Resolución de problemas en el proceso de carga de baterías (I)

Los sistemas de carga de baterías son una fuente de problemas en actividades marinas, vehículos e instalaciones eléctricas industriales. Es por ello importante conocer los principios básicos que nos permitirán tener muy pocos problemas.

La batería

La batería es una fantástica pero mal comprendida fuente de energía eléctrica. Es un acumulador eléctrico que almacena una cantidad específica de energía eléctrica, una cantidad que es dependiente del "tamaño de la electricidad", o capacidad. Cada batería puede suministrar una cierta cantidad de corriente eléctrica durante un periodo de tiempo dependiente de su tamaño. Esta propiedad se llama capacidad de la batería y se mide en Amperios x hora (A.H.).

Una batería de 100 Ah puede repartir 5 amperios durante 20 horas.  Pero en ese periodo irá cayendo el voltaje de las baterías, por lo cual la luz iluminará más tenuemente, las bombas funcionarán más lentamente, y los refrigeradores pararán, incluso cuando haya amperios suficientes en la batería. Como criterio general, una batería de plomo ácido puede repartir aproximadamente la mitad de su capacidad en Ah antes de que el voltaje caiga a un nivel que pueda ser problemático.

Una batería es un dispositivo muy eficiente. Si se usan 10 Ah, 10 Ah retornarán a la batería recargándola al estado de plena carga. Las leyes de las baterías son simples pero exactas, y hay una que es fundamental para evitar problemas. Estas leyes dicen que LA BATERÍA SIEMPRE DEBE RECARGARSE AL VOLTAJE APROPIADO; y debe mantenerse completamente cargada en todo momento. La recarga debe realizarse siempre tan pronto como sea posible. La sobrecarga de las baterías produce daños por quemaduras y calentamiento. La descarga de las baterías también las daña tan seriamente como la sobrecarga. El sulfato de plomo es forma en la placa como resultado de la acción química que tiene lugar durante la descarga se endurecerá en un corto periodo de tiempo si la batería no se recarga apropiadamente, este fenómeno se denomina sulfatación de la batería. Esta sulfatación causará...entre otros problemas...una incapacidad de la batería para recibir una carga completa desde una fuente regulada apropiadamente, tal como un alternador o un convertidor. La capacidad de la batería sulfatada se reducirá y si las descargas continúan pronto dejará de ser útil. Asimismo, una batería descargada o con poca carga puede congelarse. Otra causa de las placas sulfatadas es la disminución  del nivel de agua.

El efecto de la temperatura

La forma como la temperatura afecta la operación de la batería a menudo se pasa por alto. Una batería tiene su capacidad nominal  a 26 ºC.  A 0 ºC la misma batería tiene un  65 % de su capacidad nominal y a - 18 ºC tiene solamente un 40 %.

Esto significa que a 70 Ah una batería completamente cargada tiene solamente 45 Ah disponible a 0 º y 28 Ah a - 18 ºC. Una batería con mitad de carga solamente tiene un 46 % de su capacidad nominal a 26 ºC o 32 Ahs;  tiene apenas 22 Ah disponibles a 0 ºC y, casi inutilizables 15 Ah a 0º. Si esto no se lo bastante malo, el problema de la temperatura se complica cuando la batería se usa para arrancar el motor. Dado un motor cuyo requerimiento de energía en el arranque a 26 ºC usando aceite 10W - 30 es el 100 %, el requerimiento de potencia ara el mismo motor a 0 ºC es del 155 % y a -18 ºC el 210 %. Este punto es una razón muy importante por la que la batería nunca debe ser usada para otra cosa que no sea la operación normal del vehículo.

El sistema de carga simple

Las baterías se cargan utilizando un regulador que controla el voltaje específico que llega desde el alternador.  El regulador no apaga el alternador cuando la batería está cargada, sino que produce un voltaje eléctrico constante. Esta es la función del regulador.

