acumuladores eléctricos

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  • 8/18/2019 Acumuladores Eléctricos

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    Facultad de Ingeniería y Arquitectura¨Escuela de Ingeniería Electromecánica¨

    ¨ Acumuladores ¨Plantas y Subestaciones II, IEM-6110-02

    Prof.: Cervantes Hernández 

    Sustentantes:

    Jeifry Batista - EJ9126

    Juan Carlos Soriano - 100039200

    Vladimir Santana – 100084583

    Ángel Joel Vásquez – BG4145

    Isaac Alejo – AC8582

    29 de marzo de 2016

    Universidad Autónoma de Santo Domingo, Santo Domingo

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    Contenido Introducción .................................................................................................................................. 1 

    1.  Acumuladores ....................................................................................................................... 2 

    1.1 

    Función ..........................................................................................................................

     2 

    1.2  Componentes ................................................................................................................ 3 

    1.3  Tipos de baterías ........................................................................................................... 5 

    Baterías de plomo‐ácido ....................................................................................................... 5 

    2.  Cargadores ............................................................................................................................ 9 

    2.1  Tipos de cargadores .................................................................................................... 10 

    3.  Regímenes de carga‐descarga de una batería .................................................................... 11 

    4.  Regímenes de trabajo ......................................................................................................... 16 

    4.1. Régimen de flotación ....................................................................................................... 16 

    Conclusión ................................................................................................................................... 17 

    Referencia ................................................................................................................................... 18 

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    Acumuladores 

    Introducción 

    Los acumuladores de energía son esenciales para cualquier instalación y principalmente para el 

    de una Subestación eléctrica, ya que el buen funcionamiento del sistema de servicios auxiliares 

    garantiza la seguridad de dicha instalación. 

    Los diferentes regímenes de trabajo de una batería nos aportarán propiedades diferentes en 

    los momentos adecuados de uso de cada uno de estos. El régimen de flotación nos aporta  la 

    corriente necesaria cuando la carga exija una mayor demanda. 

    El electrólito cumple una misión importante en el proceso químico de polarización haciendo de 

    conductor eléctrico entre el ánodo y el cátodo, para que a través de él se cierre el circuito y 

    pase la

     corriente;

     pero

     no

     todas

     las

     soluciones

     son

     conductoras

     ni

     presentan

     las

     condiciones

     

    adecuadas para  la descomposición  iónica, como ocurre con el agua químicamente pura, que 

    no  es  conductora  en  absoluto,  a  la  cual  hay  que  añadir  sustancias  ácidas  o  alcalinas  para 

    hacerla conductora y, además, formar un electrólito que resulte de fácil descomposición. 

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    Acumuladores 

    1.  Acumuladores 

    Los  acumuladores  o  también  llamados  baterías  son  dispositivos  utilizados  para  el 

    ``almacenamiento de energía´´, pero no es del todo cierto. A los acumuladores se les asocia un 

    proceso de

     conversión

     de

     energía

     continuo.

     Estos

     convierten

     la

     energía

     química

     almacenada

     

    en energía eléctrica y viceversa. Esto nos quiere decir que la energía almacenada en estos pasa 

    por un proceso químico que será diferente para cada tipo de acumulador según la función que 

    vayan a realizar y la necesidad de la instalación donde se vaya a utilizar. 

    1.1  Función 

    Las baterías forman una parte importante de las subestaciones transformadoras, ya que tienen 

    como función principal almacenar  la energía que se utiliza en el disparo de  los  interruptores, 

    por lo

     que

     deben

     hallarse

     siempre

     en

     óptimas

     condiciones

     de

     funcionamiento.

     

    Dichas baterías forman parte de los servicios auxiliares de la subestación. 

    El sistema de baterías se utiliza para energizar: 

      Protecciones 

      Lámparas piloto 

      Registrador de eventos 

      Circuito de

     transferencia

     de

     potenciales

     

      Sistema contra incendio 

      Equipo de onda portadora 

      Equipos de microondas 

      Control de los interruptores de AT y BT 

      Control de los seccionadores 

      Alarmas 

      Iluminación de

     emergencia

     

      Sistemas ininterrumpido de energía 

    En  las  subestaciones  se pueden  instalar baterías del  tipo  ácido o  alcalino. Antiguamente  se 

    instalaban en  la mayoría de  los casos  las de primer tipo por ser  las más baratas y tenían una 

    larga vida útil, la cual es ligeramente inferior a las alcalinas. Una ventaja de las del tipo ácida es 

    su  característica  constructiva  que  permite  conocer  el  estado  de  la  carga  que  almacena  la 

    batería en  función de  la densidad del electrolito, pero  tienen otros  inconvenientes, como el 

    mantenimiento, se

     necesita

     disponer

     de

     locales

     más

     amplios

     y que

     reúnan

     ciertas

     condiciones.

