acumuladores y pilas

5/7/2018 ACUMULADORES Y PILAS - slidepdf.com

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INTRODUCCION

Actualmente en la industria se han llegado a crearmodernos aparatos para facilitar o mejorar la locomociónde transportes u otros objetos. Dentro de estos objetosmejorados encontramos las baterías eléctricas, las cualesfuncionan gracias a la combinación de ciertas sales ycorriente eléctrica. Dentro de las Baterías eléctricas cabedistinguir dos grupos: los acumuladores y las pilas. Cadauno de ellos posee un funcionamiento un poco diferente,el cual se describirá en el siguiente trabajo, así como lostipos de acumuladores y pilas que existen. Es necesario

mencionar que una de las características importantes delas baterías eléctricas es la capacidad de carga, y el tipode conexiones que pueden llegar a realizarse con estetipo de objetos.



OBJETIVOS

Objetivo General

Conocer la diferencia entre una pila y un acumulador siendo ambasbaterías eléctricas.

Objetivo Específico

1. Conocer cual es el funcionamiento de un acumulador y cual es sudiferencia respecto al de una pila2. Conocer cuales son los tipos más comunes de acumuladores y de

que están hechos y para que sirven.3. Conocer los tipos de pilas que existen y como se logran

diferenciar.4. Conocer los diferentes tipos de conexiones de baterías que

pueden presentarse y su forma de cálculo.



ACUMULADORES Y PILAS (BATERIASELECTRICAS)

ACUMULADORES

Principio de Funcionamiento

Las pilas secundarias o acumuladores sonaquellas que pueden recargarse, es decirpueden reiniciar el proceso mediante el aportede energía de una fuente exterior normalmenteun generador, que hace que los compuestosquímicos se transformen en los compuestos departida, al hacer pasar corriente a través deellos en sentido opuesto

Un acumulador es, por tanto, un aparato capazde retener cierta cantidad de energía en su interior, suministradaexternamente, para emplearla cuando la necesite.

Así, una batería está formada por varios acumuladores, y puede serácida o calina en función de la naturaleza del electrolito. Por ejemplo, lasbaterías de los coches son ácidas, porque contienen un electrolito deácido sulfúrico en el que se sumergen una placa de plomo metálico yotra de dióxido de plomo. Las reacciones en este caso son lassiguientes:

H2SO4 ---> 2H+ + SQ42-

Cátodo:. Pb + S042 ----> PbSO4 + 2e-

Ánodo: PbO2 + S042- +4 H30+ + 2 e- ---> PbSO4 + 6 H20

Cuando se agota el plomo o el dióxido de plomo la batería está gastaday para recargarla se hace pasar una corriente eléctrica de la placapositiva a la negativa mediante un alternador o dinamo, de manera que



el sulfato de plomo se vuelve a des componer en plomo en la placanegativa, y en la positiva en dióxido de plomo

En las baterías alcalinas el electrolito suele ser hidróxido potásico, y lasplacas son habitualmente, de níquel y de hierro.

Normas Para El Mantenimiento De Baterias – Acumuladores

Detallamos unas normas básicas, para que sean útiles a la mayoría delas instalaciones:

• Mantener el lugar donde se coloquen las baterías entre 15 y 25grados. El frío ralentiza las operaciones tanto de carga como dedescarga. El calor por su parte, aumenta la evaporación del aguadel electrolito, y promueve la oxidación de las placas positivas.

• Siempre que sea posible, fijar bien las baterías, evitando su

movimiento.• Mantener los terminales de conexión, limpios, apretados ( no en

exceso ) y seca la carcasa de la batería.• Mantener el nivel del electrolito adecuado, añadiendo agua

destilada en caso de necesidad, evitando tanto dejar las placas alaire como el llenado excesivo que provoque el desbordamiento delelectrolito.

• Evitar la descarga completa de las baterías.• Calcule adecuadamente las baterías que necesite en su

instalación, para evitar darles un uso excesivo que limite su vidaútil.

• Compruebe el funcionamiento del Cargador de la Batería; lascargas excesivas o insuficientes pueden disminuir su vida útil.• Evite siempre que pueda las CARGAS RAPIDAS DE LAS BATERIAS,

las hacen sufrir mucho.• Compruebe que no hay diferencias de carga entre las distintas

celdas de la batería, y si fuera así, efectúe una carga denivelación.

Tipos de Acumuladores

Baterías Recargables - Acumuladores. Salvo las de pequeño tamaño,prácticamente todas las baterías recargables son del tipo plomo-ácido.Muy pocas son de otros tipos por su elevado costo. Existe una grandiversidad de sistemas: níquel-cadmio, níquel-zinc, zinc-aire, sodio-azufre, hidruro metálico de litio, ion de litio, litio-polímero, etc.

1. Acido Plomo



Las primeras baterías de plomo-ácido (acumuladores de plomo), fueronfabricadas a mediados del siglo XIX por Gaston Planté. Hoy en díatodavía son uno de los tipos de baterías más comunes. Se descubrió quecuando el material de plomo se sumergía en una solución de ácidosulfúrico se producía un voltaje eléctrico el cual podía ser recargado.

