe echar el cido al agua directamente do botellas grandes. Si so echa cido en chorro fino y porciones pequeas, el agua so calienta uniformemente sin salpicaduras. Al contrario, si se vierte el agua en el cido, el chorro de agua, al entrar en contacto con el cido, so calienta rpidamente, hiervo y produce salpicaduras, arrastrando consigo gotas do cido, que pueden ocasionar quemaduras al operario. Por esta razn, se prohbe categricamente echar agua en el cido.

75

Ejemplo: Se requiere preparar 20 litros do solucin de cido sulfrico de 1400 kg/m3 de densidad, a 15* C. La densidad del cido es de 1840 kg/m3.

Tabla 26

Cantidad de solucin do cido sulfrico de 14(11) kg;in3 de densidad, a 15 C, y de agua

destilada necesaria para producir un litro de electrlito

I 'c iiB id ad del e le c tr o lito

deseado a 15 C, Jg/ins

C a n t id a d de is u a ,

11 tros o kg

C a n t id a d acuosa d e l ic

de 140 de d ens id

lit r o s

de s o lu c i n id o s a l ( r ic o

ad a 15 C

kg

1100 0,785 0,225 0.3151110 0,701 0,249 0,3491120 0,739 0,272 0,3811200 0.540 0,407 0,(5541230 0/j70 0 ,5 0,7001240 0,445 0,508 0,7951250 U .418 0.59S 0,8321250 0,392 0 ,6 2 0 0 ,8 0 81270 0,3(54 0,047 0,9001280 0.339 0,072 0.941120 0313 0,098 0,9771300 0,284 0,7215 1,0101310 0,250 0,753 1,0541320 0,227 0,781 1,0931330 0,199 0,808 1.1311340 0,171 0,835 1,169

Segn la tabla 24 encontramos que un litro de solucin de 1400 kg/m3 de densidad requiere 0,6f2 lit. do agua y 0,401 lit. 0.738 kg do cido, y 20 veces ms para 20 litros, es decir. 0,(S(>2 X 20 - 13.24 lit. di' agua y 0,401 y. 20

8,02 lit. de cido en volumen o 0,738 X 20 = 14,76 kg en peso *.

* Si se suman el volumen ilel agua y el del cido (13,24 + 4- 8,02 21,20 lit.) se obtienen 21,20 lit. pero, de lipidio, el volumen ser 20 lit.. pues al mezclarse el agua con el cido, se reduce uu poco el volumen total. E l resulta lo en peso es pro cito (.14,7(5 4- 13,25 ~ 2)5 kg); la suma del peso (Id cido y del agua ps igual a 28 kg; ol peso do 0,02 m3 de acido, con densidad de 1400, ser 1400 X 0.U2 = 28 kg.

7(5

Preparando electrlito de cido de 1400 kg/m3 de densidad, se debe tambin verter cido al agua mezclndolos continuamente y observando todas las precauciones. I.ara preparar electrlito hay que guiarse por la tabla 25.

Ejemplo: Se desea preparar 10 lil. de electrlito do 1240 kg/m:l de densidad a 15' G de un cido sulfrico di* 1400 kg/m3 de densidad.

Encontrarnos segn la tabla 25, que para la preparacin de 1 lit. de electrlito de 1240 kg/m* de densidad se requiere 0,445 lit. deagua y 0.56$lit. 0,795 kg do cido de 1400 kg/m* de densidad, y para 10 lit. de electrlito, 10 veces mayor cantidad, o sea 0,445 X 10 = 4,45 lit. de agua y 0,508 < X 10 = 5,8 lit. do cido segn el volumen o 0,705 X 10 - = 7,95 kg segn el peso.

Si no hay cido preparado de 1400 kg'm3 do densidad, poro se necesita urgentemente electrlito, conviene utilizar la tabla 2 I.

