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1. Son unos elementos microporosos de forma rectangular que se intercalan entre las placas positivas y negativas Est n construidos de ebonita y lana de vidrio inalterables a la acci n qu mica del cido sulf ri co A trav s de ellos circula el electrolito de forma que est en contacto con el elemento activo de las placas Piezas de conexi n Los elementos de una bateria se conectan en se rie y sus sistemas de conexi n deben tener la secci n suficiente para sopor Ga MUR U00 0O D OD OUN ANR UN a p ORN OPD QUEDO D C O OU AP OA CAA CD EAS SA O ONER GUNN U D MUSGO D A D GED puy AGA UN U Dun SUDOR i OR ER SUI CDE O UNA EN E ORD O SEEE CE TUND u AS Figura 2 143 PNREM 3 tar sin calentarse excesivamente ni romperse como consecuencia de las al tas intensidades de arranque Existen varios sistemas para interconexi n pero en la actualidad el m s usado consiste en acortar el circuito el ctrico de tal forma que el conexiona do entre elementos se efect a sobre el tabique Con esto se reduce la resis tencia interna y como consecuencia la caida de tensi n en descarga de arranque Electrolito En el tipo de bater a que nos ocupa el electrolito utilizado es una soluci n de cido sulf rico diluido en agua cuya densidad oscila en tre 1 27 y 1 29 a 25 C El electrolito act a como conductor de la corriente el ctrica entre la placa positiva y negativa a trav s2. combina la disminuci n de la capaci dad de la bater a con el aumento de viscosidad del aceite del motor Estos efectos son suficientes para que con una temperatura de 18 C en una bate r a cargada se reduzca su capacidad de arranque a un 45 por ciento del va lor que tendr a a 25 C En la figura n 7 se puede apreciar el porcentaje de carga disponible de una bater a en funci n de su temperatura vV Tensi n final por elemento 147 PNREM 3 Pruebas de vida de una bater a Para comprobar la duraci n de una bater a sta es sometida a pruebas semejantes a las que luego va a tener que soportar en el vehiculo las m s usuales son resistencia a las vibraciones la materia activa no debe desprenderse de las placas ciclos de carga y descarga se comprobar el envejecimiento de las placas sobrecargas con intensidades determinadas con lo que se comprobar la resistencia a la corrosi n de las rejillas positivas 1 2 Bater as de bajo mantenimiento Los nuevos avances tecnol gicos han permitido conseguir elementos de mayor calidad y la mejora de las t cnicas de fabricaci n ha permitido a su vez conseguir que una de las principales causas del envejecimiento prematu ro de las bater as de plomo quede resuelta por medio de la disminuci n del contenido de antimonio que forma parte del armaz n de las placas consi gui ndose a su vez una menor autodescarga Ver figura n 7 Las ventajas
3. puro Ni Placa negativa Las placas negativas tambi n son de forma rectan gular disponiendo de una serie de bolsas de chapa perforada en las que se introduce cadmio Cd Separadores Los separadores se interponen entre las placas positi vas y negativas y est n fabricados en ebonita Electrolito Se compone de una soluci n al 20 por ciento de hidr xido pot sico KOH con un 4 por ciento de Litio en agua destilada La densidad es de 1 2 2 1 Funcionamiento del acumulador en descarga Durante el proceso de descarga el agua del electr lito reacciona con el xido niqu lico de las placas positivas para formar hidr xido Ni O 3H20 2 22N1 OH 20H Pasando el on hidroxilo OH a reac cionar con el potasio formando hidr xido pot sico KOH En la placa ne gativa el cadmio reacciona con el on OH del electr lito form ndose nueva mente hidr xido de cadmio Cd 20H gt Cd OH Por lo tanto la reacci n completa ser Cd NM1 0 3H 0 gt 2Ni OH Cd OH 149 PNREM 3 2 2 Funcionamiento del acumulador en carga Durante la carga el CdO de la placa negativa forma con el agua el elec tr lito el Cd OH Cd OH gt Cd 200H En la placa positiva el hidr xido de n quel reacciona con los iones OH del hidr xido pot sico 2Ni OH 20H gt NiO 3 HO 2e 2Ni OH Fe OH gt Fe N1 0 3H 0 2 3 Ventajas e inconvenientes de estos acumuladores Se pueden citar la