     

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    Acumuladores 

    1.2  Componentes 

    Un acumulador consta con celdas galvánicas o voltaicas de dos diferentes electrodos inmerso 

    en un material conductor como electrolito o sal  fundida. Ya que el metal está  inmerso en el 

    fluido  como  consecuencia de una  reacción química este  comienza  a  ceder  iones  al  fluido o 

    viceversa, como producto de esto se crea una diferencia de potencial entre el fluido y el metal 

    y de aquí  viene el proceso de carga y descarga del acumulador. 

    En  la Imagen 1 se representa una batería de plomo ácido, donde se distinguen  los siguientes 

    componentes: 

      Electrolito: Solución diluida de ácido sulfúrico en agua (33,5% aproximadamente) que 

    puede encontrarse en tres estados: líquido, gelificado o absorbido. 

      Placas o electrodos:  Estas  se  componen de  la materia  activa  y  la  rejilla.  La materia 

    activa que

     rellena

     las

     rejillas

     de

     las

     placas

     positivas

     es

     dióxido

     de

     plomo,

     en

     tanto

     la

     

    materia activa de las placas negativas es plomo esponjoso. En estas últimas también se 

    emplean  pequeñas  cantidades  de  sustancias  tales  como  sulfato  de  bario,  negro  de 

    humo y  lignina. Se distinguen las placas Planté y  las placas empastadas; éstas últimas 

    pueden ser planas o tubulares. 

      Rejillas:  La  rejilla  es  el  elemento  estructural  que  soporta  la  materia  activa.  Su 

    construcción es a base de una aleación de plomo con algún agente endurecedor como 

    el 

    antimonio 

    el 

    calcio. 

    Otros 

    metales 

    como 

    el 

    arsénico, 

    el 

    estaño, 

    el 

    selenio 

    la 

    plata 

    Imagen 1. Batería de  plomo ácido.

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    Acumuladores 

    son  también  utilizados  en  pequeñas  cantidades  en  las  aleaciones.  Las  rejillas  se 

    fabrican en forma plana o tubular. 

      Los  separadores  son  elementos  de  material  microporoso  que  se  colocan  entre  las 

    placas  de  polaridad  opuesta  para  evitar  un  corto  circuito.  Entre  los  materiales 

    utilizados en  los  separadores  tipo hoja  se encuentran  los celulósicos,  los de  fibra de 

    vidrio  y  los  de  PVC.  Los  materiales  utilizados  en  los  separadores  tipo  sobre  son 

    poliméricos siendo el más utilizado el PE. 

      Carcasa:  Es  fabricada  generalmente  de  PP  y  en  algunos  casos  de  ebonita  (caucho 

    endurecido); en algunas baterías estacionarias se utiliza el estireno acrilonitrilo (SAN) 

    que es transparente y permite ver el nivel del electrolito. En el fondo de  la carcasa o 

    caja hay un espacio vacío que actúa como cámara colectora de materia activa que se 

    desprende de

     las

     placas.

     

      Conectores:  Piezas  destinadas  a  conectar  eléctricamente  los  elementos  internos  de 

    una batería; están hechos con aleaciones de plomo‐antimonio o plomo cobre. 

      Terminales: Bornes o postes de  la batería a  los cuales se conecta el circuito externo. 

    Generalmente las terminales se fabrican con aleaciones de plomo. 

    A partir de estas celdas los acumuladores pueden ser: 

    1.  Acumuladores de celdas primarias, son aquellas en  la cual el proceso químico 

    no es reversible, esto es que luego de ser descargado no es posible la carga de este. 

    2.  Acumuladores  de  celdas  secundarias,  en  estas  el  proceso  químico  es 

    reversible, es decir, que permite la carga y descarga de la batería. 

    Nuestro campo de estudio será las baterías de celdas secundarias. 