Este tipo de baterías es único en cuanto que utiliza el plomo, materialrelativamente barato, tanto para la placa positiva como para la negativa.

El material activo de la placa positiva es óxido de plomo (PbO2). El de laplaca negativa es plomo puro esponjoso y el electrolito está disuelto en(H2SO4). Cuando hablamos de material activo en las baterías de ácidode plomo,nos referimos al óxido de plomo y al plomo esponjoso.

Las baterías de ácido de plomo tienen un voltaje nominal de alrededor

de dos voltios. La mayoría de baterías de coche se componen de seisceldas y por ello tienen una tensión de doce voltios.El voltaje que se da en el chispazo de las típicas baterías es de 1,5voltios.

Las baterías más usadas son las de Plomo-Acido, Estas baterías debenestar diseñadas para suministrar una gran corriente durante un periodode tiempo corto. Suelen tener una vida útil de unos 4-5 años, y esta estáestrechamente ligada con la profundidad de descarga a la cual se vesometida es decir a cuanta energía sobre su capacidad nominal se le"pide" sobre su capacidad nominal, en cada ciclo de carga y descarga.

En las baterías de Plomo-Acido, la vida útil será mayor cuanto menorsea la descarga de estas baterías en cada ciclo de carga-descarga.

La capacidad de una batería viene medida en Amperios por hora (A.h)que es la cantidad de corriente de descarga disponible durante untiempo determinado. Pero esta capacidad es válida solamente para unatemperatura específica y profundidad de descarga.



Un método de diagnóstico para baterías eléctricas de plomo-ácido puede ser:

• Comprobación visual exterior de las conexiones, cargador, etc.• Comprobación de fugas al exterior de electrolito.•

Comprobación del nivel del electrolito. Jamás debe dejar al aireparte de las placas.• Comprobación de la densidad del electrolito. Debe comprobarse

tanto el valor de cada celda, como que los valores entre celdas nosean dispares.

• Comprobar partículas de suciedad u otras en el electrolito.• Efectuar una pequeña prueba de descarga y voltaje.

Regulador de carga:

Sumisión es preservar la vida de las baterías para evitar situaciones de

sobrecarga y sobre descarga a fin de alargar la vida de estas.

Por lo tanto controlará los procesos de carga y descarga de la batería enfunción de la generación y el consumo de la energía. Las baterías deácido de plomo tienen un voltaje nominal de alrededor de dos voltios. Lamayoría de baterías de coche se componen de seis celdas y por ellotienen una tensión de doce voltios. A pesar del gran esfuerzo realizadoen investigación de los diferentes tipos de materiales las baterías deplomo ácido son las preferidas e insuperables por el amplio deaplicaciones que tienen. El plomo es abundante y no demasiado caro yes por esta razón por la cual es idóneo para la producción de baterías de

buena calidad en grandes cantidades.

Baterías De Descarga Profunda

Se puede explicar que la descarga en una batería plomo acido consistecuando por consumo de electricidad la placa positiva gana peso sacadodel ácido sulfurico del electrolito y colocando las moléculas de so4 enforma sólida en la placa. (la positiva)Conforme esta se va descargandova ganando peso y aumentando de volumen también en cantidades dehasta un 70 por ciento. Por tanto la rejilla de plomo que sujeta ysostiene la materia activa se ve sometida a un estiramiento y lo que

pasa es que a la tercera descarga completa de una batería de automóvillas placas se tuercen ejerciendo una fuerza titánica contra las placasnegativas y obviamente rompiendo el material aislante quegeneralmente son de papel poroso aglutinado con resina fenolica el cuales muy frágil haciendo que se topen la positiva con la negativa. Parasolucionar esta situación los fabricantes terminaron haciendo el bordede las rejillas incluso los filamentos mismos de plomo muy delgadospara que simplemente se corten y las placas se mantengan rectas lo



cual aun permite que el acumulador funcione lo cual es contrario a lodescrito anteriormente.

Entonces es imperativo entender que una batería de automóvil solosirve para ocupar máximo un cuarto de su carga. Es decir que lo ideal en

un acumulador de 45 amperios/hora es sacar solo una intensidad de 10amperios en la hora. ( o 5 en dos horas o 2.5 en cuatro) De no respetaresta norma se estropeará el acumulador con tan solo algunas descargascompletas.

Pero existen baterías de descarga profunda y las rejillas positivasconsisten en placas con hilos de plomo verticales solamente colgadasde una nervadura de plomo superior e horizontal. En estos hilos deplomo verticales existe en su derredor la materia activa sujeta pon unafunda de tela porosa a todo el largo. Estos elementos van colgados unoal lado del otro y en cada placa positiva hay unos 20 de estos packs de

materia activa. La materia activa en estos packs es mas esponjosa y elaumento y disminución de tamaño durante los ciclos de carga ydescarga no amenaza en absoluto las disposición correcta de loselementos y accesorios dentro del vaso. Un ejemplo de estosacumuladores son los back up s telefónicos. En lo personal no meimportaría participar en la construcción de alguna planta acumuladoragrande.( 20.000 A/h y mas ) Con diseño de multiples sistemas de carga (aolico, celdafotovoltica, corriente domiciliaria, motogenerador etc etc... )con full control electronico etc...Me parece que si el programa energéticoChileno no mejora, terminaremos usando mucho de estos artefactosacumuladores de energía eléctrica en lugares como poblaciones, y

condominios cerrados, empresas, packings y en los domicilioparticulares tambien...etc etc...

