MODULO 1 - LECCIÓN 3 : BATERIAS CONSTITUCION, USOS Y PRECAUCIONES

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 LECCIÓN 3 PARTE C 

                                                          BATERÍAS 


Una batería es una fuente de voltaje que utiliza la acción química para producir voltaje. En muchos casos el término batería se aplica a una sola celda, como la batería de la linterna. En el caso de una linterna que usa una batería de 1,5 voltios, la batería es de una sola celda. La linterna que funciona con 6 voltios utiliza cuatro celdas en una sola caja y esta es una batería compuesta por más de una celda. Hay tres formas de combinar celdas para formar una batería.

CELDAS COMBINADAS 

En muchos casos, un dispositivo alimentado por batería puede requerir más energía eléctrica de la que una celda puede proporcionar. El dispositivo puede requerir un voltaje más alto o más corriente y, en algunos casos, ambos. Bajo tales condiciones es necesario combinar, o interconectar, un número suficiente de celdas para cumplir con los requisitos. Las celdas conectadas en SERIE proporcionan un voltaje más alto, mientras que las celdas conectadas en PARALELO proporcionar una mayor capacidad de corriente. Para proporcionar la potencia adecuada cuando los requisitos tanto para el voltaje como la corriente son mayores que la capacidad de una celda, una combinación de red SERIE-PARALELO de celdas debe utilizarse.

Céldas conectadas en serie 

Suponga que una carga requiere una fuente de alimentación de 6 voltios y una capacidad de corriente de 1/8 amperios. Dado que una celda normalmente suministra un voltaje de solo 1,5 voltios, se necesita más de una celda. Para obtener el voltaje más alto, las celdas están conectadas en serie como se muestra en la figura 2-6


                                             


Figura 3-6 .— (A) Vista pictórica de celdas conectadas en serie; (B) Esquema de conexión en serie.

La figura 2-6 vista B es una representación esquemática del circuito que se muestra en la figura 2-6 vista A. La carga se muestra con el símbolo de resistencia y la batería se indica con una línea larga y una corta por celda.

En una conexión en serie, el electrodo negativo (cátodo) de la primera celda está conectado al positivo electrodo (ánodo) de la segunda celda, el electrodo negativo de la segunda al positivo de la tercera, etc.

El electrodo positivo de la primera celda y el electrodo negativo de la última celda sirven como terminales de la batería. De esta forma, el voltaje es de 1,5 voltios para cada celda de la línea serie. Hay cuatro celdas, por lo que el voltaje del terminal de salida es de 1,5 x 4 o 6 voltios. Cuando está conectado a la carga, 1/8 amperio fluye a través de la carga y cada celda de la batería. Esto está dentro de la capacidad de cada celda. Por lo tanto, solo se necesitan cuatro celdas conectadas en serie para suministrar esta carga en particular.

                                                            PRECAUCIÓN 

Cuando conecte celdas en serie, conecte terminales alternos juntos (- a +, - a +, etc.) Tenga siempre dos terminales restantes que se utilizan para la conexión de la carga solamente. No conecte los dos terminales restantes juntos, ya que es un corto a través de la batería y no solo descargaría rápidamente las celdas, sino que podría causar algunos tipos de células exploten.

Celdas conectadas en paralelo

En este caso, suponga que una carga eléctrica requiere solo 1,5 voltios, pero requerirá 1/2 amperio de corriente (Suponga que una sola celda suministrará solo 1/8 amperios). Para cumplir con este requisito, las celdas están conectadas en paralelo, como se muestra en la figura 2-7 vista A y representado esquemáticamente en 2-7 vista B. En una conexión en paralelo, todos los electrodos de celda positiva están conectados a una línea, y todos los electrodos negativos están conectados en la otra. No más de una celda está conectada entre las líneas en cualquier punto; entonces el voltaje entre líneas es el mismo que el de una celda, o 1,5 voltios. Sin embargo, cada celda puede contribuir con su corriente máxima permitida de 1/8 amperios a la línea. Hay cuatro celdas, por lo que la corriente total de la línea es 1/8 x 4 o 1/2 amperio. En este caso, cuatro celdas en paralelo tienen capacidad suficiente para suministrar una carga que requiere 1/2 amperio a 1,5 voltios.

Figura 3-7 .— (A) Vista pictórica de celdas conectadas en paralelo; (B) Esquema de conexión en paralelo.