    Según su composición química pueden ser: 

      Plomo‐ácido 

      Alcalinas 

      Baterías de Níquel‐Hierro (Ni‐Fe) 

      Baterías de Manganeso (Mn) 

      Baterías de Níquel‐Cadmio (Ni‐Cd) 

      Baterías de Níquel‐Hidruro Metálico (Ni‐MH) 

      Baterías de Litio (Li‐Ion) 

      Baterías de polímeros de Litio (LiPO) 

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    Acumuladores 

    Eficiencia 

    La eficiencia de una batería o lo que es lo mismo, la relación entre la energía suministrada y la 

    energía recibida puede variar mucho dependiendo de las características de uso. Una pequeña 

    cantidad de

     energía

     es

     requerida

     para

     mantenerla

     a flote

     aún

     sin

     uso

     alguno.

     

    Sin  embargo  se  considera  como  eficiencia  a  la  relación  entre  la  energía  entregada  ante un 

    requerimiento y la energía necesaria para llevar a la batería al estado inicial que tenía antes de 

    satisfacer dicha demanda. 

    Este valor de eficiencia puede expresarse de dos maneras, en Ameres‐hora o en Watts‐hora. 

    En  el  primer  caso  la  eficiencia  se  encuentra  en  el  orden  del  91%.  Sin  embargo,  la  tensión 

    promedio en carga es considerablemente más alta que en la descarga, en una proporción del 

    17  – 18% suministrando una eficiencia de tensión del 85%. De todo lo expuesto resulta que la 

    eficiencia  expresada  en  Watts‐hora  es  de  un  valor  de  (0,91  x  0,85)  x  100  =  77% 

    aproximadamente. 

    Tabla 1. Eficiencias de las baterías según tipología 

    Eficiencias en %  Acida  Alcalina 

    Eficiencia en A‐H  91  71 

    Eficiencia en volts  85  80 

    Eficiencia 

    en 

    watts 

    hora 

    77 

    57 

    1.3  Tipos de baterías 

    Baterías de plomo‐ácido 

    Estas baterías están formadas por un depósito de ácido sulfúrico (electrolito) y dentro de él 

    un conjunto de placas de plomo, paralelas entre sí  y dispuestas alternadamente en cuanto a su 

    polaridad  (positiva  (+)  y  negativa  (‐)).  Para  evitar  la  combadura  de  las  placas  positivas,  se 

    dispone una placa negativa adicional, de forma que siempre haya una placa negativa exterior. 

    Generalmente,  en  su  fabricación,  las  placas  positivas  están  recubiertas  o  impregnadas  de 

    dióxido de plomo (PbO2), y las negativas están formadas por plomo esponjoso. 

    Este  estado  inicial  corresponde  a  la  batería  cargada,  así   que  el  electrolito  agregado 

    inicialmente debe corresponder a la batería con carga completa (densidad 1,280 g/ml). Según 

    el número de placas, la corriente (intensidad) suministrada será mayor o menor. Debajo de las 

    placas  se  deja  un  espacio  para  que  se  depositen  eventuales  desprendimientos  de  los 

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    Acumuladores 

    materiales que  forman  las placas. Para que no haya  contacto  eléctrico directo entre placas 

    positivas y negativas, se disponen separadores aislantes que deben ser resistentes al ácido y 

    permitir la libre circulación del electrolito. 

    Este tiene

     como

     ventajas:

     

      Bajo costo 

      Alto voltaje por celda 

      Buena capacidad de vida 

    Proceso de carga (oxidación) 

      Durante el proceso de carga de la batería la dirección de la corriente fluye a través de 

    cada celda

     en

     dirección

     contraria

     a la

     descarga

     y se

     revierte

     la

     acción

     electroquímica.

     

    Las placas  retornan gradualmente a su composición original: dióxido de plomo en  la 

    positiva y plomo esponjoso en la negativa. Luego todo el ácido previamente absorbido 

    es retornado al electrolito y a medida que aumenta la carga se incrementa lentamente 

    el  ácido en el electrolito  y una  vez de que  todo el  ácido es  retornado  al electrolito 

    significa que el proceso de carga se ha completado. 

      Las reacciones químicas son representadas por las mismas ecuaciones observando que 

    estas deben ser leídas de derecha a izquierda. 

      Cuando el electrolito del acumulador está completamente cargado es un 36% de ácido 

    sulfúrico y un 64% de agua. 