Una planta de acumuladores de gran envergadura no necesita ser carasi se desea construir. Se ocupa el sulfato de plomo y el plomo metalicode baterias en deshecho (malas). Se construyen placas horizontales coneste producto.Las verticales no sirven pues la cristalografia de estesulfato no enlaza y el sulfato no es posible adherirlo a la rejilla llendo aparar al fondo del receptaculo en un santiamen. No se produceabsolutamente ninguna contaminacion al medio ambiente pues setrabaja solo humedo e incluso no se necesita acido sulfurico pues este

se regenera del sulfato en el proceso de carga. Suena inverosimil? losquimicos, cientistas y los ingenieros lumbreras se apresuraran aasegurar que no es posible pero yo lo he hecho.. se pueden construirestaciones acumuladoras de electricidad de gran envergadura a costomateria prima casi cero.Y el costo mano obra bajo. Estaciones dedescarga profunda y de gran longevidad.

http://www.maquinaria.cl/contact.php

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Por tanto como no hay muchas baterías de descarga profunda en elmercado o son muy caras, lo unico que se puede hacer es usar variasbaterías de auto en paralelo y asegurarse de no sacar mas energia quela cuarta parte. O sea si se desea disponer de 60 a/h lo ideal es tenercuatro baterías de 60 a/h y ocupar el equivalente de 15a/h en cada una.

Como se sabe cuando una batería está descargada? Por el la densidaddel electrolito y por el voltaje nominal. Cada batería tiene su voltajedistinto a full carga y mediante trial and error se puede medir elvoltaje a 1/4 descarga sin carga resistiva y en reposo. Algún sistema derecarga automática con ajustes se puede emplear.

Una ultima recomendación. Al trabajar una batería en rangos muydescargados, esta endurecerá sus placas mas allá de poderlasresblandecer mediante la carga por tanto perderá eficiencia hasta elpunto que ningún régimen de carga ayudará salvo botarla a la basura.

Por otro lado si se trabaja un acumulador en el rango de la sobrecarga,las placas positivas serán disueltas y la materia activa se desprenderá eirá a parar en el fondo del deposito hasta que las placas positiva ynegativas quedaran puenteadas y la bateria ya no servirá.

Los regímenes de carga ideales en amperios para cada acumulador esigual a un 20 avo de su corriente nominal. O sea para una batería de 60a/h lo ideal es 3 amps. Con una corriente mayor existirá desperdiciopues el acumulador no podrá entregar su cometido según su rateo. Osea con una corriente de carga de 20 A uno puede dar carga total a unacumulador de 60 a/h ( se sabe cuando una batería esta lista porque los

vasos comienzan a despedir gas de hidrogeno y se ven como "hierven")pero este acumulador en definitiva puede entregar solo 20 a/h.... Estodesconcierta a muchos. En estos caso lo mejor es dar una carta total conun 40 avo de cu corriente nominal ( o sea carga ultra lenta)

2. Gel



Existen varias aplicaciones fotovoltáicas en las que es complicadorealizar el mantenimiento de los acumuladores por dificultad de acceso,por ejemplo, o se requiere que la batería no emita gases si está ubicadadentro de un armario estanco o, incluso, dentro de una viienda. Para

estas aplicacione se han diseñado baterías que no necesitan ningún tipode mantenimiento, lo cual reduce el coste del acumulador a lo largo dela vida de este.

3. Otros

Batería alcalina :

También denominada de ferroniquel, sus electrodos son láminas deacero en forma de rejilla con panales rellenos de óxido niqueloso (NiO) el

electrodo positivo y de óxido ferroso (FeO) el negativo, estando formadoel electrolito por una disolución de potasa cáustica (KOH) . Durante lacarga se produce un proceso de oxidación anódica y reducción catódica,tranformandose el óxido niqueloso en niquélico y el óxido ferroso enhierro metálico. Esta reacción se produce en sentido inverso durante ladescarga.

Baterías Níquel-Hidruro (Ni-H) :

Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de una aleación demetal-hidróxido. Cada célula de Ni-H puede proporcionar un voltaje de

1,2 V y una capacidad entre 0,8 y 2,3 Ah. Su densidad de energía llega alos 80 Wh/kg. Este tipo de baterías se encuentran afectadas por elllamado efecto memoria: en cada recarga se limita el voltaje o lacapacidad (a causa de un tiempo largo, una alta temperatura, o unacorriente elevada), imposibilitando el uso de toda su energía.

Baterías Níquel-Cadmio (NiCd) :

http://enciclopedia.us.es/index.php/N%C3%ADquel

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http://enciclopedia.us.es/index.php/N%C3%ADquel



Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de un compuestode cadmio. El electrolito es de hidróxido de potasio. Esta configuraciónde materiales permite recargar la batería una vez está agotada para sureutilización. Cada célula de NiCd puede proporcionar un voltaje de 1,2 Vy una capacidad entre 0,5 y 2,3 Ah. Sin embargo, su densidad de

energía es de tan sólo 50 Wh/kg, lo que hace que tengan que serrecargadas cada poco tiempo. También se ven afectadas por el efectomemoria.

