El Maquinante: Servicios eléctricos:conservación y mantenimiento 8

miércoles, 19 de agosto de 2020

Servicios eléctricos:conservación y mantenimiento 8 - Baterías y cargadores

Baterías y cargadores

Los acumuladores o baterías se llaman también pilas secundarias o pilas recargables, es decir, durante el proceso de carga convierten la energía eléctrica en energía química, para después en el proceso de descarga realizar el proceso contrario, es decir, la energía química acumulada la convierten en energía eléctrica en forma de corriente continua.

Baterías,

Cargador.

Las baterías se componen principalmente de un electrolito y de dos electrodos. El electrolito puede ser ácido sulfúrico o alcalino. También los electrodos pueden ser de distintos materiales dando lugar a distintos tipos de acumuladores como las de plomo-ácido, las alcalinas, las de níquelhierro, las alcalinas de manganeso, las de níquel-cadmio, y las de litio entre otras.
Las características principales son capacidad y el voltaje. La capacidad de un batería es la cantidad de electricidad que puede suministrar hasta que su tensión descienda a un valor determinado. Se mide en amperios hora (Ah), así una batería de 80 Ah puede suministrar 1 A en 80 horas o 10 A durante 8 horas.

En una batería de 12 V, su voltaje es un indicador del estado de carga, que suele estar totalmente cargada entre los 12,5 y 12,8 voltios. Estas baterías se componen de 6 celdas de 2,1 voltios cada una, que conectadas en serie se obtienen dos bornes de conexión.
Para realizar la carga de las baterías se utilizan normalmente cargadores de baterías, que son equipos que transforman y rectifican la corriente alterna en corriente continua, apta para usarla en el proceso de carga. Existen en el mercado mucha variedad de tipos, funciones y modelos de cargadores, que los conocerás en la siguiente unidad.

Tipología, vida y carga
Básicamente existen dos tipos de baterías de ácido-plomo, las pensadas para arrancar un motor y las que permiten trabajar de forma más continua. Existen en ambos casos con electrolito líquido o en forma de gel (como una gelatina), estancas o de tipo tradicional abiertas. Cada una tiene sus ventajas e inconvenientes.

Las baterías de arranque permiten entregar una corriente muy fuerte durante cortos periodos de tiempo como para mover un motor de arranque o un molinete de ancla eléctrico. Están formadas por muchas placas finas que entregan una gran superficie de contacto con el electrolito.
Si tenemos una batería de por ejemplo 100 Ah y 300 A, significa que puede almacenar 100 Amperios hora y que puede generar una corriente instantánea de hasta 300 Amperios. Esta capacidad de almacenamiento de energía se mide para un tiempo de descarga de 20 horas (C20). Esta batería está perfectamente adaptada para el arranque de un motor, sin embargo no rendirá bien para ciclos de descarga lentos como los debidos a las luces de navegación.
Otro tipo de baterías llamadas de tracción se miden para un tiempo de descarga de 5 horas (C5) y permiten descargas más profundas y disponer de más energía que en una de arranque (tipo C20). Por ejemplo, una batería de tracción de 115 Ah con C5 será equivalente a una de 140 Ah pero en (C20).

Para no estropear una batería no debe descargarse por debajo del 70% de su capacidad, lo cual significa que si tenemos una batería de 200 Ah solo debemos disponer de 140 Ah como mucho. Es como si un depósito de agua siempre tuviera un fondo del que no pudiéramos valernos. Cuando se cargue una batería descargada, debe suministrarse entre un 10 y un 20% más de energía debido a las pérdidas producidas durante la carga.

Las baterías se van deteriorando con cada ciclo de carga y descargas que puede cifrarse en unos 1.500 antes de tener que proceder a su sustitución.
En definitiva, una batería de tracción puede valernos para descargas lentas pero no al contrario. Y una batería de arranque sufrirá más que la de tracción si la utilizamos para ciclos de descarga lentos y profundos.
Lo ideal sería tener una batería de arranque para el motor y maquinillas y otra de tracción para los diferentes equipos del barco. En la práctica, al ser distintas, tendríamos que utilizar diferentes cargadores de baterías complicando mucho la instalación. La solución de compromiso consiste en utilizar baterías intermedias que ofrecen características intermedias entre estos dos extremos.