      Reacción en la  placa  positiva:  PbSO4 + H2O + O  = PbO2 + H2SO4 

      Reacción en la  placa negativa:  PbSO4 + 2H = Pb + 2HSO4 

      Reacción combinada:  2PbSO4 + 2H2O4 = 2PbO2 + Pb + 2H2SO4 

    Proceso de descarga (reducción) 

      Cuando una

     celda

     está

     siendo

     descargada,

     una

     corriente

     eléctrica

     es

     producida

     como

     

    consecuencia  de  la  combinación  gradual  del  ácido  en  el  electrolito  con  el  material 

    activo  de  las  placas.  Este  se  combina  con  el  material  activo  en  ambas  placas  y  lo 

    convierte  en  sulfato de plomo.  Se  forma  agua  y  a  la  vez  es diluido  el electrolito. A 

    medida  que  avanza  la  descarga,  el  ácido  adicional  es  eliminado  del  electrolito  y  la 

    formación de sulfato de plomo y agua continua. Cuando el ácido en el electrolito está 

    en su nivel mínimo la descarga está completa. 

      Reacción 

    en 

    la 

     placa 

     positiva: 

    PbO2 

    H2SO4 

    PbSO4 

    H2O+O 

      Reacción en la  placa negativa:  Pb + H2SO4 = PbSO4 + 2H 

  • 8/18/2019 Acumuladores Eléctricos

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    Acumuladores 

      Reacción combinada:  PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 

    Como desventajas: 

      Relativamente pesada 

      Pobre característica de baja temperatura 

      No  puede  dejarse  en  estado  de  descarga  por  tiempo  prolongado  ya  que  se  puede 

    dañar. 

    Baterías de Níquel‐Cadmio (Ni‐Cd) 

    La batería de níquel‐cadmio (comúnmente  abreviado  como  "NiCd")  es  una batería 

    recargable de uso doméstico e  industrial (profesionales). Cada vez se usan menos (a favor de 

    las baterías

     de

     NiMH),

     debido

     a su

     efecto

     memoria

     y al

     cadmio,

     que

     es

     muy

     contaminante).

     Sin

     

    embargo, poseen  algunas  ventajas  sobre  el NiMH,  como por ejemplo  los  ciclos  (1  ciclo  =  1 

    carga y descarga) de carga, que oscilan entre  los 1.000 y 1.500 ciclos (+ vida). En condiciones 

    estándar, dan un potencial de 1,3 V (tensión de trabajo nominal 1,2 V). 

    Para  este  tipo  de  baterías  deberíamos  definir  lo  que  es  ciclo,  que  es  el  hecho  de  carga  y 

    descarga de la batería. 

    Ventajas 

      Buena característica de baja temperatura 

      Puede estar herméticamente sellada 

      Mecánicamente resistente 

      Larga vida 

    Desventajas 

      Costos 

      Pobre capacidad

     de

     drenaje

     de

     luz

     en

     términos

     W

    ‐h/kg

     

      Contaminante 

    Carga y descarga 

    Las baterías de Ni‐Cd se pueden cargar a diferentes razones de carga, dependiendo de cómo se 

    fabricaron las celdas. La velocidad de carga se mide en base al porcentaje de la capacidad amp‐

    hora de  la batería,  esta  se  alimenta  con una  corriente  constante durante  la duración de  la 

    carga. 

    Independientemente 

    de 

    la 

    velocidad 

    de 

    carga, 

    más 

    energía 

    que 

    su 

    capacidad 

    real 

    debe 

    suministrarse a  la batería, para  tener en cuenta  la pérdida de energía durante  la carga, con 

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    Acumuladores 

    carga  más  rápida  será  más  eficiente.  También  aumenta  exponencialmente  el  riesgo  de 

    sobrecalentamiento  de  las  celdas  y  la  ventilación  debido  a  una  condición  de  sobrepresión 

    interna. La desventaja de  carga más  rápido es el mayor  riesgo de  sobrecarga,  lo que puede 

    dañar  la  batería  y  el  aumento  de  la  temperatura  de  la  celda  tiene  que  soportar  (que 

    potencialmente acorta su vida útil). 

    Durante el uso, se produce la descarga: 

    Baterías de Níquel‐Hierro 

    La batería

     de

     níquel

    ‐hierro

     (batería

     de

     NiFe)

     es

     una

     batería

     recargable

     que

     tiene

     Óxido

     de

     

    níquel  (III)‐hidróxido  en  las  placas  positivas  y  hierro  en  las  negativas,  con 

    un electrolito de hidróxido de potasio. Los materiales activos se mantienen en tubos de acero 

    niquelados  o  bolsas  perforadas.  Es  una  batería  muy  robusta  que  es  tolerante  al  abuso, 

    (sobrecarga, descarga profunda y cortocircuitos) y puede tener muy larga vida, incluso tratada 

    así. A menudo se utiliza en situaciones de copia de seguridad en  las que se puede cargar de 

    forma  continua  y  puede  durar  más  de  20  años.  Debido  a  su  bajo  consumo  de  energía 

    específica, 

    mala 

    retención 

    de 

    carga 

    el 

    alto 

    costo 

    de 

    producción, 

    otros 

    tipos 

    de 

    baterías 

    recargables han desplazado a la batería de níquel‐hierro en la mayoría de las aplicaciones. 