Baterías Litio-Ión (Li-ion) :

Utilizan un ánodo de Litio y un cátodo de Ión. Su desarrollo es másreciente, y permite llegar a densidades del orden de 115 Wh/kg.Además, no sufren el efecto memoria.

Pilas de combustible : Funcionan con Hidrógeno, Metano o Metanol.

Condensador de alta capacidad :

Aunque no constituyen un acumulador electroquímico en la actualidadse están consiguiendo capacidades lo suficientemente altas para su usocomo batería. Aunque los condensadores de alta capacidad no seanacumuladores electroquímicos en sentido estricto, en la actualidad seestán consiguiendo capacidades lo suficientemente grandes (variosfaradios, F) como para que se los pueda utilizar como batería cuando laspotencias a suministrar sean pequeñas, en relación a su capacidad dealmacenamiento de energía. Por ello se usan como batería en algunos

relojes de pulsera, que recogen la energía en forma de luz a través decélulas fotovoltaicas, o mediante un pequeño generador accionadomecánicamente por el muelle de la cuerda del reloj. Aunque funcionancomo acumuladores se les suele llamar "condensadores", ya quecondensan o almacenan la corriente eléctrica aunque esta fluctúe en elcircuito.

PILAS

Principio de funcionamiento

El funcionamiento de una pila es sencillo,consiste básicamente en introducirelectrones en uno de los extremos de unalambre y extraerlos por el otro. Lacirculación de los electrones a lo largo delalambre constituye la corriente eléctrica.Para que se produzca, hay que conectarcada extremo del alambre a una placa ovarilla metálica sumergida en un

http://enciclopedia.us.es/index.php/Cadmio

http://enciclopedia.us.es/index.php/Potasio

http://enciclopedia.us.es/index.php/Litio

http://enciclopedia.us.es/index.php/Hidr%C3%B3geno

http://enciclopedia.us.es/index.php/Metano

http://enciclopedia.us.es/index.php/Metanol

http://enciclopedia.us.es/index.php/Capacitor

http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_de_alta_capacidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Faradio

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electrolito que suele ser una solución química de algún compuestoiónico. Cuando ese compuesto se disuelve, las moléculas se dividen eniones positivos y negativos, que se mantienen separados entre sí porefecto de las moléculas del líquido. El electrolito que utilizó Volta eraácido sulfúrico; cada una de sus moléculas, al disolverse en agua, se

descompone en dos protones H+ (iones positivos) y un ion sulfatoSO4- (ion negativo). Las varillas metálicas de cobre y cinc constituyenlos electrodos, que deben ser sumergidos en el electrolito sin quelleguen a entrar en contacto. La placa de cobre es el electrodo positivo oánodo y la placa de cinc el electrodo negativo o cátodo.

Al reaccionar el electrolito con las varillas se produce una transmisión deelectrones, que han sido extraídos de la placa de cinc, hacia la placa decobre, con lo que los átomos de cinc son oxidados e incorporados a ladisolución, según la reacción:

Zn —> Zn2+

+ 2e-

Esto ocurre así y no al revés, del cobre al cinc, porque los átomos decinc tienen más tendencia que los de cobre a ceder electrones.

En la varilla de cobre se produce una reducción de los iones hidrógenoH+ de la disolución, ya que los electrones liberados por los átomos decinc recorren el hilo conductor hacia la placa de cobre y son captadospor los H+, que se convierten en átomos de hidrógeno y escapan enforma de gas. Estos electrones en movimiento son los que originan lacorriente eléctrica. Por su parte, los iones SO4- reaccionan con los

cationes Zn2+

y se convierten en moléculas de sulfato de cinc.

2H+2e ---> H2

Zn2+ + SO42- ---> ZnSO4

Cuando se corta la conexión exterior entre las placas, los electrones nopueden desplazarse a lo largo del hilo de una placa a ¡a otra, con lo quese interrumpe la reacción.

El dispositivo funciona mientras existan átomos de cinc para formar elsulfato correspondiente. Cuando la placa de cinc se ha desintegrado por

completo ya no puede producirse la reacción, por lo que la pila ya notiene uso. Por este motivo, las pilas de este tipo reciben el nombre depilas primarias. Tipos de Pilas

Baterías no recargables. Son Conocidas como PILAS, dado que lareacción química que se produce durante su uso es IRREVERSIBLE. Suvida dura lo que tarde en descargarse, y no son susceptibles de



Mantenimiento, excepto normas básicas de conservación: evitar caloreso fríos excesivos, evitar el sol y la humedad, sacarlas de su alojamientosi no van a utilizarse para evitar que una posible corrosión dañe elaparato, etc.

1. No recargables

Una pila primaria produce energía consumiendo algún químico que estacontiene. Cuando este se agota, la pila ya no produce más energía ydebe ser reemplazada. Por ejemplo en este grupo encontramos a laspilas de zinc-carbono.

