Cuaderno Técnico Nº2 - Baterías
Descripción: Características y principio de funcionamiento de las baterías.
Autor: Héctor Cerruti
En esta ocasión y continuando con dispositivos denominados fuentes de alimentación eléctrica, trataremos en particular el caso de las “baterías”, exponiendo información generalizada acerca de los tipos , aplicaciones y mantenimiento de las mismas.
Elegir correctamente la batería para nuestra necesidad, es fundamental.Hoy existen en el mercado distintos tipos de baterías para diferentes aplicaciones y con distintos costos que seguramente te van a sorprender.
Algunas de las variedades conocidas son las siguientes:
*Baterías de Ciclo Profundo (Deep Cicle).
*Baterías específicas para arranque (Engine Starting Batteries).
*Baterías de gel (gel cell batteries).
*Baterías con ácido (flooded cell batteries). Dentro de este grupo se encuentran las denominadas Thermoil de bajo mantenimiento y las selladas (sealed non gel). Dentro de esta última variedad , lo más reciente son las llamadas baterías de ciclo profundo de electrolito absorbido.
Algunas características destacables.
Las baterías de ciclo profundoson aptas para un consumo de corriente moderado y soportan prlongados períodos entre recargas. Pueden soportar cientos de ciclos (cargas y descargas), ya que cuentan con placas más robustas que las utilizadas en otros tipos.
La versión más reciente de este tipo de baterías, cuentan con un desarrollo interno denominado “electrolito absorbido” , de alta resistencia mecánica lo que les permite soportar muy bien las vibraciones y por su condición de selladas, evita las fugas de líquidos.
Las baterías para arranque a diferencia del caso anterior son capaces de entregar flujos de corriente importante en pequeños períodos de tiempo , ocasionados por “cargas” importantes como lo es el arranque de un motor.
Estas baterías cuentan con placas más delgadas y porosas, aunque dichas placas son de mayor superficie, lo que permite proveer más amperaje.El grupo más común de baterías son aquellas de celdas sumergidas cuyas placas son de una aleación de plomo-antimonio y ácido sulfúrico como electrolito.Estas son las más económicas aunque requieren el agregado de agua destilada regularmente despidiendo vapores corrosivos y en algunos casos explosivos.
Las baterías denominadas Thermoil de bajo mantenimiento pertenecen a un subgrupo de las del tipo de celda sumergida.Estas contienen un tipo de aceite flotando en el electrolito con el fin de disminuir la acción del ácido y evitando la corrosión en los terminales de la batería al eliminar los gases corrosivos.
Otro tipo de baterías son las del tipo “selladas”.Las mismas cuentan con placas de aleación de plomo – calcio, sumergidas en ácido como electrolito. Estas son de libre mantenimiento y pueden trabajar de manera sellada debido a que no liberan gases ya que cuentan con poco agua.
Por último , las baterías denominadas Gel-Cell Batteries, utilizan placas de aleación plomo – calcio sumergidas en un electrolito basado en una combinación pastosa de un gel y ácido, lo cual no permita salpicaduras como los electrolitos convencionales.
Otra ventaja es la de mantener la carga por mayor tiempo que las baterías convencionales , en períodos de almacenamiento o inactividad y menor deterioro por sulfatación.La desventaja principal de este tipo de baterías es el costo.Por último la versión más reciente de baterías de “ciclo profundo”denominadas de electrolito absorbido, son completamente selladas ,libre de mantenimiento y de excelente resistencia a las vibraciones y fugas.
Parámetros a considerar. En las baterías utilizadas para arranque de motores, la CCA (cold cranking amp.), es probablemente la especificación más conveniente y utilizada para la comparación de los distintos productos ofrecidos en el mercado. Esta medición indica que amperaje entregará la batería durante 30 segundos a -17,7 0º C. Otro de los parámetros utilizados es el MCA (marine cranking amp.). Esta medición se utiliza inicialmente cuando el test de temperatura se lleva a cabo a 0º C. Ambas mediciones permiten conocer de manera aproximada el comportamiento de la batería en el momento del arranque del motor en Frío.
