ACUMULADORES
PARA
AUTOMOCIÓN
BATERÍAS
BATERIAS. Índice.
Esquema conceptual
¿Qué es una batería?
Simulación de los procesos de carga y
descarga
Estructura de la batería
Monobloque
Tapa
Placas
Separadores
Elementos
Electrolitos
Proceso electroquímico. Funcionamiento
Proceso de descarga
Descarga Total
Proceso de carga
Análisis del Proceso de carga y descarga
Características eléctricas de la batería
Capacidad
Tensión
Corriente de descarga en frío
Rendimiento
Proceso para la sustitución de batería
•
•
Comprobación de baterías
Proceso de comprobación
– Inspección visual
– Densímetro
– Medición con densímetro
– Densidad – Carga (25ºC)
– Densidad – Carga (Temperatura)
– Densidad – Carga (otros factores)
– Polímetro
– Estado de la batería
•
•
Precauciones en la carga de baterías
Sistemas de carga
–
•
•
•
•
Cálculo del tiempo de recarga
Causas que limitan la vida de la batería
Mantenimiento de baterías sin servicio
Baterías sin servicio de bajo mantenimiento
Acoplamiento de baterias
–
–
–
–
Serie
Paralelo
Mixto
Ejercicio
Profesor: César Malo Roldán
Acumuladores para automoción. Baterías.
ESQUEMA CONCEPTUAL
DÍNAMO
ALTERNADOR
BATERÍA
MOTOR DE ARRANQUE
Profesor: César Malo Roldán
SERVICIOS
¿Qué es una batería?
• La batería es un almacén....
– Capaz de transformar la energía
eléctrica de un generador en energía
electroquímica, almacenándola en su
interior....
– Para posteriormente, cuando SEA
REQUERIDA, realizar el proceso
contrario y transformar la energía
electroquímica almacenada en energía
eléctrica.
Profesor: César Malo Roldán
¿Qué es una batería?. Simulación de
los procesos de carga y descarga
Profesor: César Malo Roldán
Estructura de la batería.
• Monobloque:
– Recipiente dividido en
celdas individuales.
Contienen cada una los
bloques activos.
– Impide que los
sedimentos provoquen
cortocircuitos.
– Construidos en
polipropileno (altas
temperaturas y al ácido)
Profesor: César Malo Roldán
Estructura de la batería.
• Tapa:
– Cierra el
monobloque por su
parte superior.
– Incorpora orificios
para la salida de
gases (ojo) y
rellenado de agua
destilada.
– También de PP.
Profesor: César Malo Roldán
Estructura de la batería.
• Placas:
– Placas positivas: plomo
con bajo contenido en
antimonio y empastadas
con PbO2
– Placas negativas: plomo
/antimonio o plomo
/calcio (Bajo
Mantenimiento)
– Ambas placas están
compuestas por una
rejilla en forma radial a
modo de soporte del
material activo.
Profesor: César Malo Roldán
Estructura de la batería.
• Separadores:
– Impiden el contacto
físico entre placas de
distinta polaridad,
siendo de baja
resistencia eléctrica y
alta resistencia
mecánica.
– Tienen forma ondulada
o ranurada para permitir
el paso de el electrolito
– Materiales: plástico
poroso, lana de vidrio
impregnada de resina
acrílica.
Profesor: César Malo Roldán
Estructura de la batería.
• ELEMENTOS:
– Conjunto de placas
unidas entre si por
conectores.
– Pueden ser de tipo
positivo y de tipo
negativo, intercalándose
entre ellas los
separadores.
Profesor: César Malo Roldán
Estructura de la batería.
• ELEMENTOS:
– Este conjunto de placas
unidas entre si se
encuentra enrolladas.
– En estos arrollamientos
están los de tipo positivo
y de tipo negativo,
intercalándose entre
ellas también
separadores.
– Presentan ventajas que
veremos a posteriori
Profesor: César Malo Roldán
Estructura de la batería.
• ELEMENTOS:
– Los de un vaso se comunican EN SERIE con los
elementos del vaso contiguo a través del tabique
de separación.
Profesor: César Malo Roldán
Estructura de la batería
• ELECTROLITO:
– Solución de ácido
sulfúrico (H2SO4, de
densidad 1.83 gr/cm³),
diluido en agua destilada
(H2O, densidad 1gr/cm³)
– Proporción de agua y
ácido sulfúrico (37%-67%)
– Densidad con la batería
totalmente cargada 1,27 a
1,29 gr/cm³.