    Ventajas: 

      Largo ciclo de vida 

      Diseño barato 

      Alta capacidad de potencia 

    Desventajas 

      Baja densidad de energía en altas razón de descargas 

      Baja eficiencia de carga 

      Mala auto‐descarga 

      Poca utilización de materiales activos 

    Carga y descarga 

    La 

    acción 

    que 

    tiene 

    lugar 

    en 

    una 

    celda 

    de 

    Edison, 

    tanto 

    en 

    la 

    carga 

    descarga, 

    es 

    una 

    transferencia de oxígeno desde un electrodo al otro, o de un grupo de placas a la otra, por lo 

  • 8/18/2019 Acumuladores Eléctricos

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    Acumuladores 

    tanto, este tipo de celda se denomina a veces una celda oxygenlift. En una celda cargada del 

    material activo de  las placas positivas se súper‐oxida, y  la de  las placas negativas está en un 

    estado esponjoso o desoxidado. 

    En la

     descarga,

     las

     placas

     positivas

     se

     reducen

     ("desoxidado");

     el

     oxígeno,

     con

     su

     natural

     

    afinidad por el hierro, va a las placas negativas, oxidándolas. Se permite la descarga de forma 

    continua en todo caso, hasta un 25% superior a lo normal, y en ocasiones por períodos cortos 

    a  razones  hasta  seis  veces  la  razón  normal.  Esta  limitación  se  basa  en  gran medida  en  la 

    experiencia  Edison  Battery  Company,  habiéndose  comprobado  que  cuando  la  velocidad  de 

    descarga normal excede este valor, las caídas anormales de tensión se producirán. 

    La reacción media al electrodo positivo:

    2 NiOH + 2 H2O + 2 e− ↔ 2 Ni(OH)2 + 2 OH− 

    Y al electrodo negativo:

    Fe + 2 OH− ↔ Fe(OH)2 + 2 e− 

    La descarga se lee de izquierda a derecha, la carga se lee de derecha a izquierda.

    2.  Cargadores 

    Son los dispositivos eléctricos (generadores de cd) o electrónicos que se utilizan para cargar y 

    mantener en

     flotación,

     con

     carga

     permanente,

     la

     batería

     de

     que

     se

     trate.

     El

     cargador

     se

     

    conecta en paralelo con la batería o el banco de baterías. 

    La capacidad de los cargadores va a depender de la eficiencia de la batería, o sea, del tipo de 

    batería  que  se  adquiera.  Para  una  misma  demanda  impuesta  a  la  batería,  se  requiere  un 

    cargador de mayor capacidad, si es alcalina, por tener esta una menor eficiencia, tal como se 

    muestra en la tabla 1. 

    Selección  de  un  cargador.  Para  seleccionar  un  cargador  es  necesario  fijar  su  capacidad  de 

    salida en amperes. Para ambos tipos de baterías, la capacidad se determina según la siguiente 

    expresión 

      

       

    En donde: 

      =  eficiencia de la batería en ampere‐horas 

       =  ampere‐horas que se necesita devolver a la batería 

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    Acumuladores 

    10 

      =  eficiencia de la batería en ampere‐horas 

      =  tiempo de recarga en horas 

      =  corriente de demanda nominal en amperes 

    En la Imagen 2 se muestra la curva de demanda que soporta una batería, con base en la cual se 

    selecciona el cargador adecuado. 

    Imagen 2. Curva de demanda de una batería a un cargador  

    2.1  Tipos de cargadores 

    Cargador Sencillo 

    Un cargador

     sencillo

     trabaja

     haciendo

     pasar

     una

     corriente

     continua

     ‐o tensión,

     entre

     otras,

     por

     

    ejemplo  para  la  tecnología  de  plomo‐ constante  por  la  batería  que  va  a  ser  cargada.  El 

    cargador  sencillo no modifica  su  corriente de  salida basándose en el  tiempo de  carga de  la 

    batería. 

    Cargador con temporizador 

    La corriente de  salida de un cargador de este  tipo  se corta  tras un  tiempo predeterminado. 

    Estos cargadores fueron los más comunes para baterías Ni‐Cd de alta capacidad a finales de la 

    década de 1990. 

