MANUAL
ING. WALTER ROLANDO ALIAGA GARCIA
ESTRUCTRA DE LA BATERIA MAQUINARIA PESADA HUANCAYO- JUNIN SAN AGUSTIN DE CAJAS
2020
La batería, es el corazón de cualquier sistema eléctrico automotriz. Estos componentes, q u e forman el sistema d e carga, proveen l a fuerza e l é c t r i c a necesaria para arrancar el motor y operar todo el equipo eléctrico. Aunque los componentes de la batería o acu mulador generalmente no fallan, un conocimiento de los procedimientos correctos de prueba y el equipo respectivo ayudará para diagnosticar rápida y correctamente cualquier problema que ocurra. El funcionamiento de la batería y las precauciones necesarias cuando se manejan baterías están expuestas en la segunda sección.batería -
Celdas de la batería Reacción química de la batería Densidad específica Densímetro Voltaje estático Carga de la batería Capacidad de la batería Precauciones en el manejo de la batería Mantenimiento de la batería
El corazón del sistema e l é c t r i c o de cualquier vehículo es la batería. La batería proporciona toda corriente requerida para arrancar.
-
+ 150 Amps.
Batería
Motor de arranque
Si la producción del alternador no llega a la demanda requerida, la batería pone la diferencia (por ejemplo: cuando el vehículo está parado con varios accesorios prendidos). Ignición
-
Motor de limpiadores
+
Calefactor del medallón
10 Amps.
25 Amps.
Ventilador
Alternador
Batería Luces
Cuando la producción del alternador rebasa la demanda de corriente, la batería se recarga (por ejemplo: cuando se viaja en carretera con pocos accesorios prendidos)
-
+
Ignición
150 Amps.
Alternador
Batería
Motor de limpiadores
12.6 VOLTS
Celdas de la batería La batería está hecha de celdas individuales conectadas en serie. Cada celda produce 2.1 v o l t i o s cuando está cargada completamente. La batería normal de 12 voltios tiene 6 celdas (6 X 2.1 = 12.6 v).
Separadores de plástico Conector
2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1
Polo Positivo
Polo Negativo
Conectores Internos
Los elementos que trabajan de las celdas de las baterías son las placas positivas y las placas negativas. Las placas están coloca das a lter nativa me nte entre separadores de plástico (placa negativa, separador, placa positiva, separador, placa negativa etc.), todas las placas positivas se conectan a un lado y todas las placas negativas se conectan al otro lado.
Placa Positiva Placa Negativa
Nivel de electrólito
Placa Negativa Las placas se sumergen en electrólito, que es una mezcla de ácido sulfúrico y agua. El nivel del electrólito deberá estar aproximadamente 5 mm. arriba de las placas. Una trampa para sedimento abajo de las placas evita que pedacitos de plomo de las placas u otras partículas puedan quedar atrapadas entre dos placas, haciendo cortocircuito en esa celda de la batería.
Celdas
Placa Positiva
Trampa de sedimentación
Química de la batería La batería no “almacena” electricidad. Durante la carga, la energía eléctrica producida por el alternador, se convierte en energía química dentro de la batería. Cuando la batería entrega corriente, la energía química se convierte en energía eléctrica.
En una batería completamente cargada - Las placas negativas son de plomo poroso, que llevan el símbolo químico de “Pb”.
H
SO 4
O
H
Las placas positivas son de peróxido de plomo esponjoso con el símbolo químico de “PbO2.”
Pb
Pb H
SO 4
O
H
- El electrólito es ácido sulfúrico diluido “H2SO4”. Placa negativa
Electrólito
Placa positiva
El proceso de descarga, ocurre espontáneamente cuando las placas positivas y negativas están conectadas por un consumidor eléctrico.
- Los electrones fluyen de la placa negativa a través del consumidor a la placa positiva.
Consumidor
- El arribo de los electrones rompe la unión del plomo con el oxígeno de la placa positiva. - El oxígeno (O) cargado negativamente combina con el hidrógeno (H), cargado positivamente que viene del ácido sulfúrico (H2SO4) formando agua (H2O). - El resto del sulfato (SO4) del ácido sulfúrico, cargado negativamente se combina con las dos placas para formar sulfato de plomo (PbSO4).
SO4
H
O
H Pb
Pb SO 4
H H
O
Cuando la batería está descargada:
H SO 4
O
H
- Ambas placas se vuelven sulfato de plomo (PbSO4).
Pb
Pb H
O
SO 4
H
- El electrólito se vuelve agua (H 2 O). Placa Electrólito Placa negativa positiva
Durante la carga:
+
-
+ +
SO -
4
Pb
++-
O -
+
O + H
+ H
H
+ H
+ +
- Los electrones son forzados por el alternador desde las placas positivas a las placas negativas. - El sulfato cargado negativamente (SO4) es rechazado de las placas negativas, las cuales se vuelven plomo puro. - También se suelta sulfato (SO4) de la placa positiva.
Pb
-
SO4
- El oxígeno (O) del agua cargado negativamente se combina con el plomo positivo de las placas positivas y forma peróxido de plomo (PbO2). - El resto de hidrógeno (H) positivo y el sulfato (SO4) negativo se combinan para formar ácido sulfúrico (H2SO4).
La batería cargada completamente tiene otra vez: H
- Peróxido de plomo (PbO2) en las placas positivas.
O
Pb
Pb H
- Plomo puro (Pb) en las placas negativas.
