BATERÍAS.

Capítulo 1: ¿Qué es una batería o pila ? 

Esencialmente, una batería es un recipiente de químicos que transmite electrones. Es una maquina electro-química, o sea, una maquina que crea electricidad a través de reacciones químicas.

Las baterías tienen dos polos, uno positivo(+) y otro negativo(-). Los electrones (de carga negativa) corren del polo negativo hacia el polo positivo, o sea, son recogidos por el polo positivo. A no ser que los electrones corran del polo negativo hacia el polo positivo, la reacción química no ocurre. Esto significa que la electricidad solo es generada cuando se le liga una carga.

            La unidad básica de este sistema se denomina celda o elemento, reservando el nombre de batería a la unión de dos o más celdas conectadas en serie, paralelo o ambas formas, para conseguir la capacidad y tensión deseadas.

 

            La celda está constituida por los siguientes componentes básicos:

 

-          Electrodos.

-          Electrolito.

-          Separadores.

-          Elemento.

 

Las primeras baterías.

La primera batería fue creada en 1800 por Alessandro Volta. Para tal, Volta construyó una pila con camadas alternadas de Zinc, cartulina embebida en agua salada y plata. Este conjunto quedó conocido como la «pila voltaica».

En el siglo XIX, antes de la invención del generador eléctrico (que no fue perfeccionado antes de 1870), la célula Daniell era muy usada. La célula Daniell usaba líquidos como electrólitos (era una pila mojada), y usaba placas de cobre e zinc. Las pilas modernas son generalmente pilas secas (usan sólidos como electrólitos) y pueden basarse en una gama muy variada de químicos.

Existen tres tipos comunes de baterías: las NiCd, las NiMH y las de Lítio.

 

NiCd.

Las baterías de Níquel y Cadmio (NiCd) son unas de las baterías más comunes en el mercado. En estas baterías, el polo positivo y el polo negativo se encuentran en el mismo recipiente, el polo positivo es cubierto con hidróxido de Níquel y el polo negativo es cubierto de material sensible al Cadmio. Son ambos aislados por un separador.

Las baterías NiCd van perdiendo su tiempo de vida. De cada vez que son recargadas el período entre los cargamentos se van envejeciendo. El voltaje del NiCd tiende a caer abruptamente, quedando descargadas de un momento para otro después de un período considerable de utilización.

NiMH.

Las baterías de Níquel metal hídrido (NiMH), que usan Hidrógeno en su proceso de producción de energía, han nacido en los años 70 de las manos del químico Standford Ovshinsky, pero solo recientemente fueron redescubiertas para los teléfonos móviles. La inusual tecnología de las NiMH permite el almacenamiento de mucho más energía. Típicamente, consigue almacenar alrededor de 30% más energía que una NiCd de idéntico tamaño, aunque algunos digan que este número está subestimado. Es-tas baterías tampoco usan metales tóxicos, por lo que se consideran amigas del ambiente. Muchas de estas baterías son hechas con metales como el Titanio, el Zirconio, el Vanadio, el Níquel y el Cromo, y algunas empresas japonesas han experimentado, incluso, otros metales como el raro Lantano. Este detalle torna las baterías NiMH mucho más caras que las NiCd.

Litio.

Las baterías basándose en iones de Litio son las baterías más recientes en el mercado de los teléfonos móviles. Consiguen un almacenamiento muy superior de energía, aumentando considerablemente el tiempo de acción del teléfono móvil. Son también muy leves, pesando cerca de la mitad de una NiCd equivalente.

A pesar del precio elevado las ventajas de las baterías de Litio las han popularizado y han hecho que se tornen equipos de serie para muchos modelos de teléfonos móviles.

 

Capítulo 2: Pila-batería.

Ya que se habla de pilas y baterías, los términos correctos son:

·         Pilas: son las no recargables.

·         Baterías: son las recargables, con generalidad de níquel-cadmio (NiCd). Con dichas baterías construiremos paquetes, soldando las baterías en serie (positivo con negativo) e introduciéndolas en funda termo-retráctil transparente. Puede que el paquete nos venga ya construido, pero en todo caso podemos ver aquí diversas formas de hacer el paquete.

 

Capítulo 3: Capacidad de una batería.

            La capacidad de una celda es la cantidad total de electricidad producida en la reacción electroquímica y se define en unidades de coulombs (C) o amperios-hora (Ah). En el caso de las baterías la unidad de capacidad se mide en Ah.

 

            La capacidad es determinada por la masa activa de los electrodos y está determinada por la ley de Faraday: Un  equivalente-gramo de material produce 96500 C o 26,8 Ah.

 

            Se define capacidad teórica al valor:

 

                                   Ct= x n F

 

x= Número de moles que intervienen en la reacción completa de  

     descarga.

            n= Número de electrones que intervienen en la reacción.

