Las baterías han sido hasta ahora el elemento crítico de una instalación de generación distribuida. Si las baterías de plomo ácido sufren descargas profundas se produce sulfatación y las baterías se deteriorarán muy rápidamente. Tras nuestra experiencia de muchos años diseñando sistemas fotovoltaicos hemos visto que el principal problema es que las baterías suelen ser más pequeñas de lo necesario, pero cuidado porque si son demasiado grandes la corriente de carga será muy pequeña. Pero existen muchos problemas más que originan averías en los sistemas con baterías, y uno de ellos es que no se ha logrado un sistema que realmente cargue con eficacia y rapidez. Este artículo tiene más de 180.000 visitas a finales de 2021 y ello es una prueba de que muchas personas buscan información para saber cómo dimensionar y utilizar las baterias.
En este artículo explicamos brevemente las ecuaciones esenciales de los sistemas de carga de baterias, algo que es importante conocer para entender cómo funciona un elemento tan sensible de nuestra instalación.
Cuando compramos baterías el distribuidor nos facilita las especificaciones técnicas del producto: capacidad e energía que proporciona, la forma de maximizar su duración, el tamaño, el precio y algunos detalles más. Pero lo que no sabemos es la energía que va a proporcionar la batería para la aplicación en la que la vamos a emplear. Entre otras cosas porque la mayor parte de las baterías se irán cargando cíclicamente mediante diversas formas (paneles solares, redes públicas, etc). Ello conlleva que el tamaño seleccionado no será el más conveniente para el cliente en muchos casos, ya sea por defecto o por exceso. Ya que la batería supone un coste muy importante en muchos diseños es importante que sepamos con precisión como calcular la capacidad de la batería que necesitamos en función de la demanda prevista.
¿Cuál es el tamaño exacto de la batería que necesitamos para hacer funcionar la aplicación que estamos diseñando?
Para entender el proceso es importante disponer de un pequeño tutorial sobre medición de las cargas. Después de todo, son electrones lo que almacenamos en las baterías. Debemos partir que la medida de la carga es el coulomb y que un solo electrón tiene 1.602e-19 culombios de carga. Un amperio que circula por un conductor en un segundo usará un culombio de carga.
Q = I * t
donde Q es la carga en culombios, I es la corriente en amperios y t es el tiempo en segundos.
La cantidad de carga que pasa a través de un conductor (transportando 1,0 amperio) en 60 segundos es de 60 culombios, y en una hora hora habrán pasado 3600 culombios de carga.
Las baterías se han desarrollado simplificando las reglas de cálculo para que sea más fácil el sistema de medición. Era tedioso dividir por 3600 cada vez que quería saber cuánto tiempo durarían 24000 culombios y a los ingenieros de diseño de baterías se le ocurrió la unidad no autorizada de amperios-hora. Más tarde, cuando se utilizaron baterías más pequeñas se utilizaron miliamperios-hora.
El guión no debe confundirnos. Amperios-hora significa las veces que un número de amperios se acumulan por hora. Dividiendo entre amperios conseguimos horas, y si se divide por horas obtenemos amperios. Así que no son amperios, ni amperios por hora, son amperios-hora.
Amperios hora mide cuánta carga se almacena en la batería. Pero uesto que el voltaje de la batería cambia durante la descarga, no es una medida perfecta de la cantidad de energía almacenada. Para ello deberíamos usar vatios-hora. Multiplicando el voltaje promedio o nominal de la batería por la capacidad de la batería en amperios-hora, obtendremos una estimación de la cantidad de vatios-hora que contiene la batería.
La clave es utilizar los vatios para calcular los amperios en el voltaje de la batería.
Por ejemplo, supongamos que deseamos hacer funcionar una lámpara de 250 vatios 110VAC desde un inversor durante 5 horas.
E = C * Vavg
Donde E es la energía almacenada en vatios-hora, C es la capacidad en amperios-hora, y Vavg es la tensión promedio durante el proceso de descarga. Vatios-hora es una medida de energía, al igual que kilovatios-hora. Si multiplicamos por 3600 obtenemos vatios-segundos, que también se conoce como Julios.