SO4
H
SO4
O
H
- Acido sulfúrico (H2SO4) en el electrólito. Placa Electrólito Placa negativa positiva
Densidad específica En los ejemplos anteriores, usando un simple juego de moléculas, vimos que: Una batería completamente cargada tiene ácido sulfúrico (H2SO4) como electrólito.
+ -
+
+ -
+
H H
-
-
SO4
O
-
-
La batería descargada tiene agua (H 2O) como electrólito.
-
+ +
+
+
+
Pb + +
Pb + -
H
+ -
H
-
+
SO4
+
-
H
+ - +
O
- +
-
H
Pb + -
+
+ -
+
H H
-
-
SO4
O
-
-
Placa Electrólito Placa negativa positiva
Placa negativa
+
-
-
+
O
SO4
-
-
Pb + +
Electrólito Placa positiva
Como una batería tiene billones de juegos de moléculas y no solo uno, el electrólito nunca se vuelve todo ácido sulfúrico ni todo agua.
62 % 38%
Agua Acido Sulfúrico
83 %
Agua
100% Cargada
Descargada
17%
Acido Sulfúrico
Si podemos determinar la concentración de acidez del electrólito, podemos averiguar el porcentaje de carga de la batería.
El método más común para determinar la concentración de ácido es midiendo la densidad específica. La densidad específica es la comparación del peso entre un líquido estándar (agua) y el líquido por comparar (en este caso ácido sulfúrico).
Nuestro líquido estándar es agua pura. Si comparamos un volumen similar de otro líquido y no hay diferencia en peso, decimos que el líquido tiene una densidad específica de “1” (el mismo peso que el agua).
Un litro de agua
Un litro de ?
Densidad Específica = 1
Un litro de Agua Un litro de 38% H2SO4
Densidad Específica = 1.265
Porque el ácido sulfúrico es más pesado que el agua, una batería completamente cargada con una concentración de 38% de ácido sulfúrico tendrá una densidad específica de 1.265 (pesa 0.265 más que el agua).
Densímetro
Perilla de Hule
El dispositivo más común para medir la densidad específica es el densímetro. Al comprimir la perilla de hule e introducir el densímetro en el electrólito y luego soltarla, el líquido sube.
Tubo de Vidrio Flotador Calibrado
Tubo de 1.230
Vidrio
1.240
Nivel de Electrólito
Pipeta
1.250 1.260 1.270
La cápsula calibrada flotará a diferentes alturas dependiendo de la densidad del electrólito. Para leer la densidad, observar el nivel del electrólito sobre la cápsula. Asegurarse que el flotador no toque las paredes del tubo de vidrio para que no resulte una lectura falsa. En este ejemplo, la densidad es 1.235 (la mitad entre las rayas 1.230 y 1.240).
1.280
Flotador Calibrado
Para la mayoría de las baterías se usan las especificaciones siguientes: Densidad específica
% de carga
1.265
100
1.225
75
1.190
50
1.155
25
1.120
0
Si la densidad específica entre una celda y otra varía en más de .050, quiere decir que la batería está defectuosa y deberá ser reemplazada. En la mayoría de los densímetros, la graduación está basada en la temperatura estándar de 27oC. Porque la densidad de los líquidos varía con la temperatura.
Temperatura
Caliente
40oC
Aumentar 0.01 Aprox.
Temperatura
Normal
27oC
(Lectura real)
Temperatura
Fría
10oC
Restar 0.01 Aprox.
Voltaje estático Las baterías que no requieren de mantenimiento, tampoco requieren de adición de agua durante su vida. En algunas de estas baterías es imposible medir la densidad porque la tapa de la batería está sellada. Con estas baterías sólo es posible determinar el estado de carga, midiendo el voltaje estático (el voltaje de la batería cuando no se aplica ninguna carga eléctrica).
Medir el voltaje estático: -Quitar cualquier carga superficial prendiendo las luces altas por un minuto con el motor apagado.
1 Minuto +
-Quitar el cable a masa para asegurarse que ninguna carga salga de la batería.
-
Desconectar el Cable a Masa -Leer el voltaje de la batería con un voltímetro exacto.
+
-
Volts
% de carga 100% 75% 50% 25% 0%
Voltaje estático 12.6 o más 12.4 12.2 12.0 11.7 o menos
Ebullición de la batería Cargador de baterías Si una batería se carga tan alto que el voltaje de cada celda excede aproximadamente de 2.4 volts., la batería hervirá. Excesos de energía eléctrica que no se pueden convertir en energía química en la batería, parten las moléculas de agua (H2O) en el electrólito en gases de hidrógeno y oxígeno.
Si se deja hervir, el nivel de electrólito bajará porque se consume el agua. Para evitar que hierva, el regulador de voltaje se encarga de controlar que el voltaje de carga siempre sea menor que el voltaje que producirá ebullición en la batería. Cuando una batería consume una cantidad anormal de agua es probable que el regulador de voltaje esté permitiendo la sobrecarga de la batería o es probable que la batería esté demasiado vieja y ya no acepte una carga normal.
Capacidad de la batería La cantidad de energía eléctrica que una batería puede proveer está determinada por el tamaño y número de placas positivas y negativas.
amps.
horas amp/hrs.
La capacidad de amperes/hora es el promedio de corriente (ampere) que una batería puede proveer sin bajarse a un voltaje específico. Por ejemplo, si una batería puede proveer 2.7 amperes durante 20 horas sin bajarse a 10.5 volts. tiene una capacidad de 54 amperes/hora.
