Baterías

Electroquímica. Almacenamieto de energía. Componetes. Electrodo positivo y negativo. Funcionamiento. Clasificación. Corriente eléctrica

  • Enviado por: Teber
  • Idioma: castellano
  • País: Guatemala Guatemala
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TODO SOBRE BATERIAS

Antes de nada recordaros que las baterías no son eternas, se degradan con el tiempo, no confundir que no padezcan el efecto memoria con que no se vaya a agotar.

¿QUÉ ES UNA BATERÍA?
   Una batería es un dispositivo electroquímico el cual almacena energía en forma química. Cuando se conecta a un circuito eléctrico, la energía química se transforma en energía eléctrica. Todas las baterías son similares en su construcción y están compuestas por un número de celdas electroquímicas. Cada una de estas celdas están compuestas de un electrodo positivo y otro negativo además de un separador. Cuando la batería se está descargando un cambio electroquímico se está produciendo entre los diferentes materiales en los dos electrodos.  Los electrones son transportados entre el electrodo positivo y negativo vía un circuito externo(bombillas, motores de arranque etc.).

TECNOLOGÍA BÁSICA DE LA BATERÍA


   Para ser capaz de comparar los distintos tipos de batería y comprender las diferencias entre las baterías normales y las OPTIMA es necesario tener una idea del funcionamiento básico de una batería.

   Superficialmente la tecnología de la batería puede parecer simple. Sin embargo actualmente los procesos electroquímicos que se utilizan en una batería son bastante complejos. Existen diferentes factores que determinan el funcionamiento de una batería. Este curso básico puede parecer complejo para mucha gente, mientras que para otros el asunto les será más familiar. Nosotros hemos comenzado por el principio para dar un profundo conocimiento de las diferencias entre las viejas y nuevas tecnologías de batería

DIFERENTES TIPOS DE BATERÍAS

Lo ideal es comprar un modelo de transmisor PMR que incluya el cargador y las baterías, aunque los fabricantes suelen ofrecerlo como accesorio cuando no lo traen de serie. Los tipos de cargadores que se usan para los PMR son lentos, tardan unas 14 horas en recargar las baterías, pero resultan muy cómodos, sobre todo los de sobremesa que además te servirán de soporte del aparato cuando lo uses. Podrás encontrarte estas clases de baterías:

Alcalinas: No son muy comunes las baterías alcalinas recargables.
A su favor: lo mejor que tienen es que aportan una tensión de 1.5 voltios.

En contra: el punto negativo es que son difíciles de encontrar en el comercio y que requieren un cargador propio también poco común.

Niquel: Son las más habituales. Proporcionan tensiones de 1.2 voltios.

Explicación: Contienen cadmio, un metal pesado que representa un peligro ecológico. Exteriormente tienen la misma forma y tamaño de las pilas. Interiormente tienen dos electrodos, el de cadmio (negativo) y el de hidróxido de níquel (positivo), separados entre sí por un electrolito de hidróxido de potasa. Llevan también un separador situado entre el electrodo positivo y la envoltura exterior y un aislante que las cierra herméticamente.

A su favor: su aspecto más positivo es el precio. Aunque te parezcan caras no tienes más que echar la cuenta de cuántas veces las recargas y cuánto te hubiera costado hacer los mismos cambios de pilas alcalinas, si bien hay que tener en cuenta que duran menos que estas últimas.

En contra: Lo peor es el llamado «efecto memoria». Significa que antes de recargarlas es necesario haberlas agotado completamente ya que en caso contrario su vida se va acortando. Una solución es, cuando se vea que empiezan a perder energía, dejar el equipo encendido (por ejemplo toda la noche) hasta que se agoten completamente. Además son contaminantes.

Niquel-Hidruro Metálico :
Este tipo de baterías ofrecen en torno a una mejor de un 40% de capacidad (autonomía) suplementaria respecto a las de NICD de un volumen equivalente (MAH). Son un poquitín más ligeras y no están sujetas al efecto memoria y tienen una vida media de unas 600 a 700 ciclos de carga. Se usan habitualmente portátiles y teléfonos móviles.
Más información (en francés)

Lithium-Ion :
Estas baterías tienen un gasto de producción elevado y muy costoso que se refleja en su precio final.  Su ciclo de vida se sitúa entre los 500-600 ciclos de carga/descarga. Sin embargo ofrece una capacidad equivalente y más fiable dando una densidad de energía más elevada y constante que las baterías de Ni/Cd o Ni/MH. Su uso está recomendado para los usuarios exigentes y con trabajo intenso. Todos hemos sufrido alguna vez en nuestra cámara digital tras sacar alguna foto como el indicador de batería indicaba sin carga y tras unos segundos volver a estar estable, con las baterías de LI-IO este efecto no sucede.