También podemos mencionar que la carga de un condensador es también Q = CV, por lo que la carga de una batería puede ser cuantificada en faradios. El faradio es la unidad de capacidad eléctrica en el sistema internacional y se utiliza habitualmente en los condensadores. Una batería alcalina AA de 1,5 voltios que almacena 2 Ah de carga (que equivale a 7200 culombios) tiene la capacidad equivalente de 4800 Faradios. Por supuesto, una batería no se comporta como un condensador porque la tensión no baja en proporción a la carga almacenada, tiene una resistencia equivalente alta, etc.
A continuación indicamos como saber los amperios que vamos a necesitra para dar energía a cualquier dispositivo.
1º Paso. Averiguar el consumo
Si la corriente consumida la medimos en amperios y el tiempo en horas, entonces capacidad en amperios-hora T C es
C = xT
Por ejemplo, si una bomba consume 120 mA y deseamos que funcione durante 24 horas
C = 0,12 Amperios * 24 horas = 2.88 Amperios hora
Paso 2. Ciclo de vida
No es bueno descargar una batería hasta llegar a cero en cada ciclo de carga. Por ejemplo, si desea utilizar una batería de plomo ácido en muchos ciclos no debe trabajar extrayendo más del 80% de su carga, dejando el 20% restante en la batería. Esto amplía el número de ciclos disponibles y consigue que la batería se degrade menos y mantenga su capacidad de carga durante más tiempo.
C = C/0.8
Para el ejemplo anterior
C = 2,88 AH / 0,8 = 3,6 AH
Paso 3: Cambio de las consideraciones de descarga
Algunos químicas de la batería dan mucho menos Ah si se descargan rápido. Este efecto es grande en alcalinas, carbón y zinc, zinc-aire y baterías de plomo ácido. Es un efecto pequeño en NiCad, de iones de litio, polímero de litio, y las baterías de NiMH.
Para las baterías de plomo ácido la capacidad nominal (es decir, el número de AH grabado en la batería) se suele dar con una tasa de 20 horas de descarga. Si se descarga a una velocidad lenta obtendremos el número nominal de amperios-hora previstos. Sin embargo, a velocidades de descarga alta la capacidad cae abruptamente. Una regla de oro es que para una velocidad de descarga de 1 hora (es decir, extraer 10 amperios de una batería de 10 Ah, C1), sólo se obtendrá la mitad de la capacidad nominal (o 5 amperios-hora de una batería de 10 amperios-hora). Para conseguir mayor precisión pueden utilizarse los gráficos del fabricante que detallen este efecto de la velocidad de descarga.
Veamos un ejemplo: Si un amplificador de guitarra portátil está absorbiendo 20 amperios y deseamos que dure una hora, comenzaríamos con lo indicado en el Paso 1:
C = 20 amperios * 1 hora = 20 AH
A continuación, proceder al paso 2
= C 20 AH / 0,8 = 25 AH
Luego tomaremos en cuenta una velocidad de descarga alta:
C = 25 / 0,5 = 50 AH
Por lo tanto se necesitan 50 amperios hora de la batería de plomo sellada para hacer funcionar el amplificador durante 1 hora con una corriente promedio de 20 amperios
4º Paso ¿Qué ocurre si no tenemos una carga constante? En estos casos debemos calcular la corriente promedio del periodo estudiado. Consideraremos la posibilidad de un ciclo repetitivo en el que cada ciclo es de 1 hora. Consiste en 20 amperios por 1 segundo seguido por 0.1 amperios por el resto de la hora. La corriente promedio se calcula de la siguiente forma.
20 * 1 / 3600 + 0,1 (3559) / 3600 = 0,1044 amperios de corriente promedio.
(3600 es el número de segundos en una hora).
En otras palabras, encontrar cuantos amperios se extraen en promedio y se usan en los pasos 1 y 2. El Paso 3 es muy difícil de predecir en el caso de que tengamos períodos cortos con altas intensidades de corriente. La noticia es buena, una corriente constante de 1C reducirá la capacidad mucho más que a pulso corto de 1C seguido por un período de descanso. Así que si el consumo de corriente promedio es de aproximadamente una tarifa de 20 horas, entonces se acercará más a la capacidad de predecir con una tasa de 20 horas, a pesar de que lo estás dibujando en pulsos de alta corriente. Para obtener datos exactos debemos hacer ensayos nosotros mismos.