2.7
x 20 = 54
La capacidad de la batería que se necesita para cada vehículo en particular, está determinada por el fabricante de acuerdo a las necesidades de corriente al arrancar y a la cantidad de corriente consumida por accesorios. Generalmente los vehículos con motor diesel, inyección de combustible o aire acondicionado, requieren baterías de mayor capacidad. Si una batería tiene que ser reemplazada, hay que asegurarse que la nueva batería sea de la capacidad correcta para ese vehículo.
Precauciones para el manejo de la batería Las baterías contienen ácido sulfúrico que es muy corrosivo y puede causar quemaduras severas. Si el ácido tocó piel o ropa, enjuagar inmediatamente con agua. Si el contacto fue con los ojos, buscar atención médica.
--
++
Las baterías producen gases explosivos (mezcla de hidrógeno y oxígeno). No fumar, no producir chispas ni acercar flamas a la batería.
Para prevenir que se produzcan chispas cerca de la batería, al arrancar con ayuda de cables, conectar en el siguiente orden, teniendo precaución de que los vehículos no estén haciendo contacto entre sí. 1. Un lado de cable positivo al borne positivo de la batería buena. 2. El otro lado del cable positivo, al borne positivo de la batería muerta. 3. Un lado del cable negativo, al borne negativo de la batería buena. 4. El otro lado del cable negativo, al block del motor con la batería muerta.
+
Batería Muerta
-
4
2
1
3
+
Batería Buena
Nota: Los cables deberán desconectase en orden inverso 4-3-2-1.
-
Mantenimiento Cuando una batería se descarga, el electrólito es casi agua. Una batería des car g ad a no se debe dejar a temperaturas bajo 0 porque el electrólito se congelará y la batería se destruye.
Agua destilada
-
+
Limpiar las terminales y postes de la batería si es necesario, para asegurar una buena conexión. Cubrir con una ligera capa de grasa o vaselina para prevenir la corrosión.
La batería se debe rellenar a su nivel correcto únicamente con agua destilada. El agua de la llave contiene minerales que pueden reducir la eficiencia de la batería y acortar su vida.
Prueba visual de la batería Las siguientes pruebas de la batería se deben hacer antes de cualquier otra prueba.
1. Asegurarse que la fijación de la batería sea correcta y que la caja de la batería no esté dañada. 2. Los conectores de las terminales deben estar bien apretados y libres de corrosión. Si es necesario, usar una herramienta de brocha de alambre para limpiarlos.
Tapón de llenado Nivel indicador Max.
3. Revisar el nivel del electrólito en cada celda. El nivel debe estar dentro de las indicaciones. Si el nivel en una celda es mucho más bajo que en las demás, revisar cuidadosamente la caja para detectar alguna fuga.
Rellenar sólo con agua destilada. Si se agrega agua, aplicar carga rápidamente durante unos minutos hasta que las celdas empiecen a hervir. Hacer esto antes de cualquier otra prueba, para mezclar completamente el agua con el electrólito.
Min. Placas
Agua destilada
-
Cargador de baterías Precaución: Observar la batería mientras se carga, si las celdas empiezan a hervir violentamente, bajar el amperaje de carga. Es normal que hierva un poco durante la carga.
+
Prueba de densidad específica La carga de una batería se puede probar correctamente sólo si tiene por lo menos 75% de carga. El mejor método para determinar su estado de carga es midiendo la densidad específica del electrólito en cada celda.
-
+ -
1. Medir y anotar la densidad específica de cada celda. Si la densidad varía en más de 0.050 entre una celda y otra, significa que esa batería está defectuosa y se tiene que reemplazar. 2. Si la temperatura está abajo o arriba de 27 C corregir las lecturas del densímetro. Temperatura
Caliente
40 o C
Aumentar 0.01 Aprox.
Temperatura
Normal
27 o C
(Lectura real)
Temperatura
Fría
10 o C
Restar 0.01 Aprox.
3. Si el promedio de la densidad específica es arriba de 1.225, hacer la prueba de carga de la batería. Si el promedio de la densidad es abajo de 1.225, aplicar más carga lenta hasta que la densidad esté arriba de 1.225.
Precaución Observar la batería mientras se carga, si las celdas empiezan a hervir violentamente, bajar el amperaje de carga. Un poco de hervor durante la carga es normal.
Advertencia Los gases que se forman durante la carga son explosivos. No fumar, ni permitir que se hagan chispas o flamas cerca de una batería que está cargando. Asegurarse que el cargador esté desconectado antes de conectar o desconectar los cables a la batería para evitar alguna chispa.
-
+
Prueba de voltaje estático La mayoría de las baterías que no requieren mantenimiento son selladas y es imposible determinar el estado de carga con un densímetro. En este tipo de baterías se puede determinar el estado de carga midiendo el voltaje estático. 1. Prender las luces altas o descargar la batería por lo menos 15 ampers por un minuto para remover cualquier carga superficial.
2. Desconectar el cable de masa para que la batería quede aislada.
+
-
3. Medir el voltaje estático de la batería con un voltímetro exacto. Si el voltaje estático es de 12.4 volts o más, se puede probar la batería por carga.
+
Si el voltaje estático es menor de 12.4 volts cargar la batería hasta que sea por lo menos 12.4 volts. Siempre que la batería esté cargada, remover la carga superficial consumiendo por lo menos 15 amperes en un minuto antes de medir el voltaje estático.