Tabla 20

Cantidad

Contenido di' cido sulfrico en electrlitos de di Crenles densidades

Tabla 27

1 len-K id l,

liK, in 3

Con te n id o do Acido

su Jf ru ic o puro en u n J J l io

fieti- s td n d , kg m;l

c o m e n i- d ii d i c id o

s u lf r ic o ju n o en m i l it r o do

Segn la tabla 27 encontramos, que el cido de 1800 kg/in3 de densidad contiene 1,560 kg re cido en un litro. Doler- miucmoH cuntos litros do cido de dicha densidad se necesitan para producir 3,73 kg do electrlito, es decir, 3,73 : 1,560 = 2,4 lit. Determinemos el peso del cido por su volumen: 2,4 X 1,8 kg/lil. 4,320 kg.

Ahora determinemos la cantidad de agua destilada en peso y volumen. Puesto que deseamos preparar 10 litros do electrlito, el peso total del electrlito es: 0,010 m* X X 1255 kg/m3 12,550 kg. El peso del cido es de 4,32 kg; por consiguiente, la cantidad de agua ser 12,550 kg - 4,320 kg - 8,230 kg u 8.23 lit.

Antes do llenar los acumuladores, el electrlito preparado se enfra hasta 25 C como mnimo, luego se comprueba su densidad por medio de un aremetro (se llama tambin acidmetro o densmetro). Para esto, se echa una pequea cantidad de electrlito en una probeta graduada y se sumerge en sta el aremetro. La divisin del aremetro, que coincide con el nivel del electrlito, indicar la densidad de ste(fig. 36).

Para determinar la densidad del electrlito en las bateras, so emplea un aremetro de acumuladores.

Para eslo hay que comprimir la pera de goma del aremetro y sumergir su punta en el electrlito. So suelta la pera y despus de que cesa el ascenso del electrlito en la pipeta, se determina la magnitud de la densidad de acuerdo con el punto inferior del menisco de la superficie.

Debido a que la densidad del electrlito cambia con la variacin de la temperatura, se necesita corregirla a 15 O. En este caso, si la temperatura del electrlito es mayor de 15 C, se debe aadir 10 unidades a la lectura del aremetro por cada 15*0 de elevacin de la temperatura; a temperaturas menores de 15 C bay que restar 1 0 unidades do la lectura del aremetro por cada 15 C de disminucin de la temperatura. Si la diferencia no es mayor de 15* C, no hace falta hacer las correcciones.

Para calcular los cambios de la cantidad de electrlito en un acumulador durante su funcionamiento, se utiliza la ley de l'araday. Segn esta ley, la cantidad de las sustancias que se forman al pasar por el elemento 90 500 culombios ( 2(5.8 A-h) es proporcional a los equivalentes-gramo de estas sustancias.

7!)

La ecuacin de la reaccin qumica que surge on el acumulador

Pb02 +Pl>+2HaS04 2PbS04 + 2H20,

demuestra que, en el proceso de la descarga, para cada equivalente-gramo de las materias activas (Pb y Pb02) so necesitan 2 equivaloiilos-granio de cido y se forman 2 equivalen Ies-gramo de agua. Como el peso de la molcula-gramo del cido sulfrico es igual a 98,082 g, es decir, una molcula-gramo do I2SO4 1,008-2 - 32,006 + 1 (i -4 =? -- 98,082 g y la valencia del resto de cido es igual a 2 , entonces el equivalente-gramo ser 98,082 : 2 49,041 g.

Para la formacin do un equivalente-gramo de sustancia se consumen 26,8 A-li de capacidad. Por eso el hmero de gramos de cido que participa en la descarga de un amperio

durante una hora es 2 - 3,66 g. De igual modo

determinamos el nmero de gramos do agua formada al pasar un amperio-llora do capacidad. El peso de una molcula-

a) b) c)

Fig. 36. Medicin de la densidad del electrlito: a aremetro, b medicin do a densidad en el acumulador, e medi

cin de la densidad en un recipiente

80

gramo do agua es igual a 1,0080-2 + 16 = 18,010 y c]