            F= Número de Fadaray (96500 C).

 

            La capacidad real (Cr), valor obtenido en la práctica, es inferior a la capacidad  teórica debido a que la utilización de los materiales activos nunca es del 100%.

 

            La capacidad se mide en la práctica descargando la celda a una intensidad hasta alcanzar un valor especificado de la tensión en bornes (tensión de corte).

 

El valor de la capacidad es el producto de la intensidad de descarga ( A) por la duración de la descarga (horas).

 

            También es ampliamente usado en la comparación de los diferentes sistemas el   término capacidad  específica, que es el valor de la capacidad dividida por el peso de  la celda y se mide en Ah/kg.

La capacidad de la batería se mide en mAh (miliamperios-hora) o AH (amperios-hora). Un elemento de 2 AH puede estar, idealmente y si se carga plenamente, 2 horas suministrando 1 amperio, ó 4 horas suministran-do 0.5 amperios.

Los principales tamaños en baterías de NiCd son:

 

Ancho (mm)

Alto (mm)

Capacidad (mAh)

AAA (50)

10

15

50

AAA (110)

14

16,5

110

N (150)

11,5

28,5

150

AAA (200)

10

43,5

200

AE (225)

16,5

16,5

225

AA (270)

14

29,5

270

AE (600)

16,5

28

600

AA (600)

14

49,5

600

SC (650)

22

26

650

AAE (750)

14

49,5

750

AE (1000)

16,5

42

1000

AE (1200)

16,5

48,5

1200

SC (1300)

22

42

1300

C (2000)

25

49

2000

D (4400)

32

60

4400

F (7000)

32

90

7000

Las tamaños usuales son:

·         AA en capacidades entre 500 y 1200 mAH, para emisoras y receptores.

·         SC en capacidades entre 1300 y 2000 mAH para tracción en eléctricos.

·         C, D y E en chispómetros.

Aparte de la tracción por baterías en coches escala 1/1, la tracción en coches eléctricos es, junto con los ordenadores personales, las cámaras de vídeo y los teléfonos móviles, uno de los campos que suponen mayor de-manda para las baterías de NiCd, que llegan a ser muy especiales. En los otros campos se utilizan otros tipos de baterías recargables (níquel-hidruro de metal (NiMH), ión-litio, etc), con más capacidad por volumen, pero estas tecnologías no tienen los requisitos suficientes para ser usadas an automodelismo, particularmente en tracción (NiMH puede ser aceptable). Por contra, las baterías de NiCd sufren el "efecto memoria".

 

Capítulo 4: Curva característica de descarga.

En general, la tensión de un elemento varía entre:

·         1.4V a plena carga, lo que sirve en carga para detectar su fin.

·         Baja rápidamente a 1.2V tras iniciar su descarga.

·         Se mantiene a 1.2V durante su descarga.

·         Al alcanzar la descarga, su tensión cae rápidamente.

 

Capítulo 5: Características eléctricas.

Las baterías de NiCd tienen características eléctricas interesantes:

 

Capítulo 6: Formas de cargas.

Los ciclos carga / descarga definen la vida funcional de las baterías. A medida que una batería es recargada y descargada, su capacidad sufre alteraciones y trás un cierto número de ciclos, la batería pierde la validad y no consigue completar con suceso las reacciones químicas.

Una batería NiMH normal se gasta al final de 400 a 700 ciclos, en cuanto que una NiCd, si bien utilizada, puede durar varios millares de ciclos. General Electric testó baterías NiCd para los satélites y consiguió baterías capaces de trabajar durante 17 años y 70 000 ciclos. No obstante, las baterías NiCd para teléfonos móviles no llegan cerca de estos valores, ya que la concentración de los productos químicos para que adquieran grandes capacidades de energía lleva a la disminución dramática de los ciclos, que pueden reducirse a algunas centenas.

En cuanto a las baterías de Litio, duran entre 150 y 300 ciclos.

Por otro lado, las recargas de las baterías NiMH y Litio tardan mucho más tiempo que las de las baterías NiCd.

La carga puede ser:

 

Los valores que hay que tener en cuenta para la carga son:

 

-          Tensión de gaseo: .............................. 1,65 v/celda.

-          Tensión de igualación: ....................... 1,75 v/celda.

-          Coeficiente de carga............................ 1,3.

-          Tensión de flotación............................ 1,38 v/celda.

-          Corrección V de carga con la T............ –4 mv/ºC.

 

 

Asimismo, la forma de onda de la corriente de carga puede ser:

·         Constante.

·         Pulsante.

·         Pulsante con descarga.

Detección del fin de la carga:

Puede hacerse por:

Exceso de Carga.