Hay una nueva generación de baterías en las que el mantenimiento es nulo al estar selladas y no necesitar rellenar sus vasos con agua destilada.

Existen de 3 tipos; estancas, cerradas y abiertas.
A una estanca puede darse la vuelta sin peligro de derramamiento de ácido. El electrolito está en estado de gel o empapado en algún tipo de esponja sintética.

Las baterías cerradas son herméticas pero solo puedentrabajar en posición horizontal. Hay algunas que denominan ‘sin mantenimiento’ pero son abiertas, y en caso de necesidad aceptan el añadir agua destilada necesaria para restablecer sus niveles.
Las baterías se descargan solas con el paso del tiempo aunque no las utilicemos. Esta auto-descarga podía alcanzar el 1% o 2% diario en las baterías de generaciones anteriores. Es decir que si se dejaba la embarcación 3 meses sin uso, sus baterías estarían casi totalmente agotadas.
En los últimos años se han creado baterías con una tecnología de placas con una aleación de plomo y calcio adherida en una estructura de celdas de carbono que bajan la auto-descarga a valores de 2 o 3% mensual, lo cual permite olvidarse de la necesidad de cargar las baterías de la embarcación durante todo el invierno.
Cada batería necesita de un cargador adaptado a su tecnología de fabricación. Dependiendo de la tecnología empleada para su fabricación debemos utilizar tensiones y corrientes de carga diferentes.

➤Baterías de Gel: Una batería de electrolito en gel es totalmente estanca y puede ser utilizada incluso boca abajo.

La tensión de recarga debe ser de 14,22 voltios y la tensión de mantenimiento de carga (aquella que hay que mantener para conservar la carga) debe ser de 13,8 voltios. La corriente de carga en ente tipo de batería debe ser del 10% de su capacidad nominal. Estas baterías admiten ciclos de descarga profundos y entregan corrientes de pico altas, pero son más pesadas y bastante más caras.

➤Baterías estancas líquidas: El electrolito está empapado en un tipo de esponja y son más livianas que las de gel.

La carga debe efectuarse a 14,8 voltios y con una corriente de 1/20 de la capacidad nominal. Si la tensión en reposo de la batería es de unos 12,2 voltios debemos considerarla completamente cargada.

➤Baterías cerradas con electrolito líquido: Están selladas pero no son consideradas estancas.

No necesitan mantenimiento y se cargan a unos 15 voltios con una corriente de en torno al 15% de la capacidad.

➤Baterías abiertas de electrolito líquido: Son las baterías convencionales y baratas con tapones para verificar el estado de los vasos.

La nueva generación de baterías utiliza la aleación de Plomo/Calcio lo que limita la auto-descarga al 2% mensual. Se deben cargar a 14,8 voltios con una corriente limitada a ¼ de su capacidad nominal (por ejemplo para una batería de 100 Ah un máximo de 25 Amperios. No admiten descargas profundas. La tensión mínima que debe entregar la batería es de 12,3 voltios y por debajo de los 12 voltios se produce sulfatación de las placas y deterioro irremediable de su capacidad.

➤Baterías de placas en espiral: Las placas están enrolladas como una espiral y el electrolito empapa una retícula de fibra de vidrio.

Es totalmente estanca y puede funcionar incluso boca abajo. Entregan fuertes corrientes de pico; Por ejemplo una de 60 Ah puede entregar 900 Amperios de golpe y aceptan las descargas profundas. Pesan poco y son caras. Para la recarga utilizaremos una corriente de unos 10 amperios para 60 Ah y con tensión de 13,8 a 14,8 voltios.

