Baterías de plomo: distintos tipos
www.geocities.ws/danielperez www.qsl.net/lw1ecp Ing. Daniel Pérez LW1ECP
fb: Daniel Ricardo Perez Alonso contacto: danyperez1{arrroba}yahoo.com.ar
(Mayo 2017, texto en revisión y ampliación)
Piensas alimentar tu circuito con una batería de auto, pero no va a estar en un auto? Sigue leyendo!
Un artículo más sobre baterías de plomo-ácido en la web y van... Con éste intento hacer un resumen del material que leí, cubriendo cada tema del modo más claro posible.
Y
en otro capítulo del sitio veremos cómo aplicarlo para prolongar la vida de aparatos
domésticos, los que incorporan baterías de plomo cargadas desde la red.
Para principiantes: una batería NO es un capacitor grandote.
- Éste almacena energía en forma de campo eléctrico; la batería, en forma de
energía química.
- Tanto una batería como un electrolítico poseen un electrolito, pero en la
batería es para la reacción química, mientras que en el elco mantiene el
óxido dieléctrico.
- Al aplicar una corriente constante a un capacitor, su tensión varía en forma
lineal con el tiempo. En una batería, en cambio, la tensión permanece
aproximadamente constante durante la carga o descarga (en ésta, hasta que empieza a caer
rápidamente).
Otro tema: el significado que le damos a "batería" en esta nota sería
estrictamente "acumulador", algo que puede acumular y luego descargarse.
Aunque no se respeta, "batería" y "pila" por diccionario significarían CONJUNTOS de CELDAS individuales.
Para colmo, en inglés suelen usar "battery" también para las celdas no recargables (p. ej.
"alkaline battery").
Cuando tomo corriente desde una batería pasan dos cosas:
1- La carga almacenada disminuye *gradualmente* a medida que pasa el tiempo mientras consumo.
2- La tensión en bornes baja *inmediatamente* debido a la resistencia interna.
Según el uso que le demos a la batería nos puede importar más uno u otro efecto. Veamos:
Las especificaciones mínimas de una batería son la tensión y la
capacidad (no confundir con capacitancia). Ésta se mide en "amper
hora". Atención, no es "amper/hora", es el producto de la corriente que
se le extrae, por las horas que dura esa extracción antes de caer mucho
la tensión. O sea, una batería que tiene escrito 60Ah sería capaz de
entregar 3A durante 20h. 20h es un plazo común en las especificaciones.
Entonces, se le podría extraer 6A durante 10h, 12A durante 5h, etc? No
es exactamente así. El producto de los amperes por las horas deja de
ser aproximadamente constante cuanto más rápida sea la descarga. La
especificación de capacidad es para tener una idea de cuánto durará en
condiciones realistas, no esperemos poder sacarle 600A durante 6
minutos. Además, al recargarla hay que ponerle un 20 o 30% más de los
Ah que se le extrajeron.
Pero hay otra especificación, en las baterías para autos a combustión, que es la CCA (corriente de arranque en frío). Según la norma, una batería de 12V que en la etiqueta diga p. ej. '300A CCA' significa que se le puede extraer 300A durante 30s a una temperatura de -18C sin que su tensión baje a menos de 7,2V. Es una exigencia terrible: que la temperatura sea tan baja, que el motor de arranque necesite 300A (pero se conforma con que le lleguen 7,2V) y que tarde medio minuto en arrancar! Pero hacer pasar 300A por 30s equivale a consumir tan sólo 2,5Ah. Es apenas el 5% de la capacidad típica (55 o 65Ah). Una batería con alta R interna podría tener abundantes amper hora acumulados, pero la tensión se vendrá aún más abajo en esas circunstancias (sólo durante el consumo) y el motor de arranque no girará adecuadamente. Por eso en una batería para auto a combustión los amperes de CCA son mucho más importante que los Ah.
Las baterías de plomo más conocidas son las de los autos, que acabamos de mencionar. Pero antes de intentar
usarlas para otras aplicaciones, es imprescindible saber cómo se clasifican las
baterías según el uso para el que se diseñaron:
1- Baterías "de arranque": son las comunes en los autos con motor a
combustión, su principal necesidad es para mover el motor eléctrico
("burro") que arranca al motor principal. Una vez que arrancó, al menos
en teoría ya no hace falta, se puede desconectar y el mismo motor a
través de su generador produce la electricidad necesaria para seguir
funcionando (bujías, sistemas electrónicos que lo controlan). Están
diseñadas para poder entregar la enorme corriente del motor de arranque
durante algunos segundos sin que su tensión se venga demasiado abajo.
Están hechas con muchas placas delgadas para tener mucha superficie de
electrodo y así minimizar su resistencia interna. Sin embargo, una
batería así diseñada sufre si se la descarga mucho, aunque sea
lentamente, porque entonces el ácido empieza a atacar a las placas
(sulfatación). Una vez que se la descargó mucho o poco hay que
recargarla al 100% lo antes posible.
2- Baterías "estacionarias": aguantan descargas profundas EN
EMERGENCIAS. Son
las ideales para luces de emergencia y UPS, que es probable que deban usarse hasta que
se descargaron por completo, pero ello no ocurre todos los días.
3- Baterías "ciclo profundo" (deep cycle); aguantan descargas profundas
REPETITIVAS. Es el caso de los vehículos eléctricos e instalaciones solares.