Si conocemos los vatios en vez de amperios, seguiremos el siguiente procedimiento:
Paso A: Convertir vatios a amperios
En realidad, los vatios son la unidad de potencia y los vatios-hora la unidad de energía almacenada.
Vatios-hora = vatios * hora = 250 vatios * 5 horas = 1250 vatios hora
Tengamos en cuenta que la eficiencia del inversor sea por ejemplo del 85%.
Vatios-hora = vatios * horas / eficiencia = 1250/0,85 = 1,470 vatios hora
Ya que vatios = amperios * voltios dividimos los vatios-hora por el voltaje de la batería y obtenemos los amperios-hora de almacenaje de la batería.
Amperios-hora (a 12 voltios) = vatios-hora / 12 voltios = 1470 / 12 = 122.5 amperios-hora.
Si se está utilizando una batería de voltaje diferente los amperios-hora cambiarán dividiéndolo por el voltaje de la batería que se está utilizando.
40 comentarios:
¡Ah! al fin encontré lo que buscaba. A veces se necesita mucho esfuerzo para encontrar la pieza útil incluso pequeñas de información.
Excelente explicación!!!!!..los felicito sinceramente.
¿y si lo que conocemos es la potencia por ejemplo 2500 W que está conectada a 220 V?
¿y si conocemos la potencia en w y nada más?
Si lo que conocemos es la potencia que está conectada a 220 voltios la información que tenemos es insuficiente.
Además de la potencia necesitamos saber el tiempo de descarga y también la velocidad de descarga.
Para una misma potencia la capacidad de las baterías baja si aceleramos el tiempo de descarga.
Me he explicado incorrectamente. Lo que quería dar a entender es que trabajamos con una potencia de 2.500 W y se quiere que la batería dure 60 mins. No tengo más datos y lo que me interesa es encontrar el tipo de batería o baterías que me ofrezcan lo que pido y sus dimensiones. ¿Como se haría el cálculo?
La capacidad de las baterías la obtendrás en Ah, que puedes pasar a vatios.
Así obtienes la capacidad total.
Luego consideras una capacidad de descarga, por ejemplo el 20 %.
La energía que quieres obtener de la batería la obtienes con los vatios de ese 20 % y ya está.
En una pregunta de test.
La capacidad de una batería se expresa?
La respuesta dada es amperio/hora.
Esa respuesta es válida?
Muy buena aportacion bien expliado les felicito
Que diferencia o que cambió puede tener mi bocina Subwofer si tiene una batería de 12v 4.5ah y le pongo una batería de 12v 4ah daños o le debo poner una de más ah o de menos ah?
Necesito saber tengo una batería de 100 amper y tengo consumo de 140 voltios cuantas hora dura mi batería gracias
Justo o que eu procurava sobre baterias automotivas bh
Obrigado pelas informações sobre baterias automotivas
Muy buenos conocimientos generales gracias
Hola yo quiero instalar un inversor de 2500 watts a 24 voltios cuantos paneles y cuantas baterías necesito para evitar fallas por exceso o defecto
LA VERDAD UNA PUBLICACIÓN MUY BUENA Y UTIL
Se me encendio check engine y aparece la bateria dice AMP SERA LA BATERIA
Tengo unos Paneles Solares de 960 wats, un Inversor de 1000 wats, 2 baterias de 850 amp cada una y un consumo de 650 wats. la pregunta Cuantas horas me dura la Carga de la Bateria
Que buena información sobre las las baterias para carros, gracias por compartir. es realmente importante esta pieza en nuestro vehiculo
Muy buena información, muchas gracias
Es imposible este calculo, en este ejercicio indico que hay un consumo total promedio de 500watts con un inversor de 12v y una bateria de 200ah, ahora segun la tabla descrita el ejecricio me indica que puedo tener 17 horas en servicio este inversor con una bateria de 200ah no me cuadra y en la vida real no ocurre este escenario
500,00 Total Watts
110 Voltaje
4,55 Amp
17 total horas
77,27 Total ah
75 % de rendimiento de la bateria
103,03 Ah
0,5 Velocidad de descarga alta
206,06 AH
200 Capacidad de la bateria
103% Uso total de la bateria
Haciendolo de otra manera es mas real tengo un promedio de 3,5 horas de uso con un consumo de 500watts
500,00 Watts
3,50 horas de yso
1.750,00 Total Wh
75 % de rendimiento de la bateria
2.187,50 total wh
5 % Perdida en la transformacion
2.296,88 Total Wh
12 Voltaje Banco de bateria
191,41 Total Ah
200,00 Capcidad AH por banco
12 Voltaje bateria
1 Total baterias por banco
0,96 Total bancos a usar
0,96 Total baterias
En una baterias de gel de 12v 24ah/ C100, quisiera saber que quiere decir el C100 al lado del 24ah.. y si esta batería con esos datos me funcionaría en una moto electrica
muy buena info gracias
muy buena info gracias
Por ejemplo si tengo una batería q dice 12v y 20amperios pero quiero saber el amperaje real de la batería como lo puedo medir?pq solo se medir el voltaje
Como saber el amperaje real de una batería?