-
Prueba de carga Una prueba de carga mide la capacidad de la batería para entregar la corriente, lo cual es una indicación de las condiciones de la batería. Antes de poder realizar la prueba de carga, la batería debe tener 75% de carga por lo menos, es decir, que la necesidad específica debe ser por lo menos de 1.225 (en baterías selladas el voltaje estático debe ser, mínimo de 12.4 volts.) 1. Conectar el probador de carga.
2. Verificar la capacidad de la batería escrita en la caja y ajustar la carga del probador a 3 veces la capacidad de la batería, ejemplo: 54 amp/h x 3 = 162 amp.
Amps. Volts
54 Amps./Hr.
x 3 = 162 Amps.
3. Después de 10 segundos, leer el voltaje bajo carga.
Si el voltaje bajo carga es menor de 9.6 volts, indicará que la batería está cargada o defectuosa. Si la batería está más fría que la temperatura ambiente, el voltaje bajo carga, será más bajo. Cuando se tenga que hacer la prueba en estas condiciones, usar la siguiente tabla. Si el voltaje bajo carga es más de 9.6 volts la batería está bien: Temperatura aproximada del electrólito
Voltaje mínimo aceptable bajo carga
16 C 10 C 4 C -1 C -7 C -12 C -18 C
9.5 9.4 9.3 9.1 8.9 8.7 8.5
BATERÍA BATERIA La batería junto con el sistema de carga, proveen potencia eléctrica al vehículo. Esta es la única fuente de poder de todas las unidades eléctricas cuando el motor esta en marcha ó apagado. Una gran cantidad y variedad de componentes electrónicos se usan en los vehículos modernos. Por esa razón, el mantenimiento de la batería se ha vuelto más importante que nunca para asegurar que el aumento de cargas eléctricas puede ser manejado. Una batería almacena energía eléctrica en forma de energía química para ser liberada como energía eléctrica en los sistemas eléctricos de la máquina, como el sistema de arranque, el sistema de carga y los circuitos accesorios. La corriente de la batería se produce por una reacción química entre los materiales activos de las placas de la batería y el ácido sulfúrico presente en el electrolito. La batería es un estabilizador de voltaje del sistema eléctrico y actúa como un acumulador o depósito de energía. Después de un período de uso, la batería comienza a descargarse y no producirá más flujo de corriente. La batería puede recargarse con corriente continua aplicada en el sentido opuesto al flujo de corriente que sale de la batería. En operación normal, la batería se mantiene cargada por la corriente de entrada del alternador. Para una buena operación del sistema, la batería debe cumplir las siguientes funciones: - Suministrar corriente para el arranque del motor - Suministrar corriente cuando la demanda excede la salida del sistema de carga - Estabilizar el voltaje en el sistema durante la operación.
Figura 2.
Funcionamiento de la batería La corriente de la batería se produce por una reacción química entre los materiales activos de las diferentes placas y el ácido sulfúrico del electrolito. Mientras se produce esta reacción química, se produce descarga de la batería. Después de que la mayoría de los materiales activos han reaccionado, la batería se descarga. La batería deberá recargarse antes de ser usada.
Figura 3.
Electrolito de la batería El electrolito de una batería completamente cargada es una solución concentrada de ácido sulfúrico en agua. El electrolito tiene una gravedad específica de 1,270 a 27°C (80°F), es decir que pesa 1,270 veces más que el agua. La solución tiene cerca de 36% de ácido sulfúrico (H2S04) y 64% de agua (H20).
Figura 4.
Potencial de la batería Cada celda de una batería de almacenamiento tiene un potencial de cerca de 2 voltios. Las baterías de seis voltios contienen tres celdas conectadas en serie, mientras que una batería de 12 voltios consta de seis celdas conectadas también en serie (fig. diagrama lateral superior). Para obtener voltajes más altos, se usan combinaciones de baterías. En la figura 4 (diagrama lateral inferior) dos baterías de 12 voltios se conectan en serie para producir 24 voltios. Es de señalar que baterías del mismo voltaje pueden producir diferentes cantidades de corriente. La razón es que la cantidad de corriente que puede producir una batería depende del número y tamaño de sus placas. A mayor número de placas, mayor reacción química tendrá lugar entre el electrolito y las placas, por tanto, mayor la cantidad de corriente producida. Si dos baterías de 12 voltios tienen un número diferente de placas, la de mayor número de placas podrá suministrar más flujo de corriente y tendrá mayor capacidad.
Figura 5
Figura 6
Ciclos de operación Una batería tiene dos ciclos de operación: - de descarga - de carga Ciclo de descarga Cuando una batería está suministrando corriente, se está descargando. Los cambios químicos de una batería que se está descargando son los siguientes: Las placas positivas se fabrican de peróxido de plomo (PbO2). El plomo (Pb) reacciona con el radical sulfato (SO4) del electrolito (H2SO4) para formar sulfato de plomo (PbSO4). Al mismo tiempo el oxígeno (O2) en el peróxido de plomo reacciona con el hidrógeno (H) en el electrolito para formar agua (H2O). Las placas negativas son fabricadas de plomo (Pb). El plomo también se combina con los radicales sulfatos del electrolito para formar sulfato de plomo (PbSO4). En el proceso de descarga de la batería, el sulfato de plomo se forma tanto en la placa negativa como en la positiva, y hace similares las dos placas en cuanto a su
composición química. Estos depósitos de sulfato de plomo son los causantes de la pérdida de voltaje de la celda, ya que el voltaje depende de que las placas positivas y negativas sean diferentes. Pb SO2 + 2 H2O SO4 + Pb Pb SO4 + 2 H2 O + Pb SO4
Figura 6
Figura 7
Figura 8
La batería y el circuito de carga Las baterías operan en un circuito de carga con un alternador. La batería suministra la corriente a los circuitos y comienza a descargarse. A medida que la batería se descarga, se forma en las placas mayor cantidad de sulfato de plomo y aumenta la cantidad de agua en el electrolito. Observe que aunque el radical (SO4) se separa del electrolito, éste nunca sale de la batería. Por consiguiente, nunca adicione ácido sulfúrico (H2SO4) a la batería. La cantidad extra de sulfato (SO4) puede hacer que la batería se descargue por sí sola a una velocidad más elevada de lo normal. El agua es la única substancia que debe reemplazarse en una batería.