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    Acumuladores 

    11 

    Los  cargadores  basados  en  un  temporizador  tienen  también  el  inconveniente  de  provocar 

    sobrecargas en pilas que, aun siendo las adecuadas, no están totalmente descargadas cuando 

    se ponen a cargar. 

    Cargador inteligente

     

    La corriente de salida depende del estado de la batería. Este cargador controla el voltaje de la 

    batería,  su  temperatura y el  tiempo que  lleva cargándose, proporcionando una corriente de 

    carga adecuada en cada momento. El proceso de carga finaliza cuando se obtiene  la relación 

    adecuada entre voltaje, temperatura y/o tiempo de carga. 

    Cargador rápido 

    Un cargador rápido puede usar el circuito de control de  la propia batería para conseguir una 

    carga  rápida  de  ésta  sin  dañar  los  elementos  de  sus  pilas.  Muchos  de  estos  cargadores 

    disponen de un ventilador para mantener la temperatura controlada. 

    Cargador por pulsos 

    Algunos cargadores usan tecnología de carga por pulsos en la cual se aplica un tren de pulsos 

    de corriente continua a la batería, cuyo tiempo de subida, período, frecuencia y amplitud son 

    controlados con gran precisión. Empleando la carga por pulsos se pueden aplicar picos de alto 

    voltaje sin

     sobrecalentar

     la

     batería.

     En

     una

     batería

     de

     plomo

    ‐ácido,

     esto

     descompone

     los

     

    cristales de sulfato de plomo, extendiendo la vida útil de la batería. 

    Cargador inductivo 

    Los cargadores inductivos hacen uso de la inducción electromagnética para cargar las baterías. 

    Una  estación  de  carga  envía  energía  electromagnética  por  acoplamiento  inductivo  a  un 

    aparato eléctrico, el cual almacena esta energía en  las baterías. La carga se consigue sin que 

    exista  contacto  físico entre el cargador y  la batería. Es el  sistema de  carga más utilizado en 

    cepillos  de  dientes  eléctricos;  debido  a  que  no  existe  contacto  eléctrico  no  hay  peligro  de 

    electrocución. Cada inductancia está referida al campo magnético generado. 

    3.  Regímenes de carga‐descarga de una batería 

    Por preferencia los bancos de baterías para los servicios auxiliares son en plomo‐ácido debido 

    a su alta eficiencia en comparación a las alcalinas tal como se muestra en la tabla 1. 

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    Acumuladores 

    12 

    Aunque se dice que el valor del voltaje  de una celda del acumulador de plomo es de 2 voltios, 

    este es  solo un valor nominal ya que en  realidad este valor cambia desde 1.9 en  la máxima 

    descarga hasta algo más de 2.2 al final de la carga. 

    El  siguiente  gráfico  representa  los  valores  de  voltaje  de  un  acumulador  de  plomo  en  los 

    procesos 

    de 

    carga 

    descarga, 

    en 

    él 

    la 

    curva 

    en 

    rojo 

    corresponde 

    al 

    proceso 

    de 

    descarga 

    la 

    curva en azul al de carga. 

    Imagen 3. Histéresis del   proceso de carga y  descarga de una batería 

    Observe que  durante  la  carga  el  voltaje  se mantiene  algo por  encima de  2  voltios durante 

    mucho tiempo correspondiendo a  la formación de  los materiales activos (recargado)  luego al 

    final el voltaje se incrementa más rápidamente hasta un valor que supera los 2.2 voltios. Esto 

    se  debe  a  que  una  vez  agotada  la  posibilidad  de  la  reacción  química  de  formación  de  los 

    materiales activos,

     comienza

     la

     electrólisis

     del

     agua

     del

     electrólito

     con

     la

     consecuente

     

    generación de oxígeno e hidrógeno en  las placas,  lo que  significa  la  formación de una nueva 

    pila, en este caso de  los dos gases generados, que agrega un voltaje adicional al acumulador. 

    Este  voltaje  es  transitorio  y  solo existe  si  se mantiene  la  carga o un  tiempo  corto después, 

    debido a  la absorción de  los gases por el material activo esponjoso, pero  finalmente se auto 

    extingue pues los gases terminan escapando al exterior. 

    En el

     proceso

     contrario,

     la

     descarga,

     sucede

     que

     muy

     rápidamente

     el

     voltaje

     de

     más

     de

     2.2

     

    voltios obtenidos al  final de  la carga se  reducen  rápidamente a casi  2, manteniéndose así  o 

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    Acumuladores 

    13 

    disminuyendo  ligeramente  durante  todo  el  proceso  hasta  que  finalmente  comienza  a 

    descender con rapidez, una vez agotado el material activo. 