Por ejemplo si tengo una batería de 12v y 20 amperios como puedo medir el amperaje real
Si colocas una 4Ah solamente durará menos tiempo.
Si colocas una de 8Ah te durará el doble del tiempo.
A qué te refieres con 140 Voltios ?
Habrás querido decir 140 Watios?
De ser así el tiempo de descarga va a depender de la carga que le conectes,ejemplo colocas una carga de dos bombillas de iluminación que suman 10 Watios, se descargará en 14h.
Si la batería fuese de 140 Voltios (no las conozco) y 100 Amper: 100A × 140V=1400W
Luego nuevamente, si la carga conectada consume 14W va a durar 100h
Por lo que entiendo deseas tener una señal de valor eficaz de 24V de alterna y quieres que pueda suministrar 2500W.
Comienzo por decir que ningún dispositivo eléctrico real entrega la misma cantidad de lo que consume, vale decir tendrás que disponer de baterías que al menos puedan entregar un 30% más de lo que consumen. Vale decir 3250W,la cantidad de baterías que deberás utilizar necesitan del dato de cuántos W suministra cada batería, supongamos 50W cada batería, entonces 3250/50=
65 baterías en paralelo de 24V cada una.
Como calculo los mah de una pila de lio-on. De 3.7v
Los colores de las pilas de Li-on indican los mah?
Al poner las pilas en paralelo se suman los mah?
Claro, al poner baterías en paralelo sumas los amperios.
Queremos diseñar un patinete eléctrico para que los turistas que visitan la ciudad tengan un medio de transporte sencillo y económico y poder así visitar los lugares más interesantes. El recorrido turístico más recomendado dentro de la ciudad podría comprender unos 8 km de ida y otros 8 km más de vuelta. En total, por tanto, 16 km. La velocidad máxima del patinete eléctrico deber ser de 30 km/h y solamente puede ir una persona en el patinete. Tras cada recorrido turístico se extraen las baterías y se ponen a cargar con un cargador eléctrico en el centro de atención turístico.
Sabiendo que utilizaremos baterías de plomo de 12 V de tensión nominal, que necesitamos proporcionar a la rueda del patinete una potencia nominal de 500 W, que el rendimiento de todo el sistema (baterías, motor, transmisión y ruedas) es de 80%, y que la tensión nominal de las baterías la fijamos en 48 V en corriente continua (DC), calcula qué capacidad de batería (Ah) necesitamos montar en el patinete para que pueda realizar los 16 km de forma satisfactoria.
Es fácil, necesitas aproximadamente 0,5 kwh en cada recorrido.
Exelente explicaciónmil felicitaciones que son prporciones muy interesante graciss un abrazo desde Iquitos-Perú
Hola.
Respecto a una pregunta que se hizo en el hilo, qué significa c100.
Resumiendo un poco es la forma como se calculo la capacidad de las baterías según el tiempo de descarga. Es decir, significa que los Ah en d capacidad se calculan con descargas que duran 100 horas.
c10 y c120 es lo mismo.
Normalmente se usan las 100 horas para baterías estacionarias, en uso solar, y c10 para baterías denominadas de arranque, las de los coches.
Si las dcargas son muy rápidas las baterías duran menos tiempo.
Para la persona que necesitaba consumir 2.500 watios durante una hora pues lo que necesita descargar de las baterías son 2,5 kWh
Excelente aplicación
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