Celdas conectadas en serie - paralelo

La figura 2-8 muestra una red de baterías que suministra energía a una carga que requiere tanto voltaje como corriente más de una celda puede proporcionar. Para proporcionar los 4,5 voltios necesarios, se utilizan grupos de tres celdas de 1,5 voltios conectados en serie. Para proporcionar el 1/2 amperio de corriente requerido, cuatro grupos en serie están conectados en paralelo, cada uno suministra 1/8 amperios de corriente.


                          Figura 3-8. — Esquema de celdas conectadas en serie-paralelo.


Las conexiones que se muestran se han utilizado para ilustrar los diversos métodos de combinar celdas para formar una batería. Los circuitos en serie, en paralelo y en serie-paralelo se tratarán en detalle en la próxima lección, "Corriente Directa".

Algunas baterías están hechas de celdas primarias. Cuando una batería de celda primaria está completamente descargada, se debe reemplazar toda la batería. Porque no hay nada más que se pueda hacer a las baterías de celdas primarias, el resto de la discusión sobre baterías se referirá a baterías hechas de celdas secundarias.

P25. ¿A qué se refiere normalmente el término batería?
P26. ¿Cuáles son las tres formas de combinar celdas y para qué se utiliza cada una?

CONSTRUCCION DE LA BATERIA

Las baterías de celda secundaria se construyen utilizando las diversas celdas secundarias ya descritas. La batería de plomo-ácido es una de las baterías más comunes en uso en la actualidad y se utilizará para explicar la construcción de la batería. La batería de níquel-cadmio se utiliza cada vez con mayor frecuencia y también se analizara.

La figura 2-9 muestra la composición de una batería de plomo-ácido. El contenedor alberga las celdas separadas. La mayoría de recipientes son de goma dura, plástico o algún otro material resistente al electrolito y choque mecánico y soportará temperaturas extremas. El contenedor (caja de la batería) se ventila a través tapones de ventilación para permitir que los gases que se forman dentro de las celdas escapen. Las placas de la batería son los cátodos y ánodos que se discutieron anteriormente. En la figura 2-10, el grupo de placas negativas es el cátodo de las células individuales y el grupo de placas positivas es el ánodo. Como se muestra en la figura, las placas están entrelazadas con un terminal adjunto a cada grupo de placas. Los terminales de las celdas individuales están conectados juntos mediante conectores de enlace como se muestra en la figura 2-9. Las celdas están conectadas en serie en la batería y el terminal positivo de una celda terminal se convierte en el extremo positivo de la batería. El terminal negativo de la celda del extremo opuesto se convierte en el terminal negativo de la batería.


Figura 3-9. — Construcción de la batería de plomo-ácido


                       Figura 3-10. — Disposición de la placa de la batería de plomo-ácido.

Los terminales de una batería de plomo-ácido generalmente se identifican entre sí por su tamaño y marcas. El terminal positivo, marcado (+) a veces es de color rojo y es físicamente más grande que el terminal negativo, marcado (-) .
Las celdas individuales de la batería de plomo-ácido no son reemplazables, por lo que en caso de que una celda falle, la batería debe ser reemplazada.

La batería de níquel-cadmio es similar en construcción a la batería de plomo-ácido con la excepción de que tiene celdas individuales que pueden ser reemplazadas. La celda de la batería nicad se muestra en la figura 3-11.

Figura 3-11. — Celda de níquel-cadmio.

La construcción de las baterías de celda secundaria es tan similar, que es difícil distinguir el tipo de batería con solo mirarla. Se debe conocer el tipo de batería para comprobar o recargar correctamente la batería. Cada batería debe tener una placa de identificación que proporcione una descripción de su tipo y características.

P27. Aparte del tipo de celda utilizada, ¿cuál es la principal diferencia entre la construcción de la batería de plomo y la de nicad?

P28. ¿Cómo se determina más fácilmente el tipo de batería?

MANTENIMIENTO DE LA BATERIA

La siguiente información se refiere al mantenimiento de baterías de celda secundaria y es de carácter general. Debe consultar los manuales técnicos apropiados para el tipo específico de batería antes de realizar el mantenimiento de cualquier batería.

Gravedad específica

Para que una batería funcione correctamente, su electrolito (agua más ingrediente activo) debe contener un cierto cantidad de ingrediente activo. Dado que el ingrediente activo se disuelve en el agua, la cantidad de ingrediente activo  no se puede medir directamente. Una forma indirecta de determinar si el electrolito contiene la cantidad adecuada de ingrediente activo es medir la gravedad específica del electrolito. La gravedad  Específica es la relación entre el peso de una cierta cantidad de una sustancia dada y el peso de la misma cantidad de agua pura. La gravedad específica del agua pura es 1.0.  Cualquier sustancia que flote tiene un gravedad específica inferior a 1.0. Cualquier sustancia que se hunda tiene una gravedad específica superior a 1.0.