En general, se venden 5 tipos de pilas no "recargables" compuestas porlos siguientes minerales:

1- carbón - zinc

2- alcalinas3- cloruro de zinc4- óxido de plata5- óxido de mercurio

Sistema de dióxido de Zinc-Manganeso, Este es el tipo más usado depilas en el mundo. Su usos típicos son, linternas, juguetes, walkmans,etc... Hay tres variantes para este tipo de pila: la pila Leclanché, la pilade cloruro de zinc, y la pila alcalina. Todas entregan un voltaje inicial de1.58 a 1.7 volts, el cual declina con el uso hasta un punto de 0.8 voltsaprox.

a) La pila Leclanché

La más económica de estas, fue inventada en 1866 por un ingenierofrancés (la pila lleva su nombre Charles Leclanché). Se convirtió en unéxito instantáneo debido a sus constituyentes de bajo presupuesto. Elánodo de este tipo de pila es una hoja de aleación de zinc, esta aleacióncontiene pequeñas cantidades de; plomo, cadmio y mercurio. Elelectrolito consiste en una solución acuosa y saturada de cloruro deamonio conteniendo 20% de cloruro de zinc. El cátodo esta compuestode dióxido de manganeso impuro, mezclado con carbón granulado, para

creas un cátodo húmedo con un electrodo de carbón.

b) La pila de cloruro de zinc

Aunque fue patentada en 1899 la pila de cloruro de zinc es realmenteuna adaptación moderna a la pila de Leclanché. La gran diferencia estaen que gracias a sellados de plástico esta pila a podido terminar con eluso de cloruro de amonio. También el dióxido de manganesos de alta



pureza. Este tipo de pila tiene una más larga duración que la pila deLeclanché. También esta pila puede traer confiabilidad satisfactoria sinusar mercurio en la aleación de zinc.

c) La pila alcalina La más alta densidad energética (wats por cm cúbico) de las pilas dezinc-manganeso se puede encontrar en pilas con un electrolito alcalinoel cual permite una construcción completamente distinta al resto de sutipo. Estas estuvieron disponibles comercialmente durante la década delos 50. El cátodo de un dióxido-grafito de manganeso muy puro y unánodo de una aleación de zinc enriquecida son asociados con unelectrolito de hidróxido de potasio y puesto en una lata de acero.Aunque el mercurio contenido en la aleación de zinc solía ser de hastaun 6 a 8 porciento, actualmente se ha logrado reducir este índice a un

impresionante 0.15%, para así poder reducir el impacto ambiental queestas producen. Esta de más decir que este tipo de pila es altamentesuperior a ambas de las descritas anteriormente. Pilas de dióxido de manganeso-magneseo:

Este sistema funciona bien para aplicaciones especializadas. Se parecemucho a la pila de cloruro de zinc pero tiene 0.3 volts mas por pila. Laspilas de dióxido de manganeso-magneseo tienen una larga vida, altadensidad energética, son livianas las cuales las hacen ideales para eluso de pilas para el poder de los radiotransmisores de las radios

militares. Una desventaja de este tipo de pila es su funcionamiento enbajas temperaturas.

Pilas de mercurio con óxido-zinc:

Este sistema ocupa un electrolito alcalino. Ha sido largamente usadapara el uso en pilas “botón” o las comúnmente usadas para relojes etc. Tienen una densidad energética de aproximadamente 4 veces mas quelas pilas de zinc-manganeso. Es muy confiable y da casi siempre 1.35volts, y gracias a esto se usa como una pila de referencia.

Pilas de plata con óxido-zinc:

Otra pila de tipo alcalina. Esta pila exhibe un cátodo de oxido de plata yun ánodo de polvo de zinc. Debido a que puede relativamente soportaraltas cargas y tiene una casi constante, 1.5 volts de producción, estetipo de pila también es usado frecuentemente en relojes etc. Tambiénpodemos encontrarla en algunos torpedos de uso militar, debido a sugran fiabilidad y capacidad.



Pilas de Litio:

El área de investigación de las pilas que ha atraído mas la investigaciónen los últimos años ha sido el área de las pilas con un ánodo de litio.

Debido a su alta actividad química se deben usar electrolitos no acuososcomo por ejemplo sales cristalinas. Se han hecho pilas que no tienenseparación alguna entre el ánodo y el cátodo líquido, algo imposible conpilas de sistema acuoso. Una capa protectora se formaautomáticamente en el litio, pero esta se rompe en la descargapermitiendo voltajes cercanos a los 3.6 volts. Esto permite una grandensidad energética. Sus usos varían desde la aeronáutica, marcapasosa cámaras automáticas.

Pilas de sulfuro Litio-hierro:

Estas pilas en porte miniatura ofrecen grandes capacidades y bajo costo.En operaciones que requieren de 1.5 a 1.8 volts, estas pueden ser unsubstituto a algunos tipos de pilas alcalinas.Pilas de dióxido de litio-manganeso:

Estas poco a poco van ganando aceptación. Tienen un voltaje de 2.8volts, una alta densidad energética y un costo bajo dentro de las pilas delitio.

Pilas de monofluoruro de litio-carbono:

Estas han sido una de las pilas de litios mas comercialmente exitosas,de larga vida, alta densidad energética, buena adaptación atemperaturas y con un voltaje de 3.2 volts. Sin embargo, el costo demonofluoruro de carbono es alto.