Figura 9
Ciclo de carga Las reacciones químicas que tienen lugar en la celda de la batería durante el ciclo de carga (figura) son esencialmente lo contrario de aquellas reacciones que ocurren durante el ciclo de descarga. El radical sulfato deja las placas y regresa al electrolito, y repone la concentración de ácido sulfúrico. El oxígeno del agua producido en la
descarga del electrolito reacciona con el plomo en la placa positiva para formar peróxido de plomo.
Figura 10
Electrólisis Cuando una corriente eléctrica fluye a través del agua, las moléculas de agua se separan en sus dos elementos componentes, hidrógeno y oxígeno. Estos dos gases escapan a la superficie y se evaporan en el aire. Lógicamente, baja el nivel de agua. Este proceso se llama electrólisis y ocurre siempre que se carga una batería. Cuando la corriente fluye a través de un electrolito, tiene lugar la electrólisis y disminuye el nivel de agua. Las baterías de carga húmeda contienen elementos completamente cargados y se llenan en fábrica con el electrolito. Una batería de carga húmeda no mantendrá su estado de carga completa durante el almacenamiento y debe recargarse periódicamente. Durante el almacenamiento, aunque una batería no esté en uso, tiene lugar una reacción lenta entre el electrolito y las placas, lo que causa pérdida de carga. Esta reacción se llama autodescarga. La velocidad a la que ocurre la autodescarga varía en relación directa con la temperatura del electrolito. Variación de la eficiencia de la batería o tensión entre los bornes El voltaje de la batería no es constante. Una batería de 12 voltios no envía 12 voltios todo el tiempo. Los principales factores que afectan la tensión entre los bornes de una batería incluyen la temperatura y el ciclo de operación. Temperatura Una batería produce corriente debido a reacciones químicas a través del ácido sulfúrico que actúa sobre las placas positivas y negativas. A bajas temperaturas los compuestos químicos no reaccionan tan rápido y por tanto la batería tiene voltaje bajo. La temperatura puede afectar la tensión entre los bornes de la batería. Si la temperatura disminuye, la batería se vuelve menos eficiente y aumentan los requerimientos de arranque del motor. El alternador envía corriente a la batería para ser recargada. La operación en el circuito de carga varía con la velocidad del motor. Cuando el motor está apagado, sólo la batería proporciona corriente a los circuitos accesorios. A velocidades bajas, tanto la batería como el alternador pueden suministrar la corriente. A velocidades más altas, el alternador debe tomar el control y suministrar la suficiente corriente para operar los
accesorios y también recargar la batería. El regulador de voltaje limita el voltaje del alternador a un valor seguro para evitar sobrecargar la batería a velocidades altas. Tipos de baterías Básicamente hay dos tipos de baterías utilizadas en vehículos y en equipos pesados: - Convencionales - Libres de mantenimiento Existen baterías que tienen características de ambos tipos y se considera que necesitan poco mantenimiento. Baterías convencionales Las baterías convencionales pueden ser de carga seca o de carga húmeda. Una batería de carga seca contiene elementos cargados completamente, pero no contiene electrolito. Una vez activada llenándola con electrolito, ésta es esencialmente igual a una batería de carga húmeda. Una batería de carga seca retiene toda su carga mientras sus celdas se mantengan libres de humedad. Si se almacena en un lugar seco y protegido del medio ambiente, este tipo de batería, al contrario de la batería de carga húmeda, no perderá parte de su carga en la estantería antes de su uso. La activación de una batería de carga seca generalmente se hace en la bodega donde el distribuidor adquiere la batería. Para asegurarse de que se usa el electrolito correcto y que la batería se activa en forma adecuada, muchos fabricantes proporcionan un paquete de electrolito a sus baterías de carga seca junto con las instrucciones para su activación. Estas instrucciones deben seguirse cuidadosamente. Baterías libre de mantenimiento En un esfuerzo por reducir el mantenimiento de la batería y fabricar baterías más confiables y de mayor duración, se diseñaron las baterías “libre de mantenimiento”. Una batería libre de mantenimiento se parece a una batería convencional, pero no tiene tapas de llenado, ya que el electrolito se encuentra en su interior completamente sellado. Algunas de estas baterías tienen un indicador del estado de la carga. El indicador es un hidrómetro incorporado con una pequeña esfera verde, la cual flota cuando la gravedad específica del electrolito es de 1,225 o mayor. El indicador se usa también como método fácil y rápido de saber si la batería está cargada o descargada. Para leer el indicador siga las recomendaciones del fabricante. Una batería cargada completamente y almacenada a 38°C (103°F) se descargará completamente después de un período de almacenamiento de 90 días. La misma batería almacenada a 15°C (59°F) tendrá solamente una ligera descarga después de 90 días. Por tanto, las baterías de carga húmeda deben almacenarse en el lugar más frío posible, pero no tanto como para congelar el electrolito.