La carga en exceso puede también ser prejudicial. Las baterías deben ser cargadas apenas lo necesario, especialmente las baterías de NiMH. Una carga de una noche cuando apenas algunas horas bastarían, puede perjudicar considerablemente la vida de una batería. Según Jerry Wiles, de Batteries Plus, «hay más baterías estropeadas por exceso de carga que por abusos de otro orden».

Auto-descarga.

Las baterías sufren también de un efecto de auto-descarga, o sea, pierden alguna energía cuando no son utilizadas.

Por lo general, las baterías no consiguen mantener toda la energía que con-tienen. Una batería de NiCd puede perder cerca de 10% de la energía en las primeras 24 horas (aunque continúe a perder apenas 10% por mes), y las baterías de NiMH tienen una tasa de auto-descarga todavía mayor, debido a los átomos de Hidrógeno en fuga. Si la auto-descarga es muy alta la batería puede estar danificada. Uno de los problemas puede ser un separador danificado, lo que es irreparable. Normalmente, una batería con una tasa de auto-descarga superior a 30% al día deberá ser reciclada.

 

Capítulo 7: Recomendaciones generales de uso de baterías NiCd.

 

  • Utilizar sólo elementos con lengüeta, que nos facilitarán su soldadura.
  • No cortocircuitar: el exceso de corriente las daña.
  • Sólo utilizar paquetes sólidos y bien sujetos al coche.
  • No sobrecargar: un elemento no puede admitir más carga que aquélla para la que ha sido diseñado. El exceso se transformará en calor. En sobrecarga se produce oxígeno, que puede hacer que se abra una válvula de seguridad en el elemento y se pierda; si esto ocurre frecuentemente, el elemento perderá rendimiento. El oxígeno que permanece internamente puede ser recombinado tras un proceso lento (que explica, por ejemplo, el que el elemento se enfríe lentamente tras una sobrecarga).
  • Evitar su calentamiento. La sobrecarga calentará el elemento, lo que puede dañar sus componentes internos. Además, un elemento caliente no admite toda su carga. Por tanto, un paquete recién utilizado en carrera, y por tanto caliente, debe ser enfriado antes de cargarlo (puede utilizarse hielo o un ventilador), aunque un exceso de frío no es recomendable pues la resistencia interna del elemento sube considerablemente.
  • Controlar el fin del proceso de carga, a ser posible haciéndolo en frío (hielo o ventilador).
  • No sobredescargar.
  • Usar sólo elementos iguales entre sí en el paquete. Si un elemento se descarga antes que los demás, éstos continuarán forzando el paso de corriente, lo que produce una sobredescarga del elemento, que de hecho hace que el elemento invierta su tensión (polarización inversa) y puede destruirse fácilmente. En sobredescarga se desprende hidrógeno, pero éste no se recombina; sólo se libera en caso de apertura de válvula.

  • Almacenar descargadas. La descarga del paquete debe evitar la polarización inversa, lo que puede hacerse por:
    • Descarga individual.
    • Controlando la tensión total del paquete. Muchos cargadores incluyen función de descarga programable, tal como cortarla a una determinada tensión por elemento. Por ejemplo, si se programa el corte a 1V por elemento en un paquete de 6 elementos, con seguridad ningún elemento llegará a polarización inversa.

 

Capítulo 8: Efecto memoria.

El efecto de memoria es famoso por su inconveniencia. En las bate-rías de NiCd los procesos de carga deben ser realizados con cuidado. Típicamente, si la batería es recargada aún conteniendo 30% de carga, pasará a conseguir usar apenas los restantes 70% de capacidad. Si es recarga-da con 60%, la capacidad queda reducida a 40%. ¿Por qué sucede esto?

En una batería de NiCd, los elementos activos, Níquel y Cadmio, existen en forma de cristales. Cuando las baterías son recargadas antes de descargadas totalmente, ocurre el efecto de memoria y los cristales crecen y se acumulan en formaciones, haciendo que la batería pierda gradualmente su capacidad. Rigurosamente no es el efecto de memoria (que vuelve los cristales mayores), pero sí el efecto de cristalización (que produce acumulaciones de cristales) el verdadero problema de las baterías. En estado de degradación adelantados, las formaciones de cristales pueden hasta romper el separador aislante provocando niveles altos de auto-descarga o un corto-circuito.

En realidad, el problema no es tan preocupante. No es necesaria una disciplina férrea y solo recargar la batería cuando está totalmente descarga-da. Normalmente, basta que la primera carga sea longa (alrededor de 15 horas) y que la batería sea entonces completamente descargada. Después debe recargarse la batería totalmente por lo menos una vez por semana. Esta operación deberá bastar para mantener los cristales en actividad y no permitirles crear formaciones.

Las baterías de NiMH y de Litio no tienen problemas de cristalización, luego, no sufren con el efecto de memoria.