    En este punto el acumulador está completamente descargado. 

    Estas curvas

     representan

     el

     tiempo

     de

     carga

     y descarga

     de

     los

     acumuladores.

     

    Curvas de carga (25 0C) 

    Imagen 4. Curva de carga de una batería Plomo‐ Ácido 

    Curvas de descarga (25 0C) 

    Imagen 5. Curva de descarga de una batería de Plomo‐ Ácido 

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    Acumuladores 

    14 

    Gaseo 

    La  energía  final  de  carga  produce  la  disociación  del  agua  por  electrólisis  obteniéndose  sus 

    gases  componentes, hidrógeno y oxígeno. El oxígeno es  liberado en  las placas positivas y el 

    hidrógeno en las negativas. 

    Cuando la batería está cargada, toda la energía suministrada es consumida en la electrolisis. El 

    gaseo comienza cuando la tensión de celda alcanza los 2,30 a 2,35 Vpc y aumenta a medida que 

    progresa la carga. 

    Al  final de  la carga  la cantidad de hidrógeno  liberado es de alrededor de un pie cúbico que 

    equivale a 0,0283 m³ o 28,3 Litros por celda por cada 63 Ah de entrada. Si se tiene en cuenta 

    que más de un 4% del contenido de hidrógeno en el aire puede ser peligroso, el valor anterior 

    puede ser utilizado para definir el tamaño de la sala o la cantidad de aire que se debe renovar 

    por hora.

     

    Auto‐descarga o acción local 

    Este término es utilizado para denominar a las pérdidas internas que se producen cuando una 

    batería está a circuito abierto o en carga de  flote. Esta descarga se debe a  la acción química 

    local entre las partes componentes de las placas, y especialmente de las negativas. El material 

    activo negativo, plomo puro y el antimonio de  la rejilla reacciona con el electrolito como una 

    celda produciendo

     una

     autodescarga.

     Esta

     acción

     local

     es

     disminuida

     drásticamente

     con

     el

     uso

     

    de rejillas negativas de aleación plomo calcio. 

    Todo tipo de impurezas aumentan la resistencia interna de la rejilla, por lo que se debe tener 

    especial cuidado en el agua que se utiliza, ya que esta puede agregar al sistema hierro y cloro 

    que produce autodescargas, por  lo tanto deberá utilizarse agua destilada que cumpla con  las 

    especificaciones adecuadas para uso en baterías. 

    El grado de acción  local, puede ser expresado tanto por  la pérdida en porcentaje mensual de 

    capacidad en el circuito abierto, como por la cantidad de corriente requerida en carga a flote o 

    de mantenimiento para mantener la batería totalmente cargada. Esto como otros parámetros 

    varían con la temperatura, siendo mayor a temperaturas más elevadas. 

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    Acumuladores 

    15 

    Imagen 6. Curva de auto descarga de una batería 

    Cargas de igualación 

    Generalmente,  los  cargadores/rectificadores  permiten  dos  tipos  de  carga,  flotación  e 

    igualación (también  llamada profunda o boost), permitiendo esta última, cargar  la batería en 

    un tiempo más reducido. Esta carga se aplicara cuando se detecten tensiones dispares entre 

    elementos, superiores a 0,05V, estando la batería en flotación. También se realizara una carga 

    de igualación después de una descarga y con el fin de disponer lo antes posible de las baterías 

    cargadas.  Asimismo,  se  realizara  una  carga  de  igualación  después  de  cada  rellenado  de 

    electrolito para asegurar la homogeneidad del electrolito en todo el elemento. 

    La duración de la carga de igualación dependerá del estado de carga/descarga de la batería, de 

    la  corriente de  carga, de  la  temperatura y de  la  tensión a  la que  se  realiza.  La manera más 

    fiable  para  determinar  el  fin  de  la  carga,  consiste  en  medir  la  densidad  del  electrolito  del 

    acumulador y que esta permanezca constante durante al menos 3 horas a una  temperatura 

    inferior a 45ºC (38ºC para el tipo Plante). 

    Tensiones de

     carga

     superiores

     y especialmente

     con

     temperaturas

     elevadas,

     reducirán

     la

     vida

     

    de la batería. 