Profesor: César Malo Roldán
+
H2O
Proceso electroquímico de la
batería. FUNCIONAMIENTO
• Para el funcionamiento,
suponemos que tiene un
solo elemento con dos
placas: Una (+) y otra (-).
• Partimos de una batería
totalmente cargada.
• Placa positiva: peróxido de
plomo (PbO2)
• Placa negativa: plomo
esponjoso (Pb)
• Electrolito: ácido sulfúrico
(H2SO4) diluido en agua con
densidad de 1.28
Profesor: César Malo Roldán
Proceso de descarga
• Al pasar corriente, el
(H2SO4) reacciona con
las placas, formándose:
– (+): Sulfato de plomo
Consecuencia: El estado de la
batería la mediremos por la
densidad del sulfúrico.¿Porqué?
(PbSO4) liberando
oxígeno e hidrógeno,
recibiendo electrones del
circuito exterior.
– (-): el plomo reacciona
con el ácido formando
sulfato de plomo,
liberando hidrógeno y
cediendo electrones al
circuito exterior
– Hidrógeno y oxígeno se
combinan formando
agua
Profesor: César Malo Roldán
Descarga total
• Cuando termina de
descargase la
batería:
– la materia activa
está formada casi en
su totalidad por
sulfato de plomo.
(PbSO4)
– El electrolito baja su
densidad hasta 1.10
Profesor: César Malo Roldán
Proceso de carga
• Colocando un generador de
corriente:
¿Cuál será la densidad del
sulfúrico?.¿Porqué?
– Se establece una corriente en
sentido contrario.
– El sulfato de plomo reacciona
cediendo ácido sulfúrico al
electrolito.
– Se transforma de nuevo las
placas en:
• Placa positiva: peróxido de
plomo
• Placa negativa: plomo esponjoso
– Si al finalizar el proceso se sigue
aportando corriente se produce el
proceso de electrolisis del agua:
O2 en la positiva y H2 en la
negativa y por tanto, pérdida de
agua.
Profesor: César Malo Roldán
Análisis del proceso de carga y descarga.
Profesor: César Malo Roldán
Características eléctricas de las
baterías: CAPACIDAD
• Es la cantidad de electricidad que es capaz de
suministrar, desde plena carga hasta
descarga total.
• C = i . t (Amperios x hora)
– I = Intensidad de descarga
– t = tiempo en quedar descargada
• Factores de la capacidad:
– Cantidad de materia activa. Material y dimensiones.
– Del régimen de descarga. Capacidad nominal a 20
horas.
– De la temperatura. Menor capacidad a menor
temperatura. (-18ºC, 55% menos para arranque)
Profesor: César Malo Roldán
Características eléctricas de las
baterías: TENSIÓN
• Medida entre bornes en función de la f.e.m
capaz de entregar al circuito exterior en
un momento determinado.
Profesor: César Malo Roldán
Características eléctricas de las baterías:
TENSIÓN
• Tipos de tensión:
– Nominal: indicada por fabricante.
Depende de número de vasos; 6V si
tiene 3, 12V si tiene 6 y 24V si tiene 12
vasos.
– Vacío: tensión en bornes sin conexión a
circuito externo. (Ev)
– Eficaz: tensión en bornes conectada a
circuito exterior y sometida a descarga.
(E).
• Relación entre tipos de tensión:
– E = Ev – I . ri
– I es la intensidad en régimen de
descarga
– ri es la resistencia interna de la
batería
Profesor: César Malo Roldán
Características eléctricas de las
baterías: CORRIENTE DE DESCARGA EN
FRIO
• Es la cantidad de corriente
que puede entregar la
batería, sometida a
descarga constante
(arranque) durante un
tiempo y a baja
temperatura.
• Se mide en por su
Intensidad (Irf) en Amperios
tras una descarga constante
durante 150 s, teniendo que
dar una tensión mínima de
1V por elemento.
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Características eléctricas de las
baterías: RENDIMIENTO
• Es la relación entre los amperios-hora
suministrados por la batería a un circuito
exterior hasta quedar totalmente
descargada y los amperios-hora
consumidos para cargarla.
• El rendimiento se encuentra alrededor de un
85% dependiendo del régimen de descarga.
Profesor: César Malo Roldán
Proceso para la sustitución de baterías
• La capacidad de la batería
a sustituir de igual o mayor
capacidad nominal.
• Desconectar borne negativo
(-)
• Estado de corrosión de
bandeja.
• Revisar cables y terminales
• Verificar polaridad de
cables y batería. Inversión
de terminales daños a
diodos del alternador.
• Conectar siendo masa (-) el
último en conectarse.
