Baterias de Coches

ACUMULADORES PARAAUTOMOCINBATERAS

Profesor: Csar Malo Roldn

BATERIAS. ndice.Esquema conceptualQu es una batera?Simulacin de los procesos de carga y descargaEstructura de la bateraMonobloqueTapaPlacasSeparadoresElementosElectrolitosProceso electroqumico. FuncionamientoProceso de descargaDescarga TotalProceso de cargaAnlisis del Proceso de carga y descargaCaractersticas elctricas de la bateraCapacidadTensinCorriente de descarga en froRendimientoProceso para la sustitucin de batera

Comprobacin de baterasProceso de comprobacinInspeccin visualDensmetroMedicin con densmetroDensidad Carga (25C)Densidad Carga (Temperatura)Densidad Carga (otros factores)PolmetroEstado de la bateraPrecauciones en la carga de bateras Sistemas de cargaClculo del tiempo de recargaCausas que limitan la vida de la bateraMantenimiento de bateras sin servicioBateras sin servicio de bajo mantenimientoAcoplamiento de bateriasSerieParaleloMixtoEjercicio


Acumuladores para automocin. Bateras.ESQUEMA CONCEPTUALALTERNADORDNAMOBATERAMOTOR DE ARRANQUESERVICIOS


Qu es una batera?La batera es un almacn....Capaz de transformar la energa elctrica de un generador en energa electroqumica, almacenndola en su interior....Para posteriormente, cuando SEA REQUERIDA, realizar el proceso contrario y transformar la energa electroqumica almacenada en energa elctrica.


Qu es una batera?. Simulacin de los procesos de carga y descarga


Estructura de la batera.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 cido)


Estructura de la batera.Tapa:Cierra el monobloque por su parte superior.Incorpora orificios para la salida de gases (ojo) y rellenado de agua destilada.Tambin de PP.


Estructura de la batera.Placas: Placas positivas: plomo con bajo contenido en antimonio y empastadas con PbO2 Placas negativas: plomo /antimonio o plomo /calcio (Bajo Mantenimiento)Ambas placas estn compuestas por una rejilla en forma radial a modo de soporte del material activo.


Estructura de la batera.Separadores:Impiden el contacto fsico entre placas de distinta polaridad, siendo de baja resistencia elctrica y alta resistencia mecnica.Tienen forma ondulada o ranurada para permitir el paso de el electrolitoMateriales: plstico poroso, lana de vidrio impregnada de resina acrlica.


Estructura de la batera.ELEMENTOS:Conjunto de placas unidas entre si por conectores.Pueden ser de tipo positivo y de tipo negativo, intercalndose entre ellas los separadores.


Estructura de la batera.ELEMENTOS:Este conjunto de placas unidas entre si se encuentra enrolladas.En estos arrollamientos estn los de tipo positivo y de tipo negativo, intercalndose entre ellas tambin separadores.Presentan ventajas que veremos a posteriori


Estructura de la batera.ELEMENTOS:Los de un vaso se comunican EN SERIE con los elementos del vaso contiguo a travs del tabique de separacin.


Estructura de la bateraELECTROLITO:Solucin de cido sulfrico (H2SO4, de densidad 1.83 gr/cm), diluido en agua destilada (H2O, densidad 1gr/cm)Proporcin de agua y cido sulfrico (37%-67%)Densidad con la batera totalmente cargada 1,27 a 1,29 gr/cm.+H2O


Proceso electroqumico de la batera. FUNCIONAMIENTOPara el funcionamiento, suponemos que tiene un solo elemento con dos placas: Una (+) y otra (-).Partimos de una batera totalmente cargada.Placa positiva: perxido de plomo (PbO2)Placa negativa: plomo esponjoso (Pb)Electrolito: cido sulfrico (H2SO4) diluido en agua con densidad de 1.28


Proceso de descargaAl pasar corriente, el (H2SO4) reacciona con las placas, formndose: (+): Sulfato de plomo (PbSO4) liberando oxgeno e hidrgeno, recibiendo electrones del circuito exterior.(-): el plomo reacciona con el cido formando sulfato de plomo, liberando hidrgeno y cediendo electrones al circuito exteriorHidrgeno y oxgeno se combinan formando aguaConsecuencia: El estado de la batera la mediremos por la densidad del sulfrico.Porqu?


Descarga totalCuando termina de descargase la batera: la materia activa est formada casi en su totalidad por sulfato de plomo. (PbSO4) El electrolito baja su densidad hasta 1.10


Proceso de cargaColocando un generador de corriente:Se establece una corriente en sentido contrario.El sulfato de plomo reacciona cediendo cido sulfrico al electrolito.Se transforma de nuevo las placas en:Placa positiva: perxido de plomoPlaca negativa: plomo esponjosoSi 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, prdida de agua.Cul ser la densidad del sulfrico?.Porqu?