Se presenta en baterías de NiCd, y no en otras. Se manifiesta de tres formas:

La recomendación general para evitar el efecto memoria es la descarga completa de las baterías. Lo ideal sería una descarga individual de cada elemento, sólo factible si en el paquete se han previsto accesos a los polos de todos ellos; en este caso, cada elemento podría descargarse con una resistencia, y se evitaría la polarización inversa en todos ellos. Si no es así, debemos limitar el fin de la descarga cuando la tensión total haya bajado suficientemente (tal como a 1.1V por elemento). Existen descargadores especiales que realizan esta función, o incluso es programable la tensión a la que se interrumpe la descarga.

Nótese que en baterías de NiMH no se produce efecto memoria. No obstante, cada fabricante puede tener su propia recomendación sobre si conviene o no dejarlas cargadas, parcialmente cargadas o descargadas tras su uso; una recomendación con carácter general para NiMH es almacenar-las con algo de carga.

 

Capítulo 9: Baterías usadas para tracción de coches eléctricos.

Las baterías usadas para tracción en automodelismo requieren un estudio aparte. En la práctica, sólo hay un fabricante (Sanyo), aunque Panasonic ha intentado suministrar elementos (baterías moradas). Sanyo selecciona los elementos que cumplen los requisitos para ser usados en tracción, y los que no cumplen se destinan a otros campos donde el uso es más convencional. Los paquetes son generalmente de 6 baterías en serie (agrupadas de tres en tres o juntas), lo que da una tensión total nominal de 7.2V (8.4V a plena carga), siendo las carreras a 5 minutos más última vuelta. En eléctricos pista escala 1/12 los paquetes son de cuatro baterías con 4.8V de tensión nominal, y las carreras son a 8 minutos más última vuelta. El tamaño de estos elementos es Sub-C, por lo que en la denominación convencional de estas baterías aparece "SC". Asimismo, el color del elemento indica las prestaciones teóricas del mismo.

Los tipos principales son:

·         SCR: rojas, 1400 mAH, voltaje de descarga alto, baja resistencia ("R"), sólidas (admiten muchos ciclos carga/descarga).

·         SCE: amarillas, 1700 mAH, mayor capacidad ("E" de energía), mayor resistencia interna, delicadas en cuanto a la carga/descarga (requieren un considerable tiempo de reposo antes de cargar nuevamente. En desuso.

·         SCRC: negras, síntesis de SCR y SCE (baja resistencia de las SCR y alta capacidad y solidez de las SCE). "RC" significa adecuadas para radio-control.

·         SCRC-SP: "special production", serie especial posterior a las SCRC.

·         SCRC-2000: azul claro, 2000 mAH. Aparecieron hacia 1997 y se homologaron para competición poco después.

En los elementos que veamos seleccionados para competición de alto nivel, veremos por ejemplo indicados en etiqueta los segundos que dura con descarga a 20A, y corte a 0.9V, que debe superar la duración de una manga (5 minutos). Otras veces se parametriza a descarga de 25 ó 30A y corte a 0.85 ó 0.80V. Existen cargadores especializados tipo ordenador, donde los paquetes se pueden cargar óptimamente y comprobar si en des-carga se siguen cumpliendo las características del elemento.

Los ensambladores de paquetes destinados a tracción en automodelismo seleccionan y aparean elementos, produciendo paquetes destinados a competición de alto nivel. Además, someten los elementos a ciclos de carga/descarga (normalmente cinco, descargando individualmente los elementos a 20A ó 30A según el ensamblador). Este ciclado asegura que los elementos "débiles" quedan apartados, particularmente con descargas a 30A. Incluso algunos ensambladores caracterizan los paquetes para todo terreno (mayor tensión media de descarga) o pista (mayor capacidad). Con todo ello, se explica la diferencia de precio de paquetes de baterías.

Los paquetes deben hacerse con funda termo-retráctil transparente de modo que podamos ver el elemento. Las lengüetas que unen en serie los elementos son asimismo especiales y de gran solidez, y son piezas separa-das de la batería, soldadas con estaño. Puede preverse agujeros en el termo-retráctil para la descarga individual de los elementos. Y dado que las pletinas de conexión de elementos son muy sólidas, se suele prescindir de la funda termo-retráctil si el paquete es en dos partes (3+3).

Modernamente, existen elementos NiMH-3000 (níquel-hidruro de metal, 3000 mAH) que se empiezan a probar para tracción en automodelismo. Su mayor resistencia interna hace difícil, por ahora, que puedan sustituir a los de NiCd. Las baterías de NiMH son más delicadas para cargar; por ejemplo, si la carga lenta en NiCd es como muy baja C/10, en NiMH es de C/40, y de hecho en muchos cargadores se avisa "sólo NiCd".