Recargar las baterías de forma lenta y sin grandes corrientes de carga. Si la batería es de mantenimiento revisar periódicamente el nivel del electrolito.Recargar la batería lo más pronto que se pueda tras un periodo de descarga profunda. Esto evitará la sulfatación de las placas.
En climas cálidos o durante el verano debe revisar los niveles de electrolito con mayor frecuencia. Si están bajos solo añada agua destilada Nunca añada electrolito de baterías a una batería que no esté totalmente cargada.
Las altas temperaturas acortan la vida de cualquier batería ya que se incrementa la velocidad de corrosión de las placas.
Cuanto más profundamente descargue y cargue la batería, peor vida tendrán. Por ejemplo, si solo permite descargar la batería hasta el 50% y luego la vuelve a cargar, este tipo de uso hará que su batería dure el doble que si la descarga hasta un 80%. Si solo deja descargar la batería un 20% y la vuelve a cargar, entonces la batería durará unas 10 veces más que si la utiliza en ciclo de descarga del 80%.
Nunca dejar que las baterías se descarguen por debajo de los 10,5 voltios.

Instalación de baterías
La capacidad de las baterías está relacionada con la cantidad de superficie activa que tiene cada uno de los elementos y la cantidad de elemento activo que tiene cada placa. Si tenemos dos baterías de 12 voltios y las unimos en paralelo, (rojo con rojo y negro con negro) lo que hemos hecho es doblar la capacidad manteniendo los mismos 12 voltios de tensión, así dos baterías de 125 Ah y conectadas en paralelo serán totalmente equivalentes a una única batería de 250 Ah.

Pero cualquier combinación es posible. Con 4 baterías podrían hacerse dos parejas en serie para obtener 24 voltios y luego estas dos parejas ponerlas en paralelo para doblar la capacidad.

Pero lo importante a tener muy en cuenta, es que todas las baterías deben ser iguales, nuevas y de la misma tecnología. Si en el montaje alguna batería es distinta o está más gastada, no podrían ser cargadas con la misma cantidad de corriente, haciendo que el sistema global quede desequilibrado. Cuando se renueven las baterías de la embarcación, deben cambiarse todas para conseguir un equipo que funcione de forma correcta.

La capacidad total del parque de baterías debe ser calculada de tal forma que no tengamos que utilizar más allá del 80% de la capacidad total. Es decir, si nuestro parque de baterías ofrece una capacidad de energía de 200Ah, solo deberemos disponer de 160Ah. Si consumimos más la batería empezará a deteriorarse sin posibilidad de recuperación.
Cuanto más capaz sea la batería más importante debe ser la corriente utilizada para cargarla. Para calcular el tiempo de recarga debemos saber la cantidad de amperios que nos puede suministrar el cargador.

Supongamos que se han consumido 160 Ah de energía, y que nuestro cargador es capaz de entregar una corriente de 20 Amperios, lo que significa que debe cargarse la batería durante 160/20 = 8 horas para restablecer el nivel de carga inicial. Si el cargador es menos potente y entrega 10 Amperios lograremos cargar la batería en el doble de tiempo. Es muy importante recordar que el límite de corriente suministrada a las baterías no puede ser mayor a la máxima corriente de descarga que puede aceptar la batería. Es más, con una carga lenta, las baterías sufren mucho menos, de modo que no es recomendable utilizar un cargador de dé muy alta intensidad ni del tipo de los llamados “rápidos”.

La instalación del parque de baterías debe realizarse de tal forma que queden sólidamente sujetas y preferiblemente en un lugar que sea estancoy con ventilación propia, ya que salvo las batería de electrolito en forma de gel, estas pueden soltar aunque en pequeñas cantidades, hidrógeno y gases nocivos. El tipo de cable que debemos utilizar para sus conexiones debe ser adecuado en sección y calidad a la potencia total del parque de baterías. Normalmente la sección es muy gruesa, por lo que a veces se unen entre sí con placas de cobre atornilladas.