El flujo de corriente es controlado por el voltaje en la batería. En la batería, el flujo de corriente en el circuito es determinado por su estado de carga. El flujo de corriente para cuando el voltaje es el mismo en los dos terminales. Por lo tanto, en un circuito apropiadamente regulado, la cantidad de flujo de corriente es determinado por la batería, no por el regulador. Debe notarse que es posible tener un voltaje en el circuito sin que circulen amperios, pero no es posible tener amperios sin voltios.

La corriente máxima producida se controla por el alternador, tamaño del conductor, etc.

Si la batería está tan baja que solamente recibe 100 A al voltaje regulado, pero el alternador tiene una capacidad de 60 A, entonces 60 A es la cantidad máxima de corriente que puede suministrarse. Si el conductor o conector de cualquier componente del circuito es demasiado pequeño y puede manejar solamente 30 A a 14.5 voltios de presión eléctrica, entonces los 30 A son la corriente que el circuito puede producir. El circuito se dice tiene demasiada resistencia. Recargar esta batería con un alternador costará el doble de tiempo si se usa un conductor de 5 mm2 de lo que cuesta si se usa un conductor de 8 mm2.

El problema de las multi-baterías

En el proceso de carga de baterías aparece un problema adicional si añadimos más baterías a un sistema existente. Cuando el sistema está totalmente cargado, el voltaje es el mismo en todo el circuito; en ambas baterías, en el regulador, en el alternador, y en los conductores.

Cuando el alternador no está operando y la segunda batería, el voltaje disminuirá también en la segunda batería. Para corregir esta situación, debe instalarse un switch en la línea de la segunda batería para que se bloquee la corriente desde la primera batería cuando se usa la segunda.

Sin embargo, cuando la segunda batería está demasiado baja, y está activado el switch, la batería 1 puede ecualizar rápidamente hacia la batería 2 ya que no hay control de la corriente y una gran diferencia de voltaje. Si la segunda batería necesita por ejemplo 150 amperios para equilibrarse, esa cantidad puede circular. Otro problema es que unos pocos segundos después de que el switch reconecte los dos sistemas, no solamente tendremos un flujo de corriente no controlado, sino que ambas baterías se ecualizarán entre sí y ambos sistemas quedan en un estado de descarga parcial.

La solución

Para eliminar los problemas anteriores, las dos baterías pueden aislarse instalando diodos, uno en cada línea.

Ambas baterías recibirán corriente del alternador y el voltaje ecualizará a través del sistema mientras el alternador está en operación. Ahora cuando la corriente se usa desde la primera batería, el diodo para el flujo de la corriente desde la batería uno, ya que la corriente solamente fluye en una dirección, lo hace desde el alternador.

Cuando el alternador arranque, una corriente absolutamente controlada va hacia la batería 2, y fluirá una cantidad diferente de carga controlada, al mismo tiempo, a la batería 1, ya que la corriente sólo puede fluir en una dirección, y esa es desde el alternador.

Cuando el alternador arranca una corriente absolutamente controlada fluye a la batería 2, y una cantidad diferente de carga o corriente controlada, al mismo tiempo, va a la batería 1, ya que cada batería controla la cantidad de corriente que fluye a ella, por su propio voltaje.

La máxima corriente que el alternador puede producir está limitado por su propia capacidad. Si, en el cado de un sistema de alternadores, la batería 1 desea 30 A y la batería 2 desea 50 A...lo cual supone un requerimiento de demanda total de 80 A...pero el alternador tiene sólo una capacidad de 60 A. Así con este sistema el alternador queda protegido y también las baterías. El aislador electrónico del circuito equilibrado (balanced circuit electronic isolator) es absolutamente la única forma de aislar y controlar un sistema multi-batería.

Ya que el voltaje es el mismo en todo el circuito cuando el alternador está operando, la detección del voltaje puede hacerse en cualquier circuito de la batería, y regularse en cada parte del circuito.

Continúa en 2ªPARTE