Como se ha dicho, y si se las carga adecuadamente, las baterías de NiMH en formato AA y otros tienen aplicación en emisoras y receptores, por su mayor capacidad a igual volumen. La tensión de salida de elementos NiMH es equivalente a la obtenida con NiCd. La elevación de tensión indicada en NiCd también se produce en NiMH. El "efecto memoria" de los elementos de NiCd no se manifiesta en NiMH.

Una importante evolución a partir del año 2001 relacionada con las baterías es la aparición de los motores eléctricos de corriente continua sin colector, específicos de radiocontrol, que por su superior rendimiento al prescindir del colector darán lugar a un aumento de prestaciones y mayor autonomía en las baterías.

 

 

Capítulo 10: Comprobaciones.

Existen multitud de accesorios  para carga, descarga y comprobación de baterías, algunos muy sofisticados. El más elemental es el voltímetro de continua. Los principales parámetros que nos informarán sobre el estado de la batería son:

·         Tensión: como se ha dicho, 1.2V (generalmente 1.4V a tope de carga). La tensión del paquete será 5 (receptor), 6 (tracción) u 8 veces superior (emisora), es decir, 5-7V, 7.2-8.4V ó 9.6-11.2V, según el caso.

·         Capacidad: 500 mAH a 3 AH, según tipo. En baterías para tracción, se deben comprobar los segundos que mantiene tensión en condiciones de descarga determinadas, equivalentes a condiciones de carrera.

·         Resistencia interna, importante en tracción. Se nota que un elemento envejece cuando aumenta su resistencia interna. Para estimar si ha aumentado la resistencia interna, podemos medir la tensión en bornes de batería haciendo girar el motor en vacío, y compararla con la de un paquete en buen estado, o mejor utilizar una resistencia de potencia:

·         Supongamos un paquete de 6 elementos (7.2V) para tracción, que vamos a probar sobre una resistencia de 0.5 ohm. La corriente será de 14.4A, cercana a condiciones de carrera.

·         La potencia de la resistencia debe ser de al menos V2/R = 103.68W. Podemos sustituirla por 6 resistencias de 3 ohm y 20W en paralelo, 10 resistencias de 5 ohm/15W, etc. Las resistencias deben soldarse firmemente.

·         Si en vacío la tensión es 7.2V y en carga sobre dicha resistencia fuera de 6V, habrá 1.2V de caída en la resistencia interna del paquete. Como hay 6V sobre la resistencia externa, la resistencia interna será 1.2*0.5/6 = 0.1 ohm.

·         En todo caso, podemos comparar la tensión sobre la resistencia en un paquete en buen estado.

·         Si consideramos que la resistencia interna ha aumentado excesivamente, podemos deshacer el paquete y medir individualmente las tensiones en descarga de los elementos, pues es posible que sea sólo uno de ellos el que presente dicho aumento de resistencia. Si ello es así, sustituiremos dicho elemento aprovechando el resto del paquete.

·         Nótese que podemos utilizar esa misma resistencia para comprobar los reguladores electrónicos de velocidad. A plena aceleración podemos estimar la caída en el regulador restando la tensión del paquete de baterías y la medida en la resistencia.

·         Tensión media de descarga en condiciones de carrera, importante en tracción. Este parámetro es importante, pues mide la adecuación para carrera, aunque requiere cargador/descargador tipo ordenador para su medida. No es lo mismo en carrera tener una tensión media de 1.15V que tener 1V.

Las baterías usadas en tracción, cuando se acaba su vida, lo van a manifestar por pérdida de prestaciones, o dificultad de carga (la elevación de tensión debida al aumento de resistencia interna confundirá al detector de pico de un cargador "delta peak", y la carga terminará antes de tiempo). Hay otros casos que pueden ocurrir, tal como el fin de un elemento, lo que se manifestará en la tensión total del paquete, que lógicamente será 1.2V inferior a su valor nominal. Sin embargo, un caso peligroso es la pérdida de capacidad, que puede dar lugar, por ejemplo en el paquete del receptor, a que empecemos una carrera normalmente, y notemos al cabo del tiempo que los servos no reaccionan con la rapidez esperada: un elemento se ha descargado, y la tensión del paquete ha bajado de 6V a 4.8V. Si el paquete por accidente ha sufrido un cortocircuito, debemos asimismo comprobarlo. Si carecemos de cargador/descargador tipo ordenador, podemos hacer una comprobación de la curva de descarga como sigue:

·         Se hace una carga completa (si es preciso, tras descarga, sometiendo al paquete a carga lenta).

·         Se inicia la descarga a través de una resistencia de valor tal que aquélla deba durar unas dos horas (aproximado al de la tabla).