Anlisis del proceso de carga y descarga.


Caractersticas elctricas de las bateras: CAPACIDADEs la cantidad de electricidad que es capaz de suministrar, desde plena carga hasta descarga total.C = i . t (Amperios x hora)I = Intensidad de descargat = tiempo en quedar descargadaFactores de la capacidad:Cantidad de materia activa. Material y dimensiones.Del rgimen de descarga. Capacidad nominal a 20 horas.De la temperatura. Menor capacidad a menor temperatura. (-18C, 55% menos para arranque)


Caractersticas elctricas de las bateras: TENSINMedida entre bornes en funcin de la f.e.m capaz de entregar al circuito exterior en un momento determinado.


Caractersticas elctricas de las bateras: TENSINTipos de tensin:Nominal: indicada por fabricante. Depende de nmero de vasos; 6V si tiene 3, 12V si tiene 6 y 24V si tiene 12 vasos. Vaco: tensin en bornes sin conexin a circuito externo. (Ev)Eficaz: tensin en bornes conectada a circuito exterior y sometida a descarga. (E).Relacin entre tipos de tensin:E = Ev I . riI es la intensidad en rgimen de descargari es la resistencia interna de la batera


Caractersticas elctricas de las bateras: CORRIENTE DE DESCARGA EN FRIOEs la cantidad de corriente que puede entregar la batera, 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 tensin mnima de 1V por elemento.


Caractersticas elctricas de las bateras: RENDIMIENTOEs la relacin entre los amperios-hora suministrados por la batera 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 rgimen de descarga.


Proceso para la sustitucin de baterasLa capacidad de la batera a sustituir de igual o mayor capacidad nominal.Desconectar borne negativo (-)Estado de corrosin de bandeja.Revisar cables y terminalesVerificar polaridad de cables y batera. Inversin de terminales daos a diodos del alternador.Conectar siendo masa (-) el ltimo en conectarse.


Comprobacin de baterasFunciona correctamente cuando es capaz de suministrar la energa suficiente para alimentar un motor de arranque, poniendo el motor trmico en marcha.Un funcionamiento incorrecto no es significado de que la batera est en mal estado, sino que se encuentra DESCARGADA


Proceso de comprobacin:INSPECCIN VISUALVerificar caractersticas de la batera.Comprobar monobloque y tapa.Comprobar anclaje y sujecin.Comprobar bornes de la batera y terminales, apriete y sin cortocircuitos exterioresNivel de electrolito cubriendo placasEstado y tensin de la correa del alternador.


Proceso de comprobacin:DENSIMETROSirve para medir la densidad del H2SO4 del electrolito que en el proceso de descarga reacciona con las placas.Consta de:Una perilla para el vacoUn tubo transparente exterior resistente al cido,Una pipeta para introducir en los vasos. Flotador con escala,


Proceso de comprobacin:MEDICIN CON DENSIMETROSuccionar varias veces electrolito con densmetro.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 batera en reposo y nivel ptimo de electrolito. La lectura obtenida ser para 25C


Proceso de comprobacin:DENSIDAD CARGA (25C)


Proceso de comprobacin:DENSIDAD CARGA (Temperatura)La temperatura afecta al electrolito, por tanto:Para +/- 5%C aadir al valor para 25C, +/- 0.0035 unidades a la densidad.


Proceso de comprobacin: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 batera est defectuosa. (OJO: medicin posterior en reposo y enfriada)No aadir ACIDO al electrolito, daara las placas


Proceso de comprobacin:POLMETRO (Voltmetro)Se tomarn las medidas en vacoRelacin tensin-carga


Proceso de comprobacin:ESTADO DE LA BATERA CON POLMETROEstados de batera defectuosa o mal estado:Conectar la batera a un cargador con la intensidad del fabricante, midiendo la tensin en bornes y transcurridos 3 minutos la tensin es = > de 15.5V.Si la conectamos al cargador y midiendo su intensidad con pinza amperimtrica no indica carga.Si concluida la carga y en estado de reposo (de 4 a 5 horas desconectada) medimos una tensin inferior a 12.7V.POR QU?


Precauciones en la manipulacin de la batera


Precauciones en la carga de la bateraSala de carga con suficiente ventilacin.Limpieza de bornes y terminales, no introduciendo residuos en el interior de los vasos.Comprobar nivel de electrolito.Rellenar con agua destilada. Nivel ptimo de 10 a 15 mm por encima de placas.Cuando se carguen varias bateras a la vez, se conectarn en serie con la suma de la tensin total.Varias bateras con distinta capacidad, intensidad de carga respecto a la de menor capacidad.

