Bateria

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Bateria

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

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