Una opción para la caracterización de la perfomance de las baterías de “ciclo profundo”, es el valorde los AH (amperes –hora), para describir que cantidad de corriente es capaz de entregar en forma continua durante un largo período de tiempo (normalmente estandarizado en 20 hs.), antes de la caída de la tensión a 10,5 Volts (valor que indica la descarga de la batería).
La medición del AH es determinada por la multiplicación del valor de corriente por el tiempo en que ésta permanece conectada.Por ejemplo si la batería fuera capaz de entregar 11 Amperes durante 20 hs., el resultado sería 220 AH. Otra medición más actualizada que se suele tener en cuenta, es la capacidad de reserva de corriente,que posee la batería. Este parámetro indica durante cuanto tiempo, a batería, podrá entregar 25 o 75 Amperes, antes del punto de deterioro.
Estos valores son estándares y se utilizan por las normas americanas que rigen para estas mediciones. Podremos conocer de esta manera, durante cuanto tiempo la batería será capaz de alimentar la carga, sin recibir la recarga correspondiente del alternador
El gráfico muestra los ciclos de vida ,el rango de precios y el costo aproximado cada 1000 AH. para cada tipo de las baterías.
Como referencia podemos decir el costo de compra de cada batería se deberá dividir por el número de Amperes /horas que se supone la batería será capaz de entregar durante toda su vida útil.De acuerdo a los requerimientos de alimentación eléctrica, podemos conformar los valores de tensión de distintas maneras, cada una de éstas con determinada particularidad.
Si conectamos dos baterías de 6 Volts en “serie” (ver gráfico), obtendremos los 12 Volts requeridos, aunque no aumentaremos la capacidad de corriente total. Esta será igual al valor de corriente de cada batería. Por ejemplo si conectamos en serie dos baterías de 6Volts/100 A. obtendremos 12 Volts/100 A. La ventaja de esta forma de conexión es que el desgaste general se reparte en dos baterías por lo que el conjunto, en general cuenta con mayor vida útil. La desventaja es el costo y el mantenimiento.Por el contrario, utilizar solo una batería de 12 Volts /100 A ., suele ser más económico, aunque todo el desgaste recaerá en una sola batería.
Si deseamos aumentar la capacidad de corriente total debemos reemplazar la batería por otra de mayor capacidad de corriente o conectar de manera “paralelo” dos baterías o más , obteniéndose en este caso 12 Volts más la suma de las corrientes suministrada por cada batería.
¿Cómo funciona internamente una batería?
Entre cada conjunto de placas de las baterías que utilizan ácido se produce una tensión de 2,1 Volts. Esto surge de una reacción electroquímica entre dos tipos de aleaciones de las placas (positiva y negativa) y el electrolito utilizado.Una batería de 12 Volts cuenta con seis conjuntos como el descripto en el gráfico
¿Qué tamaño de batería necesito? En primer término debemos conocer el consumo eléctrico aproximado de nuestra rodante. Estimar este requerimiento, es muy fácil.Debemos multiplicar la corriente de consumo de cada artefacto (lámparas, TV, radios etc),por el tiempo (nro. de horas) que se utilizarán dichos artefactos entre cada recarga de batería.Así, obtendremos los AH. necesarios que nos deberá entregar la batería. Por ejemplo si tenemos una lámpara encendida de 15 W la corriente consumida será aproximadamente 1,2 A. (esto surge del cociente entre 15W y 12 V.). Si esta lámpara permaneciera encendida durante 10 hs., la batería deberá contar con un capacidad de 12 AH, para su alimentación. Si sumamos el consumo de cada artefacto, obtendremos la capacidad total de la batería, necesaria para poder alimentarlos eléctricamente en un determinado período de tiempo.
Profundidad de descarga La vida útil de una batería se encuentra seriamente comprometida si a la misma se la expone a descargas profundas, con frecuencia. Por el contrario el rendimiento máximo se obtendrá si el consumo no descarga a la batería más de un 50/60 % de su capacidad , en funcionamiento regular.