 

Paquete de 5 elementos (6V, receptor)

Paquete de 6 elementos (7.2V, tracción)

Paquete de 8 elementos (9.6V, emisora)

Capacidad
(mAH)

Resistencia (ohm, 2 h)

Potencia mínima
(W)

Capacidad
(mAH)

Resistencia
(ohm, 2 h)

Potencia mínima
(W)

Capacidad
(mAH)

Resistencia
(ohm, 2 h)

Potencia mínima
(W)

500

24,00

1,5

1700

8,47

6,12

500

38,40

2,4

600

20,00

1,8

1800

8,00

6,48

600

32,00

2,88

700

17,14

2,1

1900

7,58

6,84

700

27,43

3,36

800

15,00

2,4

2000

7,20

7,2

800

24,00

3,84

900

13,33

2,7

2100

6,86

7,56

900

21,33

4,32

1000

12,00

3

2200

6,55

7,92

1000

19,20

4,8

 

·         Se toman lecturas de tensión cada 5-10 minutos (para no olvidarse, se recomienda usar el cronómetro decreciente mencionado en este truco). Se observa si la descarga se parece a la gráfica, o si hay un descenso brusco. Asimismo, a las dos horas debe aún medirse la tensión nominal del paquete. No conviene excederse en la descarga, pues algún elemento puede sufrir polarización inversa y destruirse; podemos, por ejemplo, dejar de descargar cuando la tensión total sea el número de elementos por 1.1V (respectivamente, 5.5V, 6.6V ó 9.9V).

Nótese que, asimismo, con una simple resistencia podemos construir cargadores simples, conectados a una batería de 12V o a un cargador de baterías, cuyo valor calcularemos con la ley de Ohm (I=V/R), y cuya potencia de disipación mínima será R*I2. Supongamos que tenemos un chispómetro con batería de NiCd de 4Ah, que queremos cargar a C/3 desde una batería de 12V:

·         La corriente será C/3 = 4/3 = 1.33A.

·         La tensión del elemento será 1.2V, por lo que la resistencia debe ser (12 - 1.2)/1.33 = 8.1 ohm. El valor más próximo superior disponible fácilmente será 8.2 ohm.

·         La potencia mínima de la resistencia será R x I2: 8.2 x 1.332 = 14.6 W. Por tanto la resistencia debe ser de 8.2 ohm/15 W.

Si nuestra fuente es de 12V, el método es aplicable a cualquier paquete excepto el de emisora, por ser de tensión total de valor muy próximo a dichos 12V. No obstante, por no terminar nunca la circulación de corriente, este método de carga sólo se usará en casos de urgencia o a corrientes pequeñas (C/10).

Es común para carga, descarga y comprobación de baterías utilizar un cargador/descargador tipo ordenador, que nos puede además indicar son precisión los diversos parámetros del paquete de baterías (resistencia interna, tensión media de descarga, duración predecible en condiciones de carrera, etc). Otra característica frecuente en estos y otros cargadores es la carga con corriente pulsante, de forma optimizable en función del uso del paquete de baterías.

 

Capítulo 11: Seguridad y mantenimiento.

 

Los peligros que tienen las baterías no selladas en cuanto a su manejo y en especial durante la operación de carga provienen de:

 

            -     Derrames o salpicaduras del electrolito.

-          Generación de una atmósfera explosiva por el H2 desprendido.

-          Generación de gases tóxicos.

 

a)     La mayoría de los electrolitos utilizados en las baterías tienen

propiedades perjudiciales en contacto con el cuerpo. Los tapones tienen un diseño adecuado para evitar salpicaduras al ser arrastra-o por los gases producidos en sobrecarga, por ello la carga debe realizarse siempre con los tapones puestos.

 

El H2 generado en la mayoría de las baterías, forma una atmósfera explosiva cuando su concentración alcanza el 4% en volumen, produciéndose una violenta explosión por la presencia de una chispa o una llama. Las baterías deben situarse en lugares ventilados donde no se pueda acumular el H2. Para evitar que la llama pase al interior de la batería donde la concentración de H2 es elevada (final de carga), se utilizan tapones con filtros antiexploxión.

 

b)     las salas de baterías deben tener sistemas protegidos contra las chispas, como son puntos de luz, enchufes, etc.

 

c)      Las conexiones entre baterías ( uniones serie o paralelo ) deben estar recubiertas de un material aislante para evitar cortocircuitos producidos por la caída de un material metálico (herramientas).

           

d)     Es muy importante la ventilación de las áreas donde se carguen o manipulen las baterías.

 

 

 

Precauciones que se deberán adoptarse al manipular baterías selladas:

 

Todas las baterías de NiCd, NiMh, etc, en cualquiera de sus posibles estados de carga, pueden generar corrientes eléctricas de magnitud suficiente para producir lesiones a las personas y dañar bienes.

 

            Las precauciones que deben adoptarse al manejar las baterías para evitar riesgos y lesiones son:

 

a)     No desechar baterías sometiéndolas a combustión o colocándolas entre residuos normales. Pueden explotar cuando se la acerca al fuego y puede constituir un residuo peligroso, así como contaminar las capas de agua subterránea si forma parte de materiales de relleno de tierras.

