Baterías y Acumuladores: Fundamentos, Características y Acoplamientos

Baterías y Acumuladores: Conversión de Energía Química en Eléctrica

Una pila química (celda voltaica) es una combinación de materiales que se usan para convertir energía química en energía eléctrica. Se forma una batería cuando se conectan dos o más celdas. Los acumuladores se pueden recargar aplicando entre sus electrodos una diferencia de potencial perteneciente a una fuente de alimentación o cargador de baterías. Dependiendo del electrolito utilizado y de la constitución de los electrodos, se pueden construir diferentes tipos de acumuladores. Según el tipo de electrolito utilizado, los acumuladores pueden ser ácidos o alcalinos. En los ácidos se utiliza como electrolito una disolución de ácido sulfúrico, como es el caso de los acumuladores de plomo.

Componentes de un Acumulador

El primer elemento son las placas: Unas son positivas y otras negativas. Las placas positivas reciben el nombre de ánodos y las negativas cátodos. Las láminas o placas están dispuestas de tal forma que una positiva se encuentra entre dos negativas. Todas las placas positivas están conectadas por medio de tiras conectoras, al igual que las negativas, y ambas placas (positivas y negativas) están alternadas. Entre las placas hay láminas de material aislante llamados separadores. Los separadores evitan que las placas positivas y negativas se toquen y produzcan un cortocircuito. La placa positiva se trata químicamente para que se produzca peróxido de plomo, y el electrodo negativo consiste en plomo. Los grupos de placas con los separadores se introducen en un recipiente con una disolución diluida de ácido sulfúrico y agua destilada.

Fórmulas Básicas

(VAVIO) Vb=E... (CARGA) Vb=E-r.I... Vb=R.I....

Características de las Baterías

1. Resistencia Interna: Una batería es un generador de voltaje. Todos los generadores tienen una resistencia interna r_i. En una celda, la resistencia del electrolito es responsable de la mayor parte de la resistencia interna de la celda.

2. Fuerza Electromotriz (FEM): Se mide con un voltímetro conectado entre los electrodos de la pila.

3. Densidad Relativa: La densidad relativa de cualquier líquido es el cociente que compara su peso con el peso de un volumen igual de agua. La densidad relativa de la solución electroquímica de una celda de plomo y ácido varía de 1.21 a 1.3 aproximadamente para las baterías nuevas y totalmente cargadas. Al descargarse la celda, el agua que se forma diluye el ácido y la densidad relativa gradualmente disminuye. La densidad relativa se mide con un densímetro.

4. Capacidad: Se mide en amperios por hora (A·h). Es la cantidad total de electricidad que puede suministrar hasta agotarse. (Q=I·t).

5. Vida de Almacenaje: La vida de almacenaje es el periodo durante el cual se puede almacenar la batería sin que pierda más de aproximadamente un 10% de su capacidad original. La disminución en la capacidad se debe principalmente a que se seque el electrolito y a reacciones químicas que cambian los materiales en el interior de la celda. Como el calor estimula ambas reacciones, la vida de almacenaje de una batería puede alargarse conservándola en un lugar frío y seco.

Fórmulas de Potencia y Rendimiento

(POTENCIA ÚTIL) Pu=Vb·I (POTENCIA PERDIDA) Pp=ri·I² (POTENCIA TOTAL) PT=Pu+Pp / PT=E·I (RENDIMIENTO) η=Pu/PT*100...

Acoplamientos de Baterías

Acoplamiento en Serie

ET = n (número de baterías) · E

riT = n · ri

Acoplamiento en Paralelo

ET = E

riT = ri / n (número de ramas)