Envejecimiento La capacidad de corriente de una batería suele disminuir paulatinamente con la antigüedad de la misma. Las nuevas baterías en general han aumentado de forma considerable , su vida útil. En general éstas, requieren de una ruptura interna para ser descartadas a corto plazo. Normalmente entre el momento en que notamos sutilmente signos de disminución de la capacidad de corriente y el fin de la vida operativa, transcurren entre 10 y 15 ciclos (cargas y descargas).
Temperatura La capacidad efectiva de cualquier batería disminuye considerablemente cuando ésta se expone a bajas temperaturas.El porcentaje de disminución ronda el 35% a 0º C.
Resistencia Interna Ante una alta corriente de descarga, la capacidad (AH) efectiva de cualquier batería disminuye bruscamente.Por ejemplo, una batería de 220 AH se descargaría totalmente si con un consumo de 11 A. funcionara durante 20 hs, como también una batería de 150 AH, se descargaría ante un consumo de 75 A. durante dos horas. Este efecto se deberá tener muy en cuenta sobre todo cuando se utilizan “Inversores de tensión”(dispositivos que generan 220 V. – 50Hz. a partir de 12 Volts). Es frecuente pensar en armar un “banco de baterías” el cuál se podrá componer de dos o más baterías.
En estos casos debemos prestar atención fundamentalmente al sistema de recarga de este “banco de baterías”, para lo cual habrá que considerar la aplicación de “aisladores de baterías”,cuya función será permitir la carga de cada una de las baterías pero manteniéndolas eléctricamente aisladas entre sí. De lo contrario las diferentes resistencias internas de cada una de ellas producirían descargas permanentes entre las baterías conectadas.
Recargando las baterías Par las baterías utilizadas en el móvil, del tipo no selladas, una buena técnica de recarga limitará al máximo la corriente de carga a no más del 40-25 % del total de AH, medido en el banco de baterías. Por ejemplo: entre 25 y 55 A. para un banco de baterías de 220 AH. Colocando la tensión máxima por debajo de los 14,4 a 14,8 Volts. Dentro de estos parámetros la batería absorverá la carga rapidamente, sin exceso de temperatura ni daño en sus placas.
Cuando la batería llega a su máximo estado de carga, la corriente de recarga disminuirá gradualmente alrededor de un 2 a 4 % del total de AH del banco de baterías. Cuando se llega a estas condiciones de carga es conveniente desconectar el cargador o aplicar una tensión de mantenimiento entre 13,3 y 13,5 Volts.
Para las baterías del tipo selladas, la máxima corriente de recarga deberá limitarse a no más del 20% de la capacidad máxima del banco de baterías, con una tensión de carga limitada a 13,8 –14,4 Volts. Al igual que en el caso anterior la tensión de mantenimiento será entre 13,5 y 13,9 Volts. Vale la pena destacar las baterías del tipo ciclo profundo requieren una aplicación periódica (mensual) de una sobrecarga hasta alcanzar valores entre 15,5 y 16 Volts, a fin de remover los depósitos de sulfatos depositados en las placas.
Durante este procedimiento se deberá tener muy en cuenta la ventilación del lugar y el nivel de agua interno de la misma. Es importante conocer las tensiones y corrientes de recarga y mantenimiento son válidas para baterías cuyo régimen de trabajo se lleva acabo a 80º F, considerado trabajo en caliente.
Finalmente recomendamos especial cuidado en el mantenimiento de aquellas baterías del tipo Flooded Cell, ya que éstas se caracterizan por producir gas de hidrógeno explosivo,por lo cual no es conveniente exponerlas a chispas o descargas eléctricas que puedan producirlas. En todos los casos es conveniente utilizar herramientas con protección aislada como también cubrir el depósito de alojamiento a efectos de obtener una correcto aislamiento y evitar los efectos corrosivos de los gases.
Esperamos haber contribuído con esta escueta información al conocimiento que nosotros, los ranchomovilistas necesitamos , sobre los distintos componentes de nuestras rodantes.
Fuentes: Optima Batteries inc., Thermoil ,AC Delco , Advanced Energy Sources Inc., Johnson Controls Inc., Westco Bettery Sistems Inc. GNB Technologies Inc.