 

b)     Cuando la batería no está instalada en la unidad o en el cargador es necesario guardarla en un recipiente limpio y seco que no sea conductor.

 

c)      En todo momento, los materiales conductores deben mantenerse alejados de los contactos de la batería.

d)     Los lados de la batería correspondientes a los contactos deben mantenerse en todo momento separados uno de otro.

 

e)     Se cargarán las baterías mientras están colocadas en la unidad o cuando se utilice un cargador adecuado, ya que pueden producirse explosiones.

 

f)        Toda vez que se instalen, retiren, almacenen y carguen las bate-rías, debe hacerse en una atmósfera especial contra explosiones.

 

g)     Utilizar y almacenar las baterías en lugares cuya temperatura no supere los 50º C.

 

h)      No permita que los niños manipulen o carguen las baterías ni que lo hagan personas que no estén familiarizadas con las instrucciones especificadas en los manuales.

 

i)        Mantenga intacta la caja sellada de la batería. No hay piezas útiles para el usuario en su interior y las baterías contenidas adentro no son reemplazables.

 

Capítulo 12: El futuro.

Como se ha dicho, los principales usos de baterías son en el equipo de radio (emisora y receptor), chispómetros ,tracción en eléctricos, y equipos de telefonía.

La tracción en los coches eléctricos de competición es uno de los campos en que se necesita una fuente de energía eléctrica recargable, lige-ra, barata, no contaminante y de alta capacidad, que los dote de suficientes prestaciones y autonomía. En muchos dispositivos electrónicos las pilas o baterías cumplen suficientemente su función (relojes, radios, etc), pero otros campos con la misma demanda que la tracción en eléctricos, y donde la demanda principal es la de larga autonomía, son:

·         Ordenadores portátiles.

·         Cámaras de vídeo.

·         Teléfonos móviles.

·         Satélites (disponen de energía solar).

·         Y, cómo no, el coche eléctrico escala 1/1, sustituyendo a la gasolina y a otros combustibles.

Las baterías de NiCd, NiMH, ión-litio y otras tecnologías vienen a intentar responder a esa demanda.

Una solución distinta se puede encontrar con células de combustible ("fuel cells"), alimentadas por metanol y agua. Se anuncian para el futuro micro células ("micro fuel cells"), de las que se dice podrán alimentar un teléfono móvil durante un mes.

 

 

 

Capítulo 13: Electrotecnia de baterías.

 

La batería recargable es :

 

- Un generador químico:

 

              Generador que transforman energía química en energía eléctrica.

 

- Un generador de corriente continúa:

 

               Es un generador que mantiene entre sus bornes una tensión de polaridad fija.

 

Características  de un generador:

 

            Todo generador eléctrico está caracterizado por unos valores que le son propios, e independientes del circuito exterior al cual está acoplado y al que comunica la energía eléctrica que produce.

 

            Estos valores constantes, que reciben el nombre de características del generador, son:

 

-          La fuerza electromotriz.

-          La intensidad nominal.

-          La resistencia interna.

 

* La fuerza electromotriz.

 

            Es la causa que mantiene la tensión eléctrica en los puntos de cone-xión del generador y que al cerrar el circuito exteriormente hará moverse a los electrones a través de los dispositivos conectados al generador.

 

            La f.e.m. se representa por la letra E y se mide en voltios (v).

 

* La intensidad nominal.

 

            Es el valor máximo de intensidad de corriente que puede circular por el generador sin que se produzcan efectos perjudiciales.

 

            La intensidad  se representa por la letra I y se mide en amperios (A).

 

 

* La resistencia interna.

 

            Es la resistencia de los conductores internos del generador.

 

            La resistencia interna se representa por la letra r y se mide en ohmios.

 

 

 

 

 

Tensión en bornes del generador.

 

            Cuando un generador forma parte de un circuito cerrado  suministra una corriente eléctrica y la tensión en bornes es menor que la f.e.m. por tener una caída de tensión interna.

 

            La tensión en bornes se representa por la letra V y se mide en voltios (v).

 

            En resumen:    E  =  V  +  r I    o    V  =  E  -  r  I.

 

 

Potencias en un generador.

 

-          Potencia total:

E I watios.

-          Potencia perdida por la resistencia interna:

                    r I2 watios.    

-          Potencia útil:

V I watios.

 

 

Rendimiento.

 

            Es el cociente entre la potencia eléctrica útil y la total producida por el generador.

 

            Se representa por la letra R. No tiene unidades. Se expresa en tanto por uno o en tanto por cien.

R= (V I)/(E I)= V/E en tanto por uno.

