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                                        DIODO RECTIFICADOR ENCARGADO DE SUMINISTRAR D.C. A LA BATERIA

BATERIAS

Batería (electricidad)

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Para la batería del automóvil, véase batería de automóvil.

Acumulador para automóvil.

Batería, batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente acumulador, se le denomina al dispositivo que almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad; este ciclo puede repetirse por un determinado número de veces. Se trata de un generador eléctrico secundario; es decir, un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso de carga.

Contenido [ocultar] 1 Batería del automotor 2 Pila 3 Principios de funcionamiento 4 Historia 5 Tipos de acumuladores 5.1 Acumulador de plomo 5.2 Batería alcalina 5.3 Baterías alcalinas de manganeso 5.4 Baterías de Plomo (Pb) 5.5 Baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd) 5.6 Baterías de níquel-hidruro metálico (Ni-MH) 5.7 Baterías de iones de litio (Li-ion) 5.8 Baterías de polímero de litio (Li-poli) 5.9 Pilas de combustible 5.10 Capacitor de alta capacidad 6 Efecto memoria 7 Parámetros de un acumulador 8 Tabla comparativa de los diferentes tipos de acumulador 9 Las baterías como contaminantes 10 Véase también 11 Enlaces externos

[editar] Batería del automotor

Se le suele denominar batería, puesto que, muchas veces, se conectan varios de ellos en serie, para aumentar el voltaje suministrado. Así, la batería de un automóvil está formada internamente por 6 celdas del tipo plomo-ácido, cada uno de los cuales suministra electricidad con una tensión de unos 2 V, por lo que el conjunto entrega los habituales 12 V, o por 12 elementos.

[editar] Pila

El término pila, en castellano, denomina los generadores de electricidad no recargables. Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas — en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo, adosados lateralmente, "en batería", como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. De esta explicación se desprende que cualquiera de los dos nombres serviría para cualquier tipo, pero la costumbre ha fijado la distinción. Ahora también existen pilas recargables, que se pueden recargar y volver a usar cuantas veces se desee.

[editar] Principios de funcionamiento

El funcionamiento de un acumulador está basado esencialmente en algún tipo de proceso reversible; es decir, un proceso cuyos componentes no resulten consumidos ni se pierdan, sino que meramente se transformen en otros, que a su vez puedan retornar al estado primero en las circunstancias adecuadas. Estas circunstancias son, en el caso de los acumuladores, el cierre del circuito externo, durante el proceso de descarga, y la aplicación de una corriente, igualmente externa, durante la carga.

Resulta que procesos de este tipo son bastante comunes, por extraño que parezca, en las relaciones entre los elementos químicos y la electricidad durante el proceso denominado electrólisis, y en los generadores voltaicos o pilas. Los investigadores del siglo XIX dedicaron numerosos esfuerzos a observar y a esclarecer este fenómeno, que recibió el nombre de polarización.

Un acumulador es, así, un dispositivo en el que la polarización se lleva a sus límites alcanzables, y consta, en general, de dos electrodos, del mismo o de distinto material, sumergidos en un electrolito.

[editar] Historia

Alessandro Volta comunica su invento de la pila a la Royal London Society, el 20 de marzo de 1800.

Johann Wilhelm Ritter construyó su acumulador eléctrico en 1803. Como muchos otros que le siguieron, era un prototipo teórico y experimental, sin posible aplicación práctica.

En 1860, Gaston Planté construyó el primer modelo de acumulador de plomo-ácido con pretensiones de ser un aparato utilizable, lo que no era más que muy relativamente, por lo que no tuvo éxito. A finales del siglo XIX, sin embargo, la electricidad se iba convirtiendo rápidamente en artículo cotidiano, y cuando Planté volvió a explicar públicamente las características de su acumulador, en 1879, tuvo una acogida mucho mejor, de modo que comenzó a ser fabricado y utilizado casi inmediatamente, iniciándose un intenso y continuado proceso de desarrollo para perfeccionarlo y soslayar sus deficiencias, proceso que dura hasta nuestros días.