4. sobre las baterias de plomo normales son entre otras menor entretenimiento mejores prestaciones en el arranque mayor fuerza electromotriz mayor duraci n 100 bateria bajo mantenimiento carge bateria normel tiempo 50 meses Curvas de autodescarga Figura 7 1 3 Bater as sin entretenimiento Un paso m s adelante en la consecuci n de baterias de plomo de mejor calidad ha sido la sustituci n definitiva del antinomio de las rejillas 148 Bater as empleadas en automoci n por una aleaci n de calcio con lo que se consiguen notables mejoras como menor corrosi n de placas nula autodescarga nula adici n de agua menor peso nula descarga en almacenaje 2 Acumuladores de Cadmio N quel Tanto los materiales de construcci n como las caracter sticas obteni das en estos acumuladores son diferentes a los anteriores estudiados El Monobloque Es de forma similar a las de plomo pero el mate rial de construcci n en lugar de ser ebonita o polipropileno es acero nique lado Tapa La tapa es del mismo material que el monobloque y va sol dada al mismo Dispone de tantos orificios como celdas Placa positiva Son de forma rectangular fabricadas en acero nique lado y con una sene de orificios verticales u horizontales donde se introdu ce la materia activa correspondiente en este caso hidr xido de niquel Ni OH y esponja de n quel met lico
5. Bater as empleadas en automoci n Jos GUERRA P REZ No se trata aqu de efectuar un estudio exhaustivo sobre las bater as sino de dar unas ideas generales sobre lo que son c mo funcionan y c mo est n construidas Aunque me referir sobre todo a la aplicaci n de estos dispositivos en la industria del autom vil es de destacar el vasto campo de utilizaci n en la industria actual que va desde la electr nica hasta la energia solar pasando por la obra civil medicina etc 1 Clasificaci n general de las bater as Seg n la materia activa de que est n formadas las placas se pueden cla sificar en bater as de plomo bater as de ferro n quel bater as de cadmio n quel Las bater as de plomo que son las m s utilizadas en la industria del au tom vil se pueden clasificar a su vez seg n su necesidad de mantenimien to en bater as de mantenimiento normal bater as de bajo mantenimiento bater as sin entretenimiento 1 1 Baterias de plomo normales Por ser sta el tipo de bater a m s usual procederemos a efectuar un an lisis m s detallado tanto de su construcci n como de su funcionamiento iii numerario de Tecnologia de la Automoci n del IFP La Elipa Ciudad Lineal de Ma drid 141 PNREM 3 Estructura b sica la bater a de plomo est formada seg n se puede apreciar en la figura n 1 por Monobloque Tapa Placas positivas Placas n
6. argado a 1280 Milod de toga 21210 GD Pr ximo o la descorga 1 160 O gt ASSALIR Sa ii la Corgo disponible 6 AN Y HE AR SEEE BESOS EROS 388 NN ATEA TPE HS UE 25 C oc 18 C Tempemilura dei acumulador Figura 5 146 Bater as empleadas en automoci n que se descarga completamente Los factores que intervienen en la capaci dad son dimensiones y n mero de placas por elemento separaci n y resistencia interna de las placas separadores conectores conexiones etc r gimen de descarga temperatura y densidad del electrolito Los dos factores ltimos que se hai mencionado deben tenerse en cuenta cuando la bater a est en utilizaci n y por lo tanto no son caracte risticas de dise o Generalmente los fabricantes definen la capacidad de las bater as en un r gimen de descarga de 20 horas C20 Capacidad de descarga en 20 horas Es la capacidad que normalmen te da el fabricante Si se dice que la bater a tiene 100 amperios hora por ejemplo esto significa que es capaz de suministrar 5 amperios en 20 horas La figura n 6 muestra la variaci n de tensi n de un elemento de bater a durante la descarga en 20 horas Descarga de arranque en fr o Las peores condiciones de utilizaci n de una bater a montada en un vehiculo son a bajas temperaturas y en el momento del arranque Con el fr o se
7. de los separadores adem s de suministrar el sulfato que al combinarse con la materia activa produce la reacci n qui mica necesaria para generar energla 1 1 1 Funcionamiento de un acumulador en descarga El per xido de plomo de la placa positiva se combina con el cido sulf rico del electrolito y se transforma en sulfato plumboso PbSO que queda en la placa positiva liber ndose ox geno O e hidr geno H admitiendo electrones del circuito exterior El plomo de la placa negativa se combina con el cido sulf rico for m ndose sulfato de plomo PbSO y liber ndose hidr geno H cediendo electrones al circuito exterior Durante el proceso de descarga el electrolito disminuye de densidad y aumenta por tanto la cantidad de agua PbO 250 H Pb gt SO Pb 2H 0 SO Pb Ver figura n 3 Figura 3 144 Bater as empleadas en automoci n 1 1 2 Funcionamiento de un acumulador en carga Al conectar un generador el establecimiento de la corriente el ctrica en el circuito produce los siguientes fen menos en la placa positiva el sulfato se transforma en per xido en la placa negativa el sulfato se transforma en plomo de ambas placas se cede al electrolito el SO H con lo cual la densi dad del electrolito aumenta SO Pb 2 H O SO Pb PbO 250 H Pb Ver figura n 4 1 1 3 Importancia de la densidad del electrolito en una bater a y variables que inte