¿Baterías de alcohol?

Los investigadores de Motorola Labs han adelantado más una etapa en el desarrollo de una nueva tecnología de baterías. Han construido y presentado en la Power 2000 Conference en San Diego un prototipo de una micro batería apta a producir energía a partir del metanol, también designado de alcohol. El funcionamiento consiste en la mezcla de oxigeno y metanol dentro de un envoltorio cerámico, que genera energía a la temperatura ambiente.

El objetivo es crear una batería pequeña y barata, con una autonomía muy superior a la de las baterías de Litio, y que en el futuro pueda por ejemplo alimentar un móvil durante un mes. Fue testada durante varias semanas sin que presentase señales de degradación relevantes. Pero esta tecnología no se quedará por los teléfonos móviles, todo que sea portátil podrá un día ser aún más pequeño y fácilmente transportable.


   Existen diferentes tipos de material que se usan para almacenar energía. Frecuentemente las baterías toman el nombre del tipo de material utilizado para su construcción (Niquel-Hierro, Litio-Hierro).Otras baterías toman el nombre según el material hallado en los electrodos y del tipo de electrolito utilizado. La mayoría normalmente son baterías de ácido de plomo. El material activo utilizado determina el voltaje de las celdas y el número de celdas determina el voltaje total de la batería.

   Las baterías de ácido de plomo tienen un voltaje nominal de alrededor de dos voltios. La mayoría de baterías de coche se componen de seis celdas y por ello tienen una tensión de doce voltios.

   El voltaje que se da en el chispazo de las típicas baterías es de 1,5 voltios.

EL PLOMO Y EL ÁCIDO
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   A pesar del gran esfuerzo realizado en investigación de los diferentes tipos de materiales las baterías de plomo ácido son las preferidas e insuperables por el amplio de aplicaciones que tienen. El plomo es abundante y no demasiado caro y es por esta razón por la cual es idoneo para la producción de baterías de buena calidad en grandes cantidades.

¿QUÉ ES UNA BATERÍA DE PLOMO ÁCIDO?
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   Las primeras baterías de plomo-ácido (acumuladores de plomo), fueron fabricadas a mediados del siglo XIX por Gaston Planté. Hoy en día todavía son uno de los tipos de baterías más comunes. Se descubrió que cuando el material de plomo se sumergía en una solución de ácido sulfúrico se producía un voltaje eléctrico el cual podía ser recargado.

   Este tipo de baterías es único en cuanto que utiliza el plomo, material relativamente barato, tanto para la placa positiva como para la negativa.

   El material activo de la placa positiva es óxido de plomo (PbO2).

   El de la placa negativa es plomo puro esponjoso y el electrolito está disuelto en (H2SO4).

   Cuando hablamos de material activo en las baterías de ácido de plomo,nos referimos al óxido de plomo y al plomo esponjoso.

DIVERSOS TIPOS DE BATERÍAS DE PLOMO ÁCIDO


   La tecnología del plomo ácido puede variar según las diferentes necesidades existentes. Las baterías se clasifican en grupos según el uso que estas tengan y por su diseño. Las diferencias principales entre estos grupos se dan por la estructura y diseño de los electrodos (ó placas), el material activo y el electrolito.

    Los tipos más comunes de baterías de plomo más comunes son:
   - Baterías de tracción: para carretillas elevadoras, sillas de ruedas eléctricas y automóviles eléctricos.
   - Baterías estacionarias: para fuentes de alimentación de emergencia y fuentes de alimentación ininterrumpida para usos de informática (UPS).
   - Baterías de arranque: para arrancar automóviles y otros vehículos de motor diesel y gasolina.

    Además de estos hay baterías especiales para otras áreas tales como control remoto, herramientas portátiles, motores de carretillas etc.

DIFERENCIAS DE LA CONSTRUCCIÓN.
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   - Baterías de tracción. Las baterías de tracción están sujetas a una constante y relativamente pequeña descarga, durante largos periodos de tiempo, lo que supone un alto grado de descarga. Hay que procurar recargarlas, preferiblemente de 8 a 16 horas cada día antes de que se vuelvan a descargar.

   Las baterías de tracción tienen electrodos muy gruesos con rejillas pesadas y un exceso de material activo.