Thomas Alva Edison inventó, en 1900, otro tipo de acumulador con electrodos de hierro y níquel, cuyo electrolito es la potasa cáustica (KOH). Empezaron a comercializarse en 1908, y son la base de los actuales modelos alcalinos, ya sean recargables o no.

También hacia 1900, en Suecia, Junger y Berg inventaron el acumulador Ni-Cd, que utiliza ánodos de cadmio en vez de hierro, siendo muy parecido al de ferroníquel en las restantes características.

[editar] Tipos de acumuladores

• Por lo que a sus tamaños y otras características externas se refiere, puede consultarse esta lista, ya que muchas de ellas son comunes a pilas y acumuladores y están normalizadas.

• Por lo que a su naturaleza interna se refiere, se encuentran habitualmente en el comercio acumuladores de los siguientes tipos:

[editar] Acumulador de plomo

Batería de ebonita con terminales expuestos.

Está constituido por dos electrodos de plomo, de manera que, cuando el aparato está descargado, se encuentra en forma de sulfato de plomo (II) (PbSO₄) incrustado en una matriz de plomo metálico (Pb); el electrolito es una disolución de ácido sulfúrico. Este tipo de acumulador se sigue usando aún en muchas aplicaciones, entre ellas en los automóviles. Su funcionamiento es el siguiente:

• Durante el proceso de carga inicial, el sulfato de plomo (II) es reducido a plomo metal en el polo negativo, mientras que en el ánodo se forma óxido de plomo (IV) (Pb O₂). Por lo tanto, se trata de un proceso de dismutación. No se libera hidrógeno, ya que la reducción de los protones a hidrógeno elemental está cinéticamente impedida en una superficie de plomo, característica favorable que se refuerza incorporando a los electrodos pequeñas cantidades de plata. El desprendimiento de hidrógeno provocaría la lenta degradación del electrodo, ayudando a que se desmoronasen mecánicamente partes del mismo, alteraciones irreversibles que acortarían la duración del acumulador.
• Durante la descarga se invierten los procesos de la carga. El óxido de plomo (IV) es reducido a sulfato de plomo (II), mientras que el plomo elemental es oxidado para dar igualmente sulfato de plomo (II). Los electrones intercambiados se aprovechan en forma de corriente eléctrica por un circuito externo. Se trata, por lo tanto, de una conmutación. Los procesos elementales que trascurren son los siguientes:

PbO₂ + 2 H₂SO₄ + 2 e^- -> 2 H₂O + PbSO₄ + SO₄^2- Pb + SO₄^2- -> PbSO₄ + 2 e^-

En la descarga baja la concentración del ácido sulfúrico, porque se crea sulfato de plomo (II) y aumenta la cantidad de agua liberada en la reacción. Como el ácido sulfúrico concentrado tiene una densidad superior a la del ácido sulfúrico diluido, la densidad del ácido puede servir de indicador para el estado de carga del dispositivo.

No obstante, este proceso no se puede repetir indefinidamente, porque, cuando el sulfato de plomo (II) forma cristales muy grandes, ya no responden bien a los procesos indicados, con lo que se pierde la característica esencial de la reversibilidad. Se dice entonces que el acumulador se ha sulfatado y es necesario sustituirlo por otro nuevo.

Los acumuladores de este tipo que se venden actualmente utilizan un electrolito en pasta, que no se evapora y hace mucho más segura y cómoda su utilización.

[editar] Batería alcalina

También denominada de ferroníquel, sus electrodos son láminas de acero en forma de rejilla con panales rellenos de óxido niqueloso (NiO), que constituyen el electrodo positivo, y de óxido ferroso (FeO), el negativo, estando formado el electrolito por una disolución de potasa cáustica (KOH). Durante la carga se produce un proceso de oxidación anódica y otro de reducción catódica, transformándose el óxido niqueloso en niquélico y el óxido ferroso en hierro metálico. Esta reacción se produce en sentido inverso durante la descarga.