8. egativas Borne positivo Borne negativo Separadores Piezas de conexi n Electrolito Espacio para sedimento Figura 142 A Bater as empleadas en automoci n Monobloque Es el recinto sobre el cual se acoplan todos los elemen tos del acumulador y constan normalmente de tres o seis celdas donde se introducen los elementos placas positivas y negativas El material del que est fabricado suele ser ebonita o poliproleno de m s utilizaci n en la actualidad Tapa Tiene como misi n cerrar el monobloque una vez que se han introducido las placas y los separadores Est fabricada del mismo material que el monobloque La tapa lleva dis tribuidos una serie de orificios para la salida de gases y la adici n de agua destilada uno por cada celda Placa positiva Est constituida por una rejilla empastada con per x1 do de plomo PbO como masa activa Su alta porosidad permite que el electrolito penetre con facilidad en el interior de las placas Las rejillas que sirven como soporte de la materia activa se dise an de forma que la corriente el ctrica se distribuya uniformemente por toda la placa y se fabrican con una aleaci n de plomo y antimonio Ver figura n Placa negativa Est constituida por una rejilla de las mismas caracte r sticas constructivas que la placa positiva s lo que el per xido de plomo es sustituido por plomo esponjoso Pb Separadores
9. rvienen Como hemos dicho anteriormente en el proceso de descarga disminuye la densidad del electrolito y en la carga aumenta por lo tanto si nosotros pudi ramos medir la densidad del electrolito en cualquier momento pode mos conocer el estado de carga de la bater a Tabla del estado de carga de una bater a en funci n de la densidad del electrolito Estado de la carga Densidad fem por elemento 100 1 28 2 2 Y 75 1 24 50 1 21 25 1 18 1 85 3 145 PNREM 3 Como se puede apreciar en la figura 5 es imprescindible adem s de me dir la densidad del electrolito hacer una comprobaci n de la temperatura del electrolito y efectuar las correcciones pertinentes Se ha comprobado que por cada cinco grados de aumento o disminuci n de temperatura respecto de la temperatura t pica 24 C se debe hacer una correcci n de 0 0035 unidades de densidad Por ejemplo una bater a a 5 C tiene una densidad de electrolito de 1 270 Calcular cu l es la carga de la bateria en condiciones normales Como la densidad disminuye con la temperatura tendremos que la den sidad del electrolito a 25 C ser 1 270 4 x 0 0035 1 256 lo que implica que la bateria estaria a un 80 por ciento de carga 1 1 4 Caracter sticas t picas de un acumulador de plomo Capacidad Se define como capacidad la cantidad de electricidad que es capaz de suministrar un acumulador desde el estado de plena carga hasta Densidad a 25 C CZA C
10. s siguientes ventajas de estos acumuladores respecto a los de plomo larga vida muchisimo mayor que las de plomo se pueden poner en cortocircuito sin que por ello sufran ning n de terioro ausencia de ataque del electr lito a las placas no sufren deterioro por inversi n de polaridad menor peso ausencia de problemas por choques o vibraciones ausencia casi total de entrenimiento En cuanto a los inconvenientes m s acusados podemos citar menor tensi n eficaz en bornes que las de plomo entre 0 4 y 0 5 vol tios lo que implica mayor n mero de elementos para una determinada ten si n mayor costo de fabricaci n menor rendimiento til de su capacidad en descarga 3 Acumuladores de Ferro N quel Estos acumuladores son id nticos a los de cadmio y niquel por lo tanto todo lo descrito en el apartado anterior es extensible a este tipo de acumula dores Bibliograf a SANZ Gonz LEZz ngel Tecnolog a de la Automoci n 2 1 Ed Bru o Barce lona 1980 Bater as de arranque Manual de servicio n 8 FEMSA 150
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