    Cargas de compensación 

    Esta  se utiliza para suplir  la corriente de auto‐descarga. En caso de que  la batería vaya  a 

    permanecer  inactiva  por mucho  tiempo  se debe  cargar  con una  corriente  de 0.5 a  2 

    miliamperios durante  14 horas. Cuando no existe la facilidad de la carga de compensación  se 

    debe dar una carga completa cada 15 días. 

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    Acumuladores 

    16 

    4.  Regímenes de trabajo 

    4.1. Régimen de flotación 

    En  este  caso  la  batería  permanece  permanentemente  conectada  en  paralelo  con  el 

    rectificador y con

     la

     carga

     manteniendo

     una

     tensión

     constante.

     En

     estas

     condiciones

     el

     

    rectificador asume el suministro de  la corriente para  la carga más una pequeña corriente de 

    compensación  para  mantener  la  batería  plenamente  cargada.,  los  picos  de  corriente  que 

    ocasionalmente  se  producen  por  pequeños  instantes  de  tiempo  son  cubiertos  por  el 

    acumulador. 

    Cuando  se  produce  una  falla  en  el  suministro  de  energía  eléctrica  las  baterías  asumen  el 

    control de  la carga hasta que se descargue o hasta que se establezca el circuito, una vez  se 

    restablece el

     servicio

     se

     ajusta

     manualmente

     el

     cargador

     para

     que

     supla

     los

     requerimientos

     de

     

    la carga y de las baterías. 

    Cuando  se  ha  alcanzado  el  voltaje  de  flotación  se  ajusta manualmente  el  rectificador  para 

    asegurar un voltaje continuo de 2.2V por elemento. 

    Voltaje  de  flotación es  la  tensión  a  la  que  una  batería  se mantiene  después  de  haber  sido 

    completamente  cargada  para  mantener  esa  capacidad  mediante  la  compensación  de auto‐

    descarga de la batería. La tensión podría mantenerse constante durante toda la duración de la 

    operación de  la  célula  (por ejemplo, en una batería de  automóvil) o puede  ser  considerado 

    para una  fase particular de  la  carga por el  cargador. La  tensión de  flotación adecuada  varía 

    significativamente con la química y la construcción de la batería y la temperatura ambiente. 

    Con  la  tensión  adecuada  para  el  tipo  de  batería  y  con  compensación  de  temperatura 

    adecuada, un cargador de flotación se puede mantener conectado indefinidamente sin dañar 

    la batería. 

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    Acumuladores 

    17 

    Conclusión 

    Es  necesario  distinguir  entre  baterías  recargables  o  acumuladores  y  baterías  desechables 

    o pilas La diferencia entre ambos tipos está en que las baterías recargables permiten revertir la 

    reacción química

     que

     se

     ha

     producido

     durante

     la

     descarga

     mediante

     la

     aplicación

     en

     

    sus electrodos de una corriente eléctrica de procedente de un generador externo. Por dicha 

    razón  ya  vimos  la  conveniencia de  las baterías o  acumuladores de  celdas  secundarias  y  las 

    desventajas que cada tipo de estas nos ofrecen. 

    Por  la  necesidad  de  uso  de  las  baterías  estas  adoptan  sus  dos  diferentes  regímenes  de 

    operación la cual nos brindan propiedades importantes. 

    Vimos como el efecto de auto‐descarga afecta la carga de la batería por período de tiempo, y 

    por dicha razón se adopta el régimen de flotación. La cual es muy importante ya que este nos 

    brinda  la  corriente  necesaria  demanda  por  la  carga  cuando  el  cargador  no  puede  suplir  la 

    corriente en

     dicho

     período.

     

    La necesidad de un acumulador en una Subestación es  indispensable y esto nos  lleva a hacer 

    una  rigurosa  investigación  en  el  momento  de  elegir  el  acumulador  necesario  para  una 

    subestación. 

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    Acumuladores 

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    Referencia 

    1.  Carlos Felipe Ramírez, Subestaciones de alta y extra alta tensión (segunda edición), 

    Mejía Villegas.

     

    2.  José Raúl Martin, Diseño de Subestaciones, McGraw Hill. 

    3.  Agustín Riu, Tratado Práctico de Acumuladores Eléctricos, 

    4.  https://en.wikipedia.org/wiki/Float_voltage 

    5.  http://www.ti.com/lit/an/slua055/slua055.pdf  

    6.  http://www2.elo.utfsm.cl/~elo383/apuntes/InformeBaterias.pdf  

    7.  http://todoproductividad.blogspot.com.es/ 

    8.  http://www.enersystem.com/Graficanews/abr07/ITBATIND%203‐4.pdf