 El ingrediente activo del electrolito (ácido sulfúrico, hidróxido de potasio, etc.) es más pesado que el agua. Por lo tanto, el electrolito tiene una gravedad específica mayor que 1.0. El rango aceptable de gravedad específica para una batería determinada es proporcionado por el fabricante de la batería. Para medir la gravedad específica de una batería, utilice un instrumento llamado HIDRÓMETRO.

El hidrómetro

Un hidrómetro, que se muestra en la figura 2-12, es una jeringa de vidrio con un flotador en su interior. El flotador es un tubo hueco sellado en ambos extremos y pesado en el extremo inferior, con una escala calibrada en gravedad específica marcada en su lado. Para probar un electrolito, introdúzcalo en el  hidrómetro con la pera de succión. Absorba suficiente electrolito en el hidrómetro para hacer subir el flotador. No extraiga tanto electrolito que el el flotador suba al bulbo de succión. El flotador se elevará a un punto determinado por la gravedad específica del electrólito. Si el electrolito contiene una gran cantidad de ingrediente activo, su gravedad específica será relativamente alta. El flotador se elevará más alto de lo que lo haría si el electrolito contuviera solo una pequeña cantidad de ingrediente activo.


Figura 3-12. — Hidrómetro.


Otros mantenimientos

El mantenimiento de rutina de una batería es muy sencillo. Los terminales deben revisarse periódicamente para verificar su limpieza y buena conexión eléctrica. Se debe inspeccionar la caja de la batería para verificar su limpieza y evidencia de daños. Debe comprobarse el nivel de electrolito y, si el electrolito es bajo, agua destilada se debe agregar agua para llevar el electrolito al nivel adecuado.

Precauciones de seguridad con baterías

Todos los tipos de baterías deben manipularse con cuidado:

1. NUNCA CORTCIRCUITE LOS TERMINALES DE UNA BATERÍA.

2. SE DEBEN UTILIZAR CORREAS DE TRANSPORTE AL TRANSPORTAR LAS BATERÍAS. 

3. ROPA DE PROTECCIÓN, COMO DELANTAL DE GOMA, GUANTES DE GOMA Y UN PROTECTOR FACIAL SE DEBE UTILIZAR UN AL ​​TRABAJAR CON BATERÍAS. 

4. NO SE DEBE PERMITIR FUMAR, CHISPAS ELÉCTRICAS O LLAMAS ABIERTAS CERCA DE BATERÍAS CARGANDO. 

5. SE DEBE TENER CUIDADO PARA EVITAR EL DERRAME DEL ELECTROLITO.

En caso de que el electrolito se salpique o se derrame sobre una superficie, como el piso o la mesa, debe ser diluido con abundante agua y limpiado inmediatamente.

Si el electrolito se derrama o salpica sobre la piel o los ojos, enjuague INMEDIATAMENTE la piel o los ojos con grandes cantidades de agua dulce durante un mínimo de 15 minutos. Si el electrolito está en los ojos, asegúrese los párpados superior e inferior se  halado lo suficiente para permitir que el agua dulce fluya por debajo de los párpados.

El departamento médico debe ser notificado lo antes posible e informado del tipo de electrolito y el lugar del accidente.

CAPACIDAD Y CLASIFICACIÓN DE LAS BATERÍAS

La CAPACIDAD de una batería se mide en amperios-hora. La capacidad de amperios-hora es igual al producto de la corriente en amperios y el tiempo en horas durante el cual la batería suministrará esta corriente.

La capacidad de amperios-hora varía inversamente con la corriente de descarga. Por ejemplo, una batería de 400 amperios-hora entregará 400 amperios durante 1 hora o 100 amperios durante 4 horas.

Las baterías de almacenamiento se CLASIFICAN de acuerdo con su tasa de descarga y su capacidad en amperios-hora. La mayoría de las baterías están clasificadas de acuerdo con una tasa de descarga de 20 horas. Es decir, si una batería completamente cargada es completamente descargada durante un período de 20 horas, se descarga a la tasa de 20 horas. Por lo tanto, si una batería puede suministrar 20 amperios continuamente durante 20 horas, la batería tiene una capacidad nominal de 20 amperios x 20 horas, o 400 amperios-hora. Por lo tanto, la clasificación de 20 horas es igual a la corriente promedio que una batería es capaz de suministrar ininterrumpidamente durante un intervalo de 20 horas. (Nota: las baterías de las aeronaves se clasifican según una tasa de descarga de 1 hora).