Pilas de Litio-thionyl (lithium-thionyl):

Este tipo de pila provee la más alta densidad energética disponiblecomercialmente. El cloruro de thionyl no sirve solo como un solvente delelectrolito sino que también como material del cátodo. Sufuncionamiento es impresionante, ya sea a temperatura ambiente o

hasta -54 grados celcius, por muy debajo del punto donde sistemaslíquidos dejan de funcionar. Su uso va de equipos militares, vehículosaerospaciales hasta los famosos beepers.

Pilas de dióxido de litio-sulfuro:

Este tipo de pila ha sido extensivamente usado en los sistemas deenergía de emergencia de muchos aviones entre otros usos. El cátodo



consiste en un gas bajo presión con otro químico como electrodo salino;muy parecido al funcionamiento del sistema anterior. Este sistemafunciona increíblemente bien, pero se ha encontrado que aveces luegode su uso en frío libera gases tóxicos tales como dióxido de sulfuro.

Pilas de aire-depolarizado.Una manera muy practica de obtener alta densidad energética es usar eloxigeno en el aire como “liquido” del material del cátodo. Si es juntadocon un ánodo tal como el zinc, larga vida a bajo costo, pueden serobtenidos. La pila, eso sí, debe ser construida de manera tal de que eloxigeno no entre en contacto con el ánodo, el cual atacaría.

Pilas de zinc-aire:

El diseño y principio de estas pilas es relativamente simple, pero su

construcción no lo es, ya que el electrodo de aire debe serextremadamente delgado. Se han hecho muchos estudios y grandesavances se han hecho en el aire del sellado del aire y la optimización deeste tipo de pilas.

Pilas de aluminio-aire:

Estas no han tenido una gran aceptación comercial, pero supequeñísimo peso y su gran densidad energética potencial han hechoque grandes estudios se hayan llevado acabo en esta área, tales comoprolongar la vida de esta pila entre otros. Si estos problemas son

resueltos podríamos ver grandes aplicaciones para este tipo de pilas enel futuro, incluidos su uso en autos eléctricos o incluso camiones.Existen muchos otros tipos de pilas primarias usadas a más pequeña

escala por ejemplo pilas de las cuales se sabe su rendimiento exactocomo la pila de zinc-mercurio o sulfato-mercurio (1.434 volts) o las pilasde cadmio-mercurio o sulfato-mercurio (1.019 volts). O pilas tal como lasde cloruro de magneseo-plata o cloruro de magneseo-plomo las cualesse ocupan en las operaciones submarinas donde el electrolito es el aguasalina en el cual se encuentran sumergidas las pilas.

2. Recargables

Las pilas secundarias, o pilas de almacenamiento, obtienen su energíatransformando alguno de sus químicos en otro tipo de químicos. Cuandoel cambio es total, la pila ya no produce más energía. Sin embargo, estapuede ser recargada mandando una corriente eléctrica de otra fuente através de ella para así poder volver a los químicos a su estado original.Un ejemplo de este grupo es la batería de auto o pila de ácido-plomo.



Pilas de ácido-plomo:

Este tipo de pila ha sido la pila recargable mas ampliamente usada en elmundo. La mayoría de este tipo de pilas son construidas de planchas de

plomo o celdas, donde una de estas, el electrodo positivo, esta cubiertocon dióxido de plomo en una forma cristalina entre otros aditivos. Elelectrolito esta compuesto de ácido sulfúrico, y este participa en lasreacciones con los electrodos donde sulfato de plomo es formado y llevacorriente en forma de iones. Estudios demuestran que la pila de plomo-ácido tiene una densidad energética de aproximadamente 20 vecesmayor que la de las pilas de niquel-cadmio o niquel-hierro.

La razón por la cual este tipo de pila ha sido tan exitosa es que tiene ungran rango de entregar gran o poca corriente; una buena vida de ciclocon una gran fiabilidad para cientos de ciclos, facilidad de recargar, su

bajo costo en comparación al resto de las recargables, alto voltaje (2.04volts por celda), facilidad de fabricación y la facilidad de salvataje de suscomponentes. Pilas alcalinas de almacenamiento:

En las pilas de almacenamiento de este tipo la energía es derivada de lareacción química en una solución alcalina. Este tipo de pilas usandiversos materiales como electrodos tal como los que nombraremos acontinuación.

Pilas de hidróxido de niquel-cadmio:

Estas son las pilas portátiles más comunes que existen. Tienen lacaracterística de poder dar corrientes excepcionalmente altas, puedenser rápidamente cargadas cientos de veces, son tolerantes al abuso desobrecarga. Sin embargo, comparadas con otros tipos de pila primariase incluso con otras de su tipo, estas pilas son pesadas y tienen unalimitada densidad energética. Estas pilas funcionan mejor si es que sondejadas a descargarse completamente antes de cargarse nuevamente,sino puede producirse un fenómeno conocido como el efecto de lamemoria donde las celdas se comportan como si estas tuvieran menos

capacidad para la cual fueron hechas. Su uso es muy variado podemosencontrarlas desde los sistemas de partida para los motores de un aviónhasta en el walkman que uno esta usando. Este tipo de pila se comportabien bajo temperaturas frías.Pilas de hidróxido de niquel-zinc:

Están bajo investigación y si su vida puede ser alargada podrían ser unviable substituto para las pilas de niquel-cadmio.