   - Baterías estacionarias. Las baterías estacionarias están constantemente siendo cargadas y se debe tener cuidado de evitar que se sequen. El electrolito y el material de la rejilla del electrodo están diseñados de forma que se minimice la corrosión.

   - Baterías de arranque. Tienen que ser capaces de descargar el máximo de corriente posible en un corto espacio de tiempo manteniendo un alto voltaje. Tienen que ser capaces de aguantar muchas descargas incluso con cambios fuertes de temperatura. El peso, el diseño y la forma son también características determinantes.

   Para poder cumplir su tarea principal que es arrancar un motor, se necesita mucha energía en un periodo corto de tiempo. Las baterías de arranque tienen generalmente una baja resistencia interna.

Esto puede lograrse con un gran área de superficie de electrodo, un pequeño espacio entre placas y unas conexiones "heavy-duty" (resistentes a duros servicios) entre celdas.

LA NECESIDAD DE UNA NUEVA TECNOLOGÍA
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   La nueva tecnología de Optima ha sido especialmente desarrollada para cubrir las exigencias solicitadas de las viejas y de las nuevas baterías de arranque.

   Sobre las páginas siguientes iremos hablando cuidadosamente sobre las necesidades, limitaciones y ventajas de las baterías de arranque.

Lo primero que vamos a hacer es definir los distintos términos usados para los diferentes tipos de baterías de arranque que hoy en día existen en el mercado.

LAS VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS BATERIAS DE ARRANQUE

¿que diferencia las optima de las otras baterías? ¿cuales son las consecuencias para los usuarios?
Baterías

   Según lo dicho anteriormente, la tecnología del plomo ácido es la mejor (especialmente en relación con el precio) para muchos tipos de batería entre ellos las baterías de arranque. Sin embargo esto no significa que no existan limitaciones o problemas sin resolver.

   A continuación se tallan algunos de los requerimientos que, hoy día, se demandan a las baterías de arranque:

  • Tienen que producir intensidades altas cada
    vez que se arranca el motor.

  • Deben recuperarse rápidamente después
    de varios intentos de arranque.

  • Deben proporcionar muchos ciclos de arranque.

  • Deben trabajar en condiciones tanto de frío, como de calor.

  • No pueden ser muy grandes o muy pesadas.

  • Debe ser posible adaptarlas en espacios exiguos.

  • Deben ser resistentes a las vibraciones, impactos y sacudidas.

  • Conviene que tras soportar una fuerte colisión no tengan fugas de electrolito.

  • Deben ser seguras en el uso y en la carga.

  • Deben cubrir los altos consumos de los aparatos electrónicos de los automóviles
    modernos.

  • Deben tener una baja autodescarga, una alta reserva de capacidad y una larga
    vida media.

  • Deben ser fáciles y rápidas de recargar.

  • Debe ser posible montarlas en diferentes posiciones.

  • Deben preferentemente ser de libre mantenimiento.

   ¿Pero, cuántas baterías de hoy en día reúnen todos estos requisitos?

   Si examinamos la lista punto por punto será mas fácil hacer comparaciones.

   Al mismo tiempo, compararemos baterías convencionales con las baterías Optima, de distinta tecnología que las tradicionales de plomo ácido, y que están construidas para resolver esas necesidades.

El único punto en común que las baterías Optima tienen con las baterías convencionales es su química. Las baterías Optima están basadas en las ventajas electroquímicas del plomo y del ácido sulfúrico, pero de una manera revolucionaria, efectiva y segura.

OPTIMA ES UNA BATERÍA DE ARRANQUE   

Utilizando el viejo método de medida de la capacidad en Amperios hora, una batería Optima y una batería convencional de automóvil, tienen el mismo resultado de 56 Ah.

   Sin embargo, esta medida no es representativa ya que sólo muestra cuanto tiempo la batería puede retener un determinado voltaje mientras está proporcionando una corriente lenta.

Un arranque normal tarda unos 3 segundos y extrae cerca de 1 Ah. Esto significa que menos de un 2% del total de a capacidad de las baterías es utilizada.

   Una batería de arranque está siendo continuamente cargada por el generador del coche mientras el motor está funcionando, por lo tanto, lo que nos interesa es la energía que puede liberar en el arranque del motor. En general cuanto mayor es la potencia medida en CCA, tanto más rápido será el arranque.

TIEMPO DE RECUPERACION
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   Si se deben hacer muchos intentos para arrancar un motor, la batería se recuperará si se le da una oportunidad de descansar entre los intentos. La velocidad de recuperación también dependerá del área de superficie del plomo activo. Esta es la razón por la que la batería Optima se recupera más rápidamente que las baterías convencionales.