 

 
 

 

 

 

R= (V/E) 100 en tanto por ciento.

 

 
 

 

 

 


Funcionamiento de un generador en vacío.

 

            Un generador funciona en vacío cuando está desconectado del circuito exterior.

 

La corriente suministrada será nula y la caída de tensión interna también.

 

                        I  = 0 A.    ;      r I = 0 v.

 

Entonces en bornes del generador la tensión será:

 

                        V  = E – r I  ;    V  =  E   v.

 

La única forma de medir la f.e.m. de un generador es medir el voltaje en bornes del mismo sin conectarle ningún dispositivo, o sea, en vacío.

 

 

 

 

 

Funcionamiento de un generador en cortocircuito.

 

           

Un generador funciona en cortocircuito cuando sus bornes se unen mediante  un dispositivo de muy bajo valor óhmico, practicamente cero ohmios.

 

La tensión en bornes del generador se reduce a casi cero voltios.

 

                        V  = 0 v.  

 

                        E  =  V  + r I ;    E  =  r I  v.

 


La única tensión que existe es la debida a la resistencia interna y donde la f.e.m. irá  disminuyendo debido a que la resistencia interna es pequeñísi-ma. Se producirá una corriente grandísima que llamaremos intensidad de corriente en cortocircuito.

 

                        I  =   E/ r  A.

 

 

 

Formas de conexionar los generadores para obtener más voltaje o intensidad.

 

Conexión para obtener más voltaje: conexión serie.

 

            Cuando necesitemos un valor de tensión mayor que el que da una celda se conectará el borne negativo de cada uno de ellos con el borne positivo del siguiente.

Los bornes libres de las celdas extremas forman los bornes positivo y negativo de la conexión.

 

* Condición para conexionarlas:

 

            La intensidad nominal debe ser la misma para evitar que alguna celda funcione en condiciones anormales. Los casos que se podrían dar serán los siguientes:

 

-          Si una celda es recorrida por una intensidad igual a la de otra celda que la tenga más baja de todas; las celdas serían desaprovechados ya que no trabajarían a la intensidad nominal.

-          Si una celda fuese recorrida por una intensidad igual a la nominal  de otra  celda que  la tenga más elevada de todas; habrá celdas sobrecargadas con lo que no habrá garantía de un buen funcionamiento a largo plazo.

 

Las celdas en serie podrían ser diferentes en cuanto a tensión y resistencia interna.

            Por lo general, se procura conexionar en serie celdas con voltajes, intensidades nominales y resistencia interna iguales.

 

Conclusiones:

 

-          La intensidad es común para todos los generadores.

 

It = I1 = I2 = I3 = In

 

-          La f.e.m. total es igual a la suma de todas las f.e.m. de las celdas conexiona-

das.

 

                Et = E1 + E2 + E3 + . . . En

 

-          La resistencia interna total es la suma de todas las resistencias de cada una

de las celdas.

 

                                     rt = r1 + r2 + r3 + . . . rn

 

 

            Si cerramos el circuito tendríamos que:

 

                                  Vt = Et – rt It

 

                                     n = (Vt /Et)  100

 

 

            Cuando el dispositivo conectado a una celda necesita más corriente para su funcionamiento, se conexionan las celdas en paralelo.

 

            La conexión consiste en unir todos los bornes positivos en un punto común y de igual forma se actuará con los bornes negativos.

 

 

 

* Con  diciones para conexionarlas.

 

            Las celdas pueden ser de distinta intensidad nominal pero se conexionan por lo general celdas de misma intensidad nominal para que no existan corrientes de circulación.

 

            Las condiciones son:

 

-          Todas las celdas deben la misma tensión.

-          La resistencia interna de todas ellas deben ser iguales.

La tensión debe ser la misma para que cada generador de la misma intensidad que los otros (suponiendo mismas resistencias internas).

 

Las resistencias deben ser iguales por que sino, a igual f.e.m., cada uno suministrará intensidades diferentes.

 

Conclusiones:

 

-          La f.e.m. total de la conexión es la misma que la de cada una de las celdas.

 

Et = E1 = E2 = E3 = . . . = En

 

-          La intensidad total que da la conexión paralela es la suma de las intensidades que da cada una de las celdas.

 

                 It = I1 + I2 + I3 +  . . .  + In

 

-          La resistencia interna suponiéndolas todas iguales será igual a:

 

            R t = r / nº de celdas

 

            Si cerramos el circuito tendríamos que:

 

                                     Vt = Et – rt It

 

                                      n = (Vt /E)  100

 

 

 

Conexión para obtener más voltaje y más intensidad que la que da una sola celda: Conexión mixta.

 

* Condiciones:

 

-          Cada rama debe tener el mismo número de celdas.

 

-          Todas las celdas tendrán la misma intensidad nominal, resistencia interna y misma f.e.m.