Pilas de hidróxido de niquel-hierro:

Este tipo de pilas puede proveer miles de ciclos, pero no al recargarnecesitan mucha energía y al funcionar se calientan más de lo deseado.

Pilas de hidróxido de niquel-hidrógeno:

Estas pilas fueron desarrolladas principalmente para el programaespacial de los EE.UU. Los estudios demuestran que aleaciones de niquelpueden reversiblemente disolver o soltar hidrógeno enproporcionalmente a cambios en la presión y temperatura. Estehidrogeno serviría como un material de ánodo. Hay especulación de queeste tipo de pila podría reemplazar a la de niquel-cadmio en algunaaplicación.

Pilas alcalinas recargables de dióxido de zinc-manganeso:

Este tipo de pilas fueron diseñadas para actuar como substitutos ensistemas donde se requieran cantidades moderadas de energía. Su grandensidad energética y su bajo costo incitan a mas estudios. Pilas de oxido de plata-zinc:

Aunque son caras, estas pilas son usadas cuando la densidadenergética, el tamaño, y el peso son fundamentales. Después de añosde que su uso fue restringido a minas y torpedos su uso se ha ido

diversificando hasta llegar a la exploración submarina y sistemas decomunicaciones. Pilas secundarias (o de almacenamiento) de litio:

Este tipo de pila muestra una gran promesa a futuro ya que su energíateóricamente va de 600 a 2,000 wats por hora por kg. Algunoselementos con los cuales se investiga son: disulfito de litio-titanio,dióxido de litio-manganeso y disulfito de litio-molibdeno. Pilas secundarias (o de almacenamiento) de sodio-sulfuro:

Mucha experimentación se ha llevado a cabo con este tipo de pila quefunciona al rededor de los 350 grados C'. Aun se deben resolverbastantes problemas relativos a su estabilidad. Especialmente cuandose toma en cuenta que necesita ser enfriada y calentada entre usos.Pero su economía y la entrega de 2.3 volts hacen que este sistema seaextremadamente atractivo, especialmente en el área de los automóvileseléctricos



Cargadores

Como el nombre lo indica, los cargadores son dispositivos encargados derecargar las pilas. El procedimiento es simple: basta colocar uno o dospares de pilas recargables en el dispositivo y enchufarlo a la redeléctrica.

Ese modo de trabajo nos hace pensar que la carga de la pila es hecha através de la transferencia de energía a la pila, tal como se saca agua dela canilla para llenar una botella. A decir verdad, no es tan simple comoeso.

El proceso de recarga de pilas consiste en pasar una corriente eléctricapor ellas de forma que la energía sea "capturada" y almacenada. Cuantomayor sea la corriente (cargadores más rápidos), menor será el tiemporequerido para la recarga. Sin embargo, la mayor "velocidad de trabajo"hace que la generación de calor aumente, motivo por el cual debeescogerse un cargador capaz de indicar cuando la pila está totalmentecargada. El calentamiento puede vaciar la pila y, en la peor de lashipótesis, causar una explosión.

En el mercado, son más comunes los cargadores que realizan unarecarga más lenta. Las ventajas de ese tipo están en el precio y en la

disminución drástica del riesgo de super-calentamiento de las pilas.Además de eso, las pilas acaban teniendo una vida útil mayor.

En la elección de un cargador, elija los modelos que trabajan tanto conNiCd como con NiMH. Dé preferencia a aquellos que cortan la corriente(en verdad, mantienen una corriente baja para mantener la energía enla pila) cuando la carga se completa.

CAPACIDAD DE CARGA

La capacidad de una batería viene medida en Amperios por hora (A.h)que es la cantidad de corriente de descarga disponible durante untiempo determinado. Pero esta capacidad es válida solamente para unatemperatura específica y profundidad de descarga.

Como ejemplo, imagine que usted tiene un MP3-Player que utiliza unapila del tipo AAA y consume 200 mA. Si la pila tuviera capacidad de 1000mAh, su duración será de: 1000 / 200 = 5 horas Es claro que ese



cálculo no es preciso, ya que otros factores y características del equipopueden aumentar el consumo.

Una batería de 60 Ah puede suministrar 60 A. durante una hora. Puedesuponerse que, por la misma razón, podría suministrar en media hora, el

doble de corriente es decir 120 A. ó en 10 minutos 360 A. Este cálculono es exacto, porque la capacidad depende del régimen de trabajo, quepuede hacerla variar bastante.

CONEXIÓN DE BATERIAS

Disponemos de tres formas de conectar un grupo de baterías entre sí.

En serie, en paralelo o una conexión mixta serie-paralelo.Dependiendo como lo hagamos, incrementaremos la tensión total, lacapacidad o las dos.

Serie

Con este tipode conexión,

incrementamosel voltaje total.

