02 septiembre 2012

El proceso de carga y descarga de las baterías visto en detalle (3ª PARTE)



Ver 2ª PARTE

Curvas de carga y descarga

El comportamiento del voltaje de la batería con respecto al tiempo en horas de carga o descarga a tasas normal se indica por las curvas llamadas curvas de carga y descarga.
Durante la descarga de la célula de plomo ácido, el voltaje decrece de alrededor de 2,1 V a 1,8 V, cuando se dice que la célula está completamente descargada. La tasa de descarga siempre se especifica como 8 horas, 10 horas, etc.
Durante la carga de la célula de plomo ácido, el voltaje se incrementa de 1,8 V a alrededor de 2,5 V hasta 2,7 V, cuando se dice que la célula está completamente cargada. Si la tasa de descarga es alta, la curva es más caída conforme el voltaje decrece más rápido. En la siguiente figura se muestran curvas de carga y descarga típicas. Si bien durante la descarga el voltaje decrece a 2 V muy rápidamente, luego queda constante durante un largo periodo y al final de los periodos de descarga cae a 1,8 V. Durante la carga, inicialmente se eleva rápidamente a 2,1 o 2,2 v y luego queda constante durante largo tiempo. Al final del periodo de carga se incrementa a 2,5 o 2,7 v.

Carga de la batería

Durante la carga, tiene lugar la acción química que es exactamente opuesta a la de la descarga. Así la corriente en dirección opuesta al tiempo de descarga, pasa a través de la batería. Por esto el voltaje se aplica en exceso del voltaje de la batería o célula. El voltaje de la batería actúa en dirección opuesta al voltaje aplicado y por ello se llama F.E.M. La corriente de carga puede obtenerse como:

Donde:
·         Ea = Voltaje aplicado.
·         Eb = Fuerza electromotriz respecto al voltaje de la batería.
·         R = Resistencia externa en el circuito.
·         r = Resistencia interna de la batería.
El circuito simple de carga de la batería se usa para cargar la batería de una fuente de corriente continua.
El amperímetro mide la corriente de carga que se llama tasa de carga, que puede ser ajustada usando la resistencia externa R. El voltímetro mide el voltaje de la batería. Es necesario que el terminal positivo de la batería se conecte al positivo de la alimentación en corriente continua.
La corriente de carga debe ser ajustada de tal forma que la temperatura del electrolito no se incremente más allá de 100 a 110 ºF.

Indicaciones de una batería completamente cargada

Las indicaciones de una célula completamente cargada son:
  1. Gravedad específica: La gravedad específica de la célula completamente cargada se incrementa hasta 1,28 desde alrededor de 1,18.
  2. Gaseado: Cuando la célula está completamente cargada, comienza a liberar gas libremente. En las baterías de plomo ácido el hidrógeno se libera en el cátodo y el oxígeno en el ánodo. El gaseado es una buena indicación de una batería completamente cargada. Algunas partículas de ácido pueden salir con los gases por lo que la habitación de carga debe estar bien ventilada.
  3. Voltaje: El voltaje de la célula completamente cargada es de alrededor de 2,7 v.
  4. Color: El color de las placas cambia para células completamente cargadas. El color de la placa positiva cambia a castaño chocolate oscuro mientras que la placa negativa cambia a gris oscuro. Pero ya que las placas están inmersas en el electrolito, esta indicación no es claramente visible.

Métodos de carga

Los principales métodos de carga de la batería son:
1.       Método de corriente constante.
2.       Método de voltaje constante.
3.       Método del rectificador.

Método  de corriente constante

Este método se usa cuando el suministro de voltaje es alto pero la batería la carga es de voltaje bajo. El número de baterías que pueden cargarse se conectan en serie a través el voltaje de corriente continua disponible. La corriente constante se mantiene a través de las baterías con la ayuda de una resistencia variable conectada en serie. El circuito se muestra en la siguiente figura.

El tiempo de carga requerido en este método es comparativamente alto.
El tiempo de carga requerido en este método es comparativamente grande. De aquí en un cargador moderno se usan varios de circuitos de carga para dar una variación en las tasas de carga. Inicialmente la tasa de carga más alta se usa y más tarde se prefiere una tasa de carga más baja.

Método de voltaje constante

En este método, se aplica el voltaje constante a través de las células, conectándolas en paralelo. La corriente de carga varía de acuerdo con el estado de carga de cada batería. Las baterías que se cargan están conectadas en unidades de 6 o 12 voltios. Cuando la batería se conecta, una alta corriente de carga fluye pero ya que el voltaje terminal de la batería se incrementa, la corriente de carga se reduce automáticamente. Al final de la carga completa, el voltaje de la batería es igual al voltaje de la barra del bus y no fluye corriente. El tiempo de carga es mucho menor en este método.
Otro método práctico utilizado es el llamado de carga trickle. En este método, la corriente de carga se mantiene ligeramente superior al de la corriente de carga, a través de la batería. La carga se conecta constantemente a la batería. Así la batería siempre queda completamente cargada.
En la siguiente figura se muestran resistencias en cascada usadas para carga de baterías en la alimentación principal en corriente continua.

En la siguiente figura se muestra un circuito de carga en el que dos grupos separados cada uno de 4 células en serie se conectan en paralelo.
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