4- Baterías "náuticas": deben poder arrancar un motor a combustión, pero ADEMÁS deben poder alimentar la embarcación estando el motor detenido.
Esta clasificación al igual que las imágenes son sólo orientativas, es posible que un fabricante liste las baterías náuticas dentro de las ciclo profundo.
Y qué pasa si uso una batería de auto para mi luz de emergencia? Los libros
dicen que al descargarla mucho sufrirá más que una estacionaria. Sin embargo,
las estacionarias son más caras, y podríamos arriesgarnos a que su mayor costo
compense aproximadamente la menor vida de las comunes (opinable).
Y si la uso para mover un vehículo de golf o un autoelevador eléctrico? Ahí sí
que se justifica conómicamente una batería deep cycle, una común aguantará pocas
recargas antes de arruinarse.
Secuencia recomendada para cargar una batería de plomo que se usa para ciclo de carga y descarga diariamente (veremos números más adelante):
1- Estando descargada, aplicarle la CORRIENTE INICIAL LÍMITE constante, o
limitada resistivamente.
2- La tensión resultante sobre la batería irá subiendo a medida que se modifica
su química.
3- Cuando llega al valor TENSIÓN PARA USO CÍCLICO (A FONDO) (cycle use)
(equalization) dejarle aplicado
ese valor constantemente.
4- La batería irá tomando cada vez menos corriente.
5- Cuando baja al valor de CORRIENTE DE CONMUTACIÓN (lo que indica que llegó al
100% de carga)...
6- ...disminuir la tensión aplicada al valor TENSIÓN DE FLOTE (standby) y
dejarla allí. Mantenerla "a flote" compensa la pequeña autodescarga interna.
También se lo llama cargar por goteo (trickle).
Salvo por esa limitación de la corriente inicial, este
método es conocido como carga por tensión constante.
Si bien es un tema de electricidad básica, conviene dejar en claro que es
imposible aplicar simultáneamente la tensión que se quiere y la corriente que se
quiere a una cosa, en este caso una batería. Si se le aplica una tensión
constante, la corriente que circule depende de cuánto de cargada esté. Y si le
hago circular una corriente constante, nuevamente será el estado de la batería
lo que diga cuánta caída de tensión va a mostrar.
Notas:
a) si la batería no estaba demasiado descargada, es posible que no se den los
pasos 1 y 2: al aplicarle la tensión de ciclado la corriente que circule ya será
menor que la límite.
b) para simplificar el cargador, si la batería se va a usar sólo en casos de
emergencia, no frecuentes, puede evitarse el paso de la carga a fondo, y
aplicar siempre la tensión de flote, es una buena opción si no se requiere una
recarga rápida.
Ejemplo:
Típica batería de 6V 4,5Ah (la impresión dice 'electrolito absorbido' pero el modelo tiene la palabra GEL: 'BGEL00645'):
- 47,2 x x 7,3 x 100mm (más terminales)
- La capacidad está especificada para una descarga de 20h
- Tensión de carga para uso cíclico: 7,20...7.50V
- Tensión de carga para uso standby: 6,75...6,90V
- Corriente inicial límite: 1,35A
- No lo especifica, pero típicamente la corriente para conmutar a flote es aprox. 5% de la capacidad (0,225A para capacidad de 4,5Ah).
Aparte del tipo de placas (muchas finas, pocas gruesas, plomo puro o aleación o pasta de plomo) las baterías se clasifican según cómo está contenido el ácido:
En
https://en.wikipedia.org/wiki/Float_voltage dicen para la tensión de flote de cada celda:
2,18V Gel / 2,23V Flooded / 2,27V AGM
Además,
estas tensiones son dependientes de la temperatura: se cita
un coeficiente de aprox. -3,9 mV/celsius. O sea que para temperatura
creciente un cargador compensado en temperatura va reduciendo su tensión para evitar
sobrecargarla porque aumenta la actividad electroquímica. Y aumenta la tensión con baja temperatura para evitar carga
insuficiente, situaciones ambas que acortan la vida.
Cómo sufren las baterías de plomo? (algunos diseños más que otros):
- Si tienen POCA CARGA, como ya se mencionó, el ácido ataca las placas, se forma
sulfato de plomo sobre ellas (sulfatación), no se disuelve y es aislante, o sea que reduce el
área útil de las placas, y entonces la capacidad para nuevas recargas disminuye.
- Si se las CARGA DEMASIADO, se pierde mucha agua en
forma de hidrógeno y oxígeno. Esto implica tener que reponer agua más a
menudo en las inundadas. Área de placa que se secó, área que ya no
acumula más. Además, una excesiva tensión de carga genera corrosión irreversible de las placas. Por último, esa mezcla
de gases es explosiva, un riesgo si se producen chispas al conectar o
desconectar la batería. Siempre se recomienda tener las baterías en un lugar
ventilado.
- Con TEMPERATURA MUY BAJA se puede congelar el líquido, lo que destruye la
batería. Una forma de protegerla contra el congelamiento es tenerla bien
cargada: esto hace que el punto de congelamiento disminuya (aguanta más grados bajo
cero).
- Si está DEMASIADO QUIETA se produce una estratificación del electrolito: la
concentración de ácido no es la misma arriba y abajo. Esto ocurre si se compra
una batería por las dudas y se tiene mucho tiempo sin ponerla en el auto, donde
el vaivén ayuda a que esté bien mezclado.
(continuará)
<eof>