Conectar los bornes a las pinzas correspondientes (+) a (+) y (-) a (-) NO INVERTIR LAS CONEXIONES.Ninguna llama a los orificios de llenado. RIESGO DE EXPLOSIN DEBIDO AL GAS HIDRGENO.En el proceso de carga, los tapones quitados, temperatura de electrolito menor de 50C. Si no, interrumpir la carga.Cuidado con la emanaciones de cido. Pueden deteriorar el cargador.Si durante dos horas no vara tensin, corriente y densidad de electrolito, la batera estar cargada.Terminada la carga: desconectar el cargador y posteriormente desconectar pinzas. Al revs se crea picos de tensin y sobre todo chispa con el riesgo de explosin.


Sistemas de cargaSistema Rpido: Intensidad mxima de carga 1/10 (10%) de capacidad nominal. Uso para bateras poco descargadas.Sistema Lento: Intensidad mxima de carga 1/20 (5%) de capacidad nominal. Uso para bateras muy descargadas. En cargas lentas usar el sistema a intensidad constante.

Grfica de Carga a Intensidad constante


Clculo del tiempo de recarga segn el sistema utilizado.Para ambos sistemas:Comprobacin del estado de carga con densmetro.Intensidad mxima segn porcentaje del sistema utilizado de capacidad nominal.Clculo del tiempo de recarga en funcin a :Capacidad del porcentaje descargado.Divisin de ste entre intensidad mxima de recargaCalcula el ejemplo: Batera de 55 Ah muy descargada (25% de su capacidad)


Causas que limitan la vida de la batera.Sobrecarga:El exceso de intensidad descompone el agua, disminuyendo el nivel de electrolito que provoca:Fuerte corrosin y deformacin de las rejillas (+) y debilitamiento mecnico.Elevada concentracin de electrolito (H2SO4) que provoca deterioro de componentes.Corrosin en alojamientos, cables, etc.Carga insuficiente:Provoca que los depsitos de las placas se vuelvan duros, densos y cristalinos y no vuelvan a disociarse por accin electroqumica.Tambin se provoca este tipo de sulfato por la accin continuada de una descarga prolongada a motor parado.Falta de agua:Provoca la alta concentracin de electrolito, perjudicando a los separadores y sulfatando aquellas zona de placa que no este en contacto con el electrolito.


Mantenimiento de bateras sin servicio.Fenmeno de autodescarga en bateras normales:0.3 a 1.5% de capacidad por da entre 20 y 30 C.Almacenamiento en lugar seco y ventilado.Comprobar nivel de electrolito adecuadoVerificar peridicamente la tensin para que no descienda de 12.4 V. Si no medir con densmetro. Con valor de 1.215 se procede a carga lenta hasta 1.28.


Bateras sin servicio de bajo mantenimiento.Sin mantenimiento:Reducen al mximo el consumo de electrolito y la autodescarga.Muy baja cantidad de antimonio sustituido por calcio.Mayor tiempo de autodescarga.Velocidad de prdida de electrolito es muy bajaLa utilizacin de rejillas radiales optimiza la conductividad elctrica, resistencia mecnica. Mayor capacidad de recarga

Tiempo de descarga dedistintos tipos de baterapara un 60% de capacidadremanente


Acoplamiento de bateras:SERIEUnin de bornes entre bateras (+) con (-).Que tengan la misma capacidad.Vt = V1+V2+.... // Ct = C1=C2=.... // Rit = r1 + r2 +....


Acoplamiento de bateras:PARALELOUnin de bornes entre bateras (+) con (+).Que tengan la misma tensin nominal.Vt = V1 = V2 = .....It = I1+I2+.... Ct = C1+C2+.... 1/ Rit = 1/r1 + 1/r2 +....


Acoplamiento de bateras:MIXTOPARALELO - SERIESERIE - PARALELO


EJERCICIONecesitamos suministrar corriente a un circuito exterior, que requiere 24V/230Ah. Disponemos de siete bateras:4 unidades de 6V/50Ah/0.21 unidad de 12V/100Ah/0.11 unidad de 12V/180Ah/0.051 unidad de 12V/80Ah/0.08Determinar el conexionado de las bateras.Dibuja el esquema de conexionadoCalcula la resistencia equivalente del sistema.


FIN DEL TEMAPrximo tema analizaremos motores elctricos.Bsicamente nos centraremos en los conceptos fundamentales del electromagnetismo.


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