CAPACIDAD DE ARRANOUE EN FRÍO (CCA) DE LA OPTIMA 850
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   Para las pruebas de las baterías, se vienen utilizando las normas DIN y SAE.

    Aparte de ser usadas para medir capacidad y potencia de arranque, también se utilizan para los ensayos de vibración, ciclos y almacenaje.

    No es posible comparar las normas DIN y SAE ya que los procedimientos de las pruebas son diferentes (información sobre este tema más adelante).

   En las paginas anteriores, hemos estado hablando de los factores que afectan la capacidad de las baterías de arranque para proporcionar corriente para arrancar un motor.

   La capacidad de arranque de las baterías Optima viene indicada según la norma estadounidense SAE.

   Los parámetros de esta norma están definidos de forma que se corresponden con los de una situa-ción real de arranque en un clima invernal escandinavo.

   El voltaje mínimo está fijado en 7,2 V y el ensayo dura 30 segundos a una temperatura de 180ºC.

   El valor CCA de la Optima 850 es de 850 Amperios.

   En otras palabras, a ~18º C y sin que su voltaje baje de 7.2 V, la Optima 850 tiene una capacidad de arranque de 850 A.

UNA CATEGORÍA APARTE

Ninguna otra batería de dimensiones semejantes puede acercarse a este resultado.

En lo referente a la capacidad de arranque en frío (CCA), la Optima 850 sólo puede ser comparada con algunas baterías de mayor tamaño.

El alcance de un transmisor PMR o LPD va a depender, desde el punto de la transmisión, esencialmente de las pilas o baterías ya que la potencia está limitada a 500 milivatios. También hay un factor muy determinante que es la sensibilidad, o capacidad que tiene un receptor para recibir señales de radio. Pero en este apartado prescindiremos de la sensibilidad para centrarnos solamente en la alimentación.

Prácticamente todos los equipos pueden funcionar con pilas, algunos con pilas y baterías recargables y unos pocos sólo con baterías recargables, incluyéndose en este caso con el aparato.

Denominación correcta: pilas recargables o baterías

Erróneamente se suele hablar de «pilas recargables», cuando este concepto está equivocado. Las pilas pueden ser salinas o alcalinas y no son recargables. Las baterías son aquellos acumuladores que se pueden recargar (aunque tengan forma de pilas).

Tipos de pilas

Para un máximo alcance utiliza pilas alcalinas. Las pilas normales (las que no llevan el rótulo de alcalinas) no tienen suficiente energía para un transmisor de radio, por lo tanto no las uses. A favor de las alcalinas hay que decir que ofrecen una tensión de 1.5 voltios y duran bastante. La gran desventaja es que son caras y aunque tienen una prolongada duración te las aconsejamos más bien cuando debas exigir el rendimiento máximo que tu equipo pueda dar. En todas las demás circunstancias (a no ser que no te importe el desembolso económico), recurre a las baterías recargables.

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERIA

ELECTRICA 1

ING. FRANCISCO GONZALEZ

TEMA

TODO SOBRE BATERIAS

BIBLIOGRAFÍA

http://www.todobaterias.com/optima_az.html

INTRODUCCIÓN

A continuación se presenta una información detallada de lo que son las baterías sus componentes, su funcionamiento, sus ventajas, sus desventajas a si como también los tipos que existen.

Pero antes definamos que es una batería,  una batería es un dispositivo electroquímico el cual almacena energía en forma química. Cuando se conecta a un circuito eléctrico, la energía química se transforma en energía eléctrica. Todas las baterías son similares en su construcción y están compuestas por un número de celdas electroquímicas. Cada una de estas celdas están compuestas de un electrodo positivo y otro negativo además de un separador. Cuando la batería se está descargando un cambio electroquímico se está produciendo entre los diferentes materiales en los dos electrodos.  

Es importante que sepamos que una batería no es eterna, en la actualidad se están estudiando nuevos métodos para construir baterías mas resistentes, que tarden mas tiempo, que tengan mas vida útil y que sean mas baratas.

CONCLUSIONES

   Una batería es un dispositivo electroquímico el cual almacena energía en forma química.

las baterías de plomo ácido son las preferidas e insuperables por el amplio de aplicaciones que tienen.

Las baterías de tracción están sujetas a una constante y relativamente pequeña descarga, durante largos periodos de tiempo, lo que supone un alto grado de descarga.

   Baterías de arranque. Tienen que ser capaces de descargar el máximo de corriente posible en un corto espacio de tiempo manteniendo un alto voltaje.