Es de anotar que una batería de carga húmeda completamente cargada no se congelará a menos que la temperatura sea menor de -60°C (-76°F), mientras que una batería descargada con una gravedad específica de 1,100 se congelará a -8°C (18°F). Las baterías de carga húmeda almacenadas por largo tiempo sin ser recargadas pueden sufrir daño permanente debido a la formación de una capa dura y densa de cristales de sulfato de plomo en las placas. Para evitar la formación de estos cristales, las baterías de carga húmeda en almacenamiento deberán cargarse completamente cada 30 días. Características de las baterías libre de mantenimiento Ya que el electrolito está sellado internamente, la batería tiene un suministro de por vida. Los niveles de la batería no tienen que revisarse y se eliminan los problemas de sobrellenado o bajo llenado de las celdas. Durante los procesos de carga y descarga se producen gases. Los gases que alcanzan la superficie de la caja son atrapados por el líquido separador de gas, enfriados y condensados, y luego drenados al depósito del electrolito. La presión interna producida es liberada a través de un pequeño orificio ubicado al lado de la tapa. Las baterías libre de mantenimiento tienen grupos de placas como las baterías convencionales, pero los grupos son construidos de manera diferente. Otra diferencia consiste en que las placas son colocadas en fundas que actúan como separadores y también recogen los sedimentos producidos por la descomposición de las placas con el tiempo. Las fundas son puestas juntas y permiten poner el elemento en el fondo de la caja. En contraste, en una batería convencional el elemento no está en el fondo, con el fin de dar espacio al sedimento y poder colectarlo sin tocar las placas. Al tener el elemento descansando sobre el fondo del depósito, se permite que haya más electrolito que cubra las placas, lo cual mejora la eficiencia de la batería. Otra importante diferencia de diseño en las baterías libre de mantenimiento es el material usado para fabricar la rejilla de cada placa de celda. En una batería convencional la rejilla se hace de plomoantimonio, pero en una batería libre de mantenimiento, la rejilla está hecha de plomocalcio. Esta diferencia de material de la rejilla es la que hace que las baterías de libre mantenimiento no tengan que usar agua. La rejilla de plomo-calcio reduce significativamente la producción de gases y la pérdida subsecuente de agua, comparada con una batería con placas de antimonio.
Pb SO4 + 2 H2O + Pb SO4 Pb SO2 + 2 H2 SO4 + Pb
Figura 11
Batería de ciclo profundo Una variación de la batería tipo plomo-ácido utilizada en vehículos y equipo pesado es la batería de ciclo profundo. Esta es también una batería de plomo-ácido, pero está diseñada especialmente para uso en aplicaciones que no pueden incorporar sistemas de carga en el sistema eléctrico y por tanto no pueden mantener la batería cargada. Una batería de ciclo profundo también se usa en aplicaciones en donde la batería permite operar sistemas eléctricos cuando el motor no está funcionando, por ejemplo, una casa rodante.
Figura 12
Las baterías de ciclo profundo tienen un material activo más denso y placas más gruesas, características que ayudan a mantener el material activo en la rejilla durante los repetidos ciclos de carga y descarga profundos. Para reforzar las placas y reducir los daños por vibración y derramamiento del material activo de la rejilla pueden usarse separadores de vidrio. Como su nombre lo indica, la batería puede descargarse totalmente y recargarse muchas veces sin daño, mientras que una batería estándar para vehículo/equipo pesado se arruinaría muy pronto en estas condiciones de "ciclo profundo". Los factores que influyen en la capacidad de una batería (ejemplo: la cantidad de corriente que puede producir una batería) son el número, el tamaño y el grosor de las placas, así como la calidad y la concentración del electrolito. Las baterías usaron por muchos años el método de clasificación amperio-hora, hasta que la clasificación de la nueva capacidad de las baterías fue adoptado en 1971 por la Society of Automotive Engineers (SAE) y el Battery Council International (BCI).
Tres métodos actuales de los valores de clasificación de las baterías de vehículo son: rendimiento de arranque en frío, rendimiento de arranque y capacidad de reserva. Rendimiento de arranque en frío El trabajo básico de una batería es arrancar un motor, lo que implica una descarga alta en amperios por un corto tiempo. Teniendo en cuenta que es más difícil que una batería suministre energía cuando está fría y el motor requiere mayor potencia para encender cuando está frío, la clasificación del arranque en frío se define como: La descarga dada en amperios que una batería nueva, completamente cargada a 18°C (0°F) puede suministrar continuamente por 30 segundos y que permite mantener 1,2 voltios por celda. Muchas baterías de bajo precio pueden proporcionar solamente 200 amperios, mientras baterías más poderosas pueden suministrar más de 1.000 amperios en las mismas condiciones. El rendimiento del arranque en frío de una batería debe igualar los requerimientos de potencia que necesita un motor para arrancar. Si un motor en condiciones de frío requiere 400 amperios para arrancar, obviamente una batería de bajo precio que proporcione solamente 200 amperios sería inapropiada. Rendimiento de arranque El rendimiento de arranque a 0°C (32°F) es una nueva clasificación reconocida recientemente por el BCI. El rendimiento de arranque es la descarga dada en amperios que una batería nueva, completamente cargada, a 0°C (32°F) puede suministrar continuamente por 30 segundos y le permite mantener 1,2 voltios por celda.