Profesor: César Malo Roldán
Comprobación de baterías
• Funciona
correctamente
cuando es capaz de
suministrar la
energía suficiente
para alimentar un
motor de arranque,
poniendo el motor
térmico en marcha.
Un funcionamiento incorrecto no es significado de que la batería esté
en mal estado, sino que se encuentra DESCARGADA
Profesor: César Malo Roldán
Proceso de comprobación:
INSPECCIÓN VISUAL
• Verificar características de
la batería.
• Comprobar monobloque y
tapa.
• Comprobar anclaje y
sujeción.
• Comprobar bornes de la
batería y terminales,
apriete y sin
cortocircuitos exteriores
• Nivel de electrolito
cubriendo placas
• Estado y tensión de la
correa del alternador.
Profesor: César Malo Roldán
Proceso de comprobación:
DENSIMETRO
• Sirve para medir la
densidad del H2SO4 del
electrolito que en el
proceso de descarga
reacciona con las placas.
• Consta de:
– Una perilla para el vacío
– Un tubo transparente exterior
resistente al ácido,
– Una pipeta para introducir en
los vasos.
– Flotador con escala,
Profesor: César Malo Roldán
Proceso de comprobación:
MEDICIÓN CON DENSIMETRO
•Succionar varias veces
electrolito con densímetro.
•Aspirar una cantidad
suficiente de electrolito.
•Mantener el vertical durante
la lectura. El nivel superior del
electrolito sobre la escala es
la lectura a realizar.
•La lectura se realiza con
batería en reposo y nivel
óptimo de electrolito. La
lectura obtenida será para
25ºC
Profesor: César Malo Roldán
Proceso de comprobación:
DENSIDAD – CARGA (25ºC)
Profesor: César Malo Roldán
Proceso de comprobación:
DENSIDAD – CARGA (Temperatura)
• La temperatura
afecta al
electrolito, por
tanto:
– Para +/- 5%C
añadir al valor
para 25ºC, +/0.0035 unidades
a la densidad.
Profesor: César Malo Roldán
Proceso de comprobación:
DENSIDAD – CARGA (Otros factores)
• Medir la densidad vaso a
vaso. Entre vasos no debe
superar en 0.03 de
diferencia. Si lo supera es
defectuosa.
• Si la medida media es de
1.21 y realizada una carga
completa mide lo mismo, la
batería está defectuosa.
(OJO: medición posterior
en reposo y enfriada)
Profesor: César Malo Roldán
No añadir
ACIDO al
electrolito,
dañaría
las placas
1.210
Proceso de comprobación:
POLÍMETRO (Voltímetro)
• Se tomarán las medidas en vacío
• Relación tensión-carga
Profesor: César Malo Roldán
Proceso de comprobación:
ESTADO DE LA BATERÍA CON POLÍMETRO
Estados de batería defectuosa o mal estado:
• Conectar la batería a un cargador con la
intensidad del fabricante, midiendo la
tensión en bornes y transcurridos 3 minutos
la tensión es = ó > de 15.5V.
• Si la conectamos al cargador y midiendo su
intensidad con pinza amperimétrica no
indica carga.
• Si concluida la carga y en estado de reposo
(de 4 a 5 horas desconectada) medimos una
tensión inferior a 12.7V.
¿POR QUÉ?
Profesor: César Malo Roldán
Precauciones en la manipulación
de la batería
Profesor: César Malo Roldán
Precauciones en la carga de la batería
••
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Sala
de carga
conasuficiente
ventilación.
Conectar
los bornes
las pinzas correspondientes
(+) a (+) y ()Limpieza
a (-) NO INVERTIR
LAS
CONEXIONES.
de bornes
y terminales,
no introduciendo
Ninguna
a los
orificios
residuosllama
en el
interior
dede
losllenado.
vasos.RIESGO DE
EXPLOSIÓN DEBIDO AL GAS HIDRÓGENO.
Comprobar nivel de electrolito.Rellenar con agua
En el proceso de carga, los tapones quitados, temperatura de
destilada.
Niveldeóptimo
deno,
10interrumpir
a 15 mmlapor
encima de
electrolito menor
50ºC. Si
carga.
placas.
Cuidado con la emanaciones de ácido. Pueden deteriorar el
cargador.
Cuando se carguen varias baterías a la vez, se
conectarán
serie
suma corriente
de la tensión
total.de
Si
durante dosen
horas
nocon
varíalatensión,
y densidad
electrolito,
la batería
estará
cargada.
Varias baterías
con
distinta
capacidad, intensidad de
Terminada
la carga:
desconectar
cargador y posteriormente
carga respecto
a la
de menorelcapacidad.
desconectar pinzas. Al revés se crea picos de tensión y sobre
todo chispa con el riesgo de explosión.