 Todas las baterías estándar ofrecen el 100 por ciento de su capacidad disponible si se descargan en 20 horas o más, pero entregarán menos de su capacidad disponible si se descargan a un ritmo más rápido. Cuanto más rápido ellas se descargan, menor capacidad amperios-hora tienen.

El límite de bajo voltaje, según lo especificado por el fabricante, es el límite más allá del cual muy poca energía útil se puede obtener de una batería. Este límite de bajo voltaje es normalmente una prueba que se usa en los talleres de baterías para determinar el estado de una batería.

P31. ¿Cuándo deben observarse las precauciones de seguridad relativas a las baterías?

P32. ¿Cuánto tiempo debe una batería de 200 amperios-hora poder entregar 5 amperios?

 CARGANDO LA BATERIA

Cabe recordar que agregar el ingrediente activo al electrolito de una batería descargada

no recarga la batería. Agregar el ingrediente activo solo aumenta la gravedad específica del

electrolito y no convierte las placas de nuevo en material activo, por lo que no devuelve la batería a una condición cargada. Debe pasar una corriente de carga a través de la batería para recargarla.

Las baterías generalmente se cargan en tiendas de baterías. Cada tienda tendrá procedimientos de carga específicos para los tipos de baterías que se van a cargar. La siguiente discusión le presentará los tipos de carga de batería.

 Se pueden aplicar los siguientes tipos de cargas a una batería de almacenamiento, según la condición de la batería:

 1. Carga inicial

2. Carga normal

3. Carga de compensación

4. Carga flotante

5. Carga rápida


Carga inicial

 Cuando una batería nueva se envía seca, las placas están descargadas. Después de que el electrolitose ha agregado, es necesario cargar la batería. Esto se logra dando a la batería una carga inicial larga y baja. La carga se da de acuerdo con las instrucciones del fabricante, que son enviadas con cada batería.

 Carga normal

 Una carga normal es una carga de rutina que se da de acuerdo con los datos de la placa de identificación durante el ciclo ordinario de funcionamiento para restaurar la batería a su estado de carga.

 Carga de compensación

 Una carga de compensación es una carga normal extendida especial que se aplica periódicamente a las baterías como parte de una rutina de mantenimiento. Asegura que todo el sulfato salga de las placas y que todas las células se restauran a una gravedad específica máxima. La carga de compensación se continúa hasta que la gravedad específica de todas las celdas, corregidas por temperatura, no muestran cambios durante un período de 4 horas.

Carga flotante

 En una carga flotante, la tasa de carga está determinada por el voltaje de la batería más que por un de corriente definido. La carga flotante se utiliza para mantener una batería a plena carga mientras la batería está inactiva o en trabajo ligero. A veces se denomina carga lenta y se realiza con baja corriente.

 Carga rápida

 Se utiliza una carga rápida cuando una batería debe recargarse en el menor tiempo posible. La carga comienza a una velocidad mucho más alta que la que se usa normalmente para cargar. Debe usarse solo en caso de emergencia, ya que este tipo de carga puede ser perjudicial para la batería.

 Tasa de carga

 Normalmente, la velocidad de carga de las baterías de almacenamiento se indica en la placa de identificación de la batería. Si el equipo de carga disponible no tiene los promedios de carga deseados, los promedios disponibles más cercanos deben ser usados. Sin embargo, la tasa nunca debe ser tan alta que los gaseamientos violentos (explicados más adelante en este texto) ocurran.

 Tiempo de carga

 La carga debe continuar hasta que la batería esté completamente cargada. Lecturas frecuentes de gravedad específica debe tomarse durante la carga y compararse con la lectura tomada antes de colocar la batería cargar.

 Gaseamiento

 Cuando se carga una batería, una parte de la energía descompone el agua del electrolito.

Se libera hidrógeno en las placas negativas y oxígeno en las placas positivas. Estos gases burbujean a través del electrolito y se acumulan en el espacio de aire en la parte superior de la celda. Si se producen gaseamientos violentos cuando la batería se pone a cargar, la velocidad de carga es demasiado alta. Si la tasa no es demasiado alta, un gaseo constante se desarrolla a medida que avanza la carga, lo que indica que la batería se acerca a una condición de carga completa.

ADVERTENCIA

Una mezcla de hidrógeno y aire puede ser peligrosamente explosiva. No fumar, no se deben permitir chispas eléctricas o llamas abiertas cerca de las baterías en carga.


P33. ¿Se puede recargar una batería agregando más electrolito?
P34. Si se produce una formación de gases violenta durante la carga de la batería, ¿qué medidas se deben tomar?