Figura 13
Capacidad de reserva La capacidad de reserva se define como la capacidad de una batería de sostener una carga eléctrica mínima en el caso de una avería en el sistema de carga. Esta es también una medida comparativa de la capacidad de una batería para proporcionar energía a máquinas que tienen cargas eléctricas residuales pequeñas por largo tiempo
y aun tener la capacidad suficiente para arrancar el motor. La clasificación de la capacidad de reserva se define como: Los minutos que una batería nueva, completamente cargada a 26,7°C (80°F) puede descargarse continuamente a 25 amperios y mantener la tensión entre los bornes igual o mayor a 1,75 voltios por celda. CAPACIDADES DE LA BATERIA La capacidad de una batería es la capacidad de corriente que una batería puede suministrar durante un cierto período de tiempo y a una cierta temperatura. Hay dos términos que se usan para expresar la capacidad de una batería: -
Capacidad de descarga lenta. Capacidad de descarga alta.
Por ejemplo, supongamos que una batería completamente cargada se descargo continuamente a 5.6 amperios, y que alcanzo su voltaje final de descarga (10.5V) después de 5 horas. Esto significa que la batería puede suministrar 5.6 amperios en 5 horas, así que se clasifica como una batería de 28 Ah (5.6 x 5 = 28) capacidad nominal.
Figura 14 Tabla 1
Corriente de descarga (A) 1.75
Tiempo de descarga (h) 20
Designación de la capacidad (Ah) 35.0
3.2
10
32.2
5.6
5
28
8.7
3
26.2
24.0
1
23.8
Evidentemente, cuanto más largo sea el período de tiempo en que se puede descargar una batería, mayor será su capacidad. Y una batería con una mayor capacidad más grande podrá suministrar una fuerte corriente para el arranque durante un período más largo de tiempo en climas o estaciones frías. INPORTANTE: La capacidad de una batería depende también de la temperatura del electrolito. CAPACIDAD DE DESCARGA LENTA La potencia eléctrica de la batería, cuando se usa para cargas de poco consumo ó de consumo reducido se denomina capacidad de descarga lenta, se expresa como la cantidad de potencia eléctrica útil que se puede obtener de una batería completamente cargada que se descarga lentamente a un régimen constante, hasta que el voltaje entre los terminales de la batería alcance el voltaje final de descarga (normalmente 10.5 V para una batería de 12 V). La capacidad de descarga lenta se mide en amperio- hora (Ah), y se calcula multiplicando la corriente (en amperios hora) a la que se descarga la batería por el número de horas (h) que estuvo descargada, de la forma siguiente: Ah = A x h.
Figura 15
CAPACIDAD DE DESCARGA ALTA Cuando se arranca el motor circula una fuerte corriente (de alto amperaje) de la batería al motor de arranque. La cantidad de3 potencia que puede tomarse de la batería en ese momento se denomina capacidad de descarga alta de la batería. Se puede expresar la capacidad de descarga alta como:(1) el tiempo que una batería puede proporcionar una corriente fuerte cuando se descarga a un régimen constante; y (2) el voltaje después de haberse descargado la batería bajo una fuerte corriente constante y durante un cierto periodo de tiempo. La resistencia interna Una batería no solo crea fuerza electromotriz, sino que también actúa como elemento resistente, debido a la resistencia interna de su electrolito y de las placas. Cuando la corriente circula por el circuito, esta resistencia interna origina una caída de voltaje entre los terminales de la batería, de forma que el voltaje real (FEM) producida por la batería será algo menor que la que se podría esperar si se considera sólo la FEM teórica de la batería.
E = FEM teórica producida por la batería. I = Corriente que circula por el circuito. r = Resistencia interna de la batería. Ir = Caída de voltaje entre los terminales de la batería. EJEMPLO: V = E – Ir V = 12(V) – 10(A) x 0.02(Ohm) = 11.8 (V).
METODOS DE CONEXIÓN DE BATERIAS. CONEXIÓN EN SERIE: Se puede conectar batería en serie cuando se necesite un voltaje grande. En una conexión en serie de baterías, se conecta el terminal positivo de la primera batería al terminal negativo de la segunda batería, según se muestra en el dibujo. La fuerza electromotriz total de está conexión en serie es igual a la suma de las fuerzas electromotrices de las baterías individuales. Por lo tanto se puede obtener una fuerza electromotriz grande mediante este tipo de conexión. Eo = E1 + E2
Figura 16
CONEXIÓN EN PARALELO Se emplea una conexión en paralelo cuando se necesita una gran cantidad de corrientes procedentes de las baterías. En está conexión en paralelo de baterías, los terminales positivos de todas las baterías se conectan entre sí para proporcionar un único terminal positivo, de igual forma debe conectarse los terminales negativos para terminar en uno solo. La fuerza electromotriz total Eo de las baterías conectadas en paralelo es igual a la fuerza electromotriz de una sola batería.
Eo = E
Figura 17
CONEXION MIXTA
Figura 18
CONGELACIÓN ELECTROLITO
Figura 19
DEL
El ácido sulfúrico en el electrolito se congela a una temperatura extremadamente baja. La temperatura de congelación varía dependiendo del peso específico de la pureza del electrolito, pero se puede evitar su congelación manteniendo la batería completamente cargada. Se debe tener mucho cuidado para evitar que la batería se congele, dado que se reducirá entonces hasta cero el rendimiento de la batería, pudiéndose estropear la batería.