Profesor: César Malo Roldán
Sistemas de carga
• Sistema Rápido: Intensidad
máxima de carga 1/10 (10%)
de capacidad nominal. Uso
para baterías poco
descargadas.
• Sistema Lento: Intensidad
máxima de carga 1/20 (5%)
de capacidad nominal. Uso
para baterías muy
descargadas. En cargas
lentas usar el sistema a
intensidad constante.
Profesor: César Malo Roldán
Gráfica de Carga
a Intensidad
constante
Cálculo del tiempo de recarga
según el sistema utilizado.
•
Para ambos sistemas:
1. Comprobación del estado de carga con
densímetro.
2. Intensidad máxima según porcentaje del sistema
utilizado de capacidad nominal.
3. Cálculo del tiempo de recarga en función a :
– Capacidad del porcentaje descargado.
– División de éste entre intensidad máxima de recarga
4. Calcula el ejemplo: Batería de 55 Ah muy
descargada (25% de su capacidad)
Profesor: César Malo Roldán
Causas que limitan la vida de la batería.
• Sobrecarga:
– El exceso de intensidad descompone el agua, disminuyendo el nivel de
electrolito que provoca:
• Fuerte corrosión y deformación de las rejillas (+) y debilitamiento mecánico.
• Elevada concentración de electrolito (H2SO4) que provoca deterioro de
componentes.
• Corrosión en alojamientos, cables, etc.
• Carga insuficiente:
– Provoca que los depósitos de las placas se vuelvan duros, densos y
cristalinos y no vuelvan a disociarse por acción electroquímica.
– También se provoca este tipo de sulfato por la acción continuada de una
descarga prolongada a motor parado.
• Falta de agua:
– Provoca la alta concentración de electrolito, perjudicando a los
separadores y sulfatando aquellas zona de placa que no este en
contacto con el electrolito.
Profesor: César Malo Roldán
Mantenimiento de baterías sin servicio.
• Fenómeno de
autodescarga en baterías
normales:
– 0.3 a 1.5% de capacidad por
día entre 20 y 30 ºC.
– Almacenamiento en lugar
seco y ventilado.
– Comprobar nivel de electrolito
adecuado
– Verificar periódicamente la
tensión para que no descienda
de 12.4 V. Si no medir con
densímetro. Con valor de
1.215 se procede a carga
lenta hasta 1.28.
Profesor: César Malo Roldán
Baterías sin servicio de bajo mantenimiento.
• Sin mantenimiento:
Tiempo de descarga de
distintos tipos de batería
para un 60% de capacidad
remanente
– Reducen al máximo el
consumo de electrolito y la
autodescarga.
– Muy baja cantidad de
antimonio sustituido por
calcio.
– Mayor tiempo de
autodescarga.
– Velocidad de pérdida de
electrolito es muy baja
– La utilización de rejillas
radiales optimiza la
conductividad eléctrica,
resistencia mecánica.
Mayor capacidad de
recarga
Profesor: César Malo Roldán
Acoplamiento de baterías:
SERIE
• Unión de bornes entre baterías (+) con (-).
• Que tengan la misma capacidad.
• Vt = V1+V2+.... // Ct = C1=C2=.... // Rit = r1 + r2 +....
Profesor: César Malo Roldán
Acoplamiento de baterías:
PARALELO
• Unión de bornes entre
baterías (+) con (+).
• Que tengan la misma
tensión nominal.
• Vt = V1 = V2 = .....
• It = I1+I2+....
• Ct = C1+C2+....
• 1/ Rit = 1/r1 + 1/r2 +....
Profesor: César Malo Roldán
Acoplamiento de baterías:
MIXTO
PARALELO - SERIE
SERIE - PARALELO
Profesor: César Malo Roldán
EJERCICIO
• Necesitamos suministrar corriente a un circuito
exterior, que requiere 24V/230Ah. Disponemos de
siete baterías:
–
–
–
–
4 unidades de 6V/50Ah/0.2
1 unidad de 12V/100Ah/0.1
1 unidad de 12V/180Ah/0.05
1 unidad de 12V/80Ah/0.08
• Determinar el conexionado de las baterías.
• Dibuja el esquema de conexionado
• Calcula la resistencia equivalente del sistema.
Profesor: César Malo Roldán
FIN DEL TEMA
• Próximo tema
analizaremos
motores eléctricos.
• Básicamente nos
centraremos en los
conceptos
fundamentales del
electromagnetismo.
Profesor: César Malo Roldán