Bajo ciertascircunstancias, elvoltaje queproduce una solapila es suficiente,tal como sucede en algunas linternas. En otras ocasiones se necesitamayor voltaje. Esto puede lograrse conectando varias pilas (primarias osecundarias) en serie, en número tal como para lograr el voltajenecesario. Esta agrupación de pilas se llama batería.

La fem (E) de una combinación serie es la suma de las fem de las pilasindividuales, y la resistencia interna total es la suma de las resistencia(R¡) de cada pila. En la combinación de pilas en paralelo, en la cual todastienen la misma fem, la fem (E) resultante es la de una sola pila (E) . Laresistencia interna total de n pilas en paralelo, teniendo cada una, unaresistencia interna R¡ es, R¡/n. (La ventaja de la conexión en paralelo esla mayor capacidad de corriente que en una sola pila.)



El voltaje total de un conjunto de pilas conectadas en serie es la sumade los voltajes de cada pila. Así, si se conectan en serie cuatro pilas de1,5 volts, el voltaje total es 1,5 + 1,5 + 1,5 + 1,5, o sea 6 voltios. Si se

conectan 30 de estas pilas en serie, el voltaje final será 30 x 1,5, o sea45 voltios. Los acumuladores de plomo-ácido de 6 voltios consisten entres baterías de 2 voltios conectadas en serie

Una batería seforma

conectando

pilas entre sí .Una batería de30 voltios ( 20

pilas de 1,5 voltios en serie ).

Cuando las pilas se conectan en serie, el terminal positivo de una seconecta con el terminal negativo de la otra. Al hacer esto, se sumantodos los potenciales individuales, unos a otros. Los ejemplos anteriorestratan las pilas que poseen el mismo voltaje. Esto no necesita ser de esaforma; se pueden conectar en serie pilas de cualquier voltaje. Aunquetodas las pilas no tengan el mismo voltaje, se pueden conectar

igualmente en serie. Ahora bien, cada pila o acumulador, en unaconexión serie, debe tener la misma capacidad de corriente.

Paralelo



Con este tipo de conexión, incrementamos la capacidad total.

También se puede formar baterías conectando pilas en paralelo. Estosolamente puede hacerse con pilas que tengan el mismo voltaje desalida. El propósito de una conexión en paralelo es aumentar lacapacidad de corriente. La conexión en paralelo crea el equivalente de

un aumento en el tamaño físico de los electrodos y de la cantidad deelectrólito, e incrementa por lo tanto la corriente disponible.

Por ejemplo, si se conectan tres pilas en paralelo, la capacidad decorriente de la batería se hace igual al triple de la capacidad decorriente una sola pila. Es decir, cada pila contribuye con la tercera

parte de la corriente total.

Conectando las pilas en paralelo no cambia el voltaje. El voltaje final delas pilas en paralelo, es el mismo que el de una sola. Cuando seconectan pilas en paralelo de tensiones desiguales, circula corrienteentre las pilas debido a las diferencias de potencial y se consumeenergía eléctrica. Hay, también una posibilidad de que las pilas puedandañarse.



Las condiciones para conectar dos baterías en paralelo son:

1. Baterías de la misma "edad".2. Baterías de la misma capacidad.3. Por su puesto baterías del mismo voltaje.

Serie-Paralelo

Con este tipo de conexión, incrementamos la capacidad total yla tensión total.

Las ventajas de la conexión serie y paralelo, se pueden combinar en ladistribución serie-paralelo. Ésta permite mayor voltaje de salida comosucede en la conexión serie y aumenta la capacidad de corrientesimultáneamente por la conexión paralelo. Como en los ejemplos

previos de la conexión paralelo, es deseable que el voltaje y lacapacidad de corriente de las pilas, sean en todas los mismos. Si seconecta una pila de tensión alta sobre otra de tensión baja, por estaúltima circulará corriente y puede dañarse. Generalmente este tipo deconexión solamente se usa cuando se quiere obtener una capacidad decorriente mayor que con una sola pila. Sin embargo hay casos en que elvoltaje y la capacidad de corriente sólo se pueden alcanzar por medio deeste tipo de conexión serie-paralelo. Cuando se realiza una conexión



serie-paralelo, se deben seguir las reglas de la polaridad: en circuitoserie, se conecta positivo con negativo; en circuitos paralelos, seconectan positivo con positivo y, negativo con negativo.

CONCLUSIONES Las baterías eléctricas son mecanismos que

proporcionan energía eléctrica a un objeto cualquiera,dentro de ellas se encuentra los acumuladores y laspilas. La diferencia más importante entre un acumulador



y una pila es, que el acumulador es una bateríarecargable y una pila es una batería no recargable.

Una pila es no recargable debido a que la reacciónquímica que se produce durante su uso es irreversible,

es decir que su vida dura todo lo que tarde endesgastarse. Un acumulador por el contrario es aquella que puede

recargarse, es decir puede reiniciar el proceso medianteel aporte de energía de una fuente exterior normalmenteun generador, por lo tanto este tiene la característica deretener cierta cantidad de energía en su interior paraemplearlo cuando lo necesite.

Una combinación serie-paralelo permite mayor voltajede salida como sucede en la conexión serie y aumenta lacapacidad de corriente simultáneamente por la conexiónen paralelo.



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acumuladores y pilas

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