Figura 20
AUTODESCARGA Una batería se descarga por si sola aun cuando no se utilice. Este fenómeno se denomina auto descarga. La cantidad de auto descarga viene indicada en relación a la capacidad de la batería y es de aproximadamente 0.3 a 1.5% por día a temperaturas de electrolito comprendidas entre 20 y 30ºC, según muestra el gráfico de abajo, Una batería se auto descarga por completo en un período de 1 a 3 meses si no se utiliza ó recarga. La cantidad de auto descarga es mayor cuando la temperatura de la batería es más alta. Por lo tanto, se deberá guardar las baterías en un lugar oscuro y fresco cuando no se utilizan. Se produce una auto descarga cuando en el agua hay impurezas de metal mezcladas con electrolito es por eso que solo debe usar agua libre de impurezas.
Figura 21
Figura 22
BATERIAS DE MANTENIMIENTO PROLONGADO La cantidad del electrolito disminuye con el tiempo, a medida que la batería se carga y descarga repetidas veces al usarla. Su capacidad disminuye también debido a la auto descarga cuando no se utiliza. Es debido a estas razones por las que las baterías deben inspeccionarse periódicamente. Las baterías de mantenimiento prolongado han sido desarrolladas para prolongar el intervalo entre las inspecciones de mantenimiento, y se han diseñado para reducir al mínimo el consumo nominal del electrolito y el valor nominal de auto descarga.
Estas baterías se vienen instalando ahora con más asiduidad en los automóviles para reducir los costos de mantenimiento. Se deben pues entender los procedimientos adecuados para su reparación y servicio técnico. DIFERENCIAS CON RESPECTO A LAS BATERÍAS COMUNES La cantidad de antimonio en las rejillas de las placas positivas y negativas es extremadamente pequeña. En ciertos casos el antimonio ha sido remplazado por otro metal como por ejemplo el calcio. La altura de las salientes que hay en el fondo de la carcasa se han reducido para aumentar la cantidad de electrolito. AUTODESCARGA REDUCIDA Tal como hemos visto anteriormente, el antimonio en las placas es una de las razones por las que se produce la auto descarga. Dado que las baterías de mantenimiento prolongado usan placas con bajo contenido de antimonio ó placas de aleación calcioplomo, la auto descarga se reduce enormemente. MENOR NECESIDAD DE TENER QUE ECHAR AGUA En una batería ordinaria, el antimonio pasa a medida que se usa la batería, del interior de la placa negativa a su superficie. Esto hace que las reacciones químicas entre las placas negativas y el electrolito se hagan con mayor rapidez y gasten así el agua del electrolito más rápidamente. Sin embargo, la velocidad de perdida del electrolito es extremadamente baja en las baterías de mantenimiento ha intervalos prolongados que tienen rejillas de aleación de plomo y antimonio en bajas cantidades. O rejillas de aleación de plomo y calcio. INDICADOR DEL NIVEL DEL ELECTROLITO Y DEL PESO ESPECÍFICO Las baterías de mantenimiento prolongado están equipadas con un indicador que permite ver con facilidad el nivel del electrolito y el peso específico. Normalmente, el equipo incluye los siguientes elementos: Un indicador con dos flotadores de diferentes colores, que tienen diferentes pesos específicos. El peso específico del flotador azul es de 1,150. El peso específico del flotador rojo es inferior a 1,00.
Figura 23
Figura 24
ESPECIFICACIONES DE LA BATERIA CCA: Clasifica a la batería según el amperaje que puede llevar y mantener una batería fría a 30ºC durante 30 s, a una tensión mínima en los bornes de 7,2 voltios. Ah Establece que durante 20 horas a una temperatura de 25ºC, la batería debe ser capaz de suministrar una cantidad específica de corriente sin que caiga el voltaje por debajo de 10,5 voltios.
Figura 25
NIVEL DEL ACIDO El nivel debe hallarse aproximadamente de 10 a 15mm por encima del borde superior de las placas. En el caso de que se produzcan pérdidas por evaporación deberá rellenarse únicamente con agua destilada o desmineralizada.
Figura 26
CARGA DE BATERÍAS Se distinguen los siguientes tipos de carga: carga normal, carga rápida y carga de conservación. Los aparatos de carga normal y los aparatos de carga rápida, se diferencia en la intensidad máxima de la corriente que pueden entregar y en la variación del valor de la intensidad de la corriente durante el proceso de carga. Cargadores de corriente constante Un cargador de corriente constante suministra una corriente constante o una cantidad de corriente fija a la batería. La cantidad de carga recomendada es de 1 amperio por placa positiva por celda. Por ejemplo, si una batería tiene 5 placas positivas por celda, ésta deberá cargarse a 5 amperios. Muchas baterías que cargan lentamente con un cargador de corriente constante requerirán entre 5 y 6 amperios. Cargadores de voltaje constante Un cargador de voltaje constante suministra a la batería voltaje constante durante el período de carga, por ejemplo, 15 voltios para una batería de 12 voltios. Este cargador podrá cargar la batería a un amperaje más o menos alto cuando la batería está baja y luego, mientras la batería acumula carga, el amperaje tiende a desaparecer casi a cero, mientras la batería carga completamente. Los cargadores de voltaje continuo son más comunes que los cargadores de corriente constante.
Figura 27