En 1866, George Leclanché inventa en Francia la “pila seca” (Zinc-Dióxido de Manganeso), sistema que aún domina el mercado mundial de las baterías primarias. Las pilas alcalinas (de “alta potencia” o “larga vida”) son similares a las de Leclanché, pero, en vez de cloruro de amonio, llevan cloruro de sodio o de potasio. Duran más porque el zinc no está expuesto a un ambiente ácido como el que provocan los iones amonio en la pila convencional. Como los iones se mueven más fácilmente a través del electrolito, produce más potencia y una corriente más estable.

Su mayor costo se deriva de la dificultad de sellar las pilas contra las fugas de hidróxido. Casi todas vienen blindadas, lo que impide el derramamiento de los constituyentes. Sin embargo, este blindaje no tiene duración ilimitada. Las celdas secas alcalinas son similares a las celdas secas comunes, con las excepciones siguientes:

1. el electrolito es básico (alcalino), porque contiene KOH
2. la superficie interior del recipiente de Zn es áspera; esto proporciona un área de contacto mayor.

Las baterías alcalinas tienen una vida media mayor que las de las celdas secas comunes y resisten mejor el uso constante.

El voltaje de una pila alcalina es cercano a 1,5 v. Durante la descarga, las reacciones en la celda seca alcalina son :

• Ánodo: Zn (S) + 2 OH- (ac) → Zn (OH)2(s) +2 e-
• Cátodo: 2 MnO2 (S) + 2 H2 O (l) + 2 e- → 2MnO (OH) (s) + 2 OH-(ac)
• Global: Zn (s) +2 MnO2 (s) 2H2O(l) → Zn (OH)2(ac) + 2MnO (OH) (s)

El ánodo está compuesto de una pasta de zinc amalgamado con mercurio (total 1%), carbono o grafito.

Se utilizan para aparatos complejos y de elevado consumo energético. En sus versiones de 1,5 voltios, 6 voltios y 12 voltios se emplean, por ejemplo, en mandos a distancia (control remoto) y alarmas.

[editar] Baterías alcalinas de manganeso

Con un contenido de mercurio que ronda el 0,1% de su peso total, es una versión mejorada de la pila anterior, en la que se ha sustituido el conductor iónico cloruro de amonio por hidróxido potásico (de ahí su nombre de alcalina). El recipiente de la pila es de acero, y la disposición del zinc y del óxido de manganeso (IV) es la contraria, situándose el zinc, ahora en polvo, en el centro. La cantidad de mercurio empleada para regularizar la descarga es mayor. Esto le confiere mayor duración, más constancia en el tiempo y mejor rendimiento. Por el contrario, su precio es más elevado. También suministra una fuerza electromotriz de 1,5 V. Se utiliza en aparatos de mayor consumo como: grabadoras portátiles, juguetes con motor, flashes electrónicos.

El ánodo es de zinc amalgamado y el cátodo es un material polarizador que es en base a dióxido de manganeso, óxido mercúrico mezclado íntimamente con grafito, y en casos extraños óxido de plata Ag2O (estos dos últimos son de uso muy costoso, peligrosos y tóxicos), a fin de reducir su resistividad eléctrica. El electrolito es una solución de hidróxido potásico (KOH), el cual presenta una resistencia interna bajísima, lo que permite que no se tengan descargas internas y la energía pueda ser acumulada durante mucho tiempo. Este electrolito, en las pilas comerciales es endurecido con gelatinas o derivados de la celulosa.

Este tipo de pila se fabrica en dos formas. En una, el ánodo consta de una tira de zinc corrugada, devanada en espiral de 0.051 a 0.13 mm de espesor, que se amalgama después de armarla. Hay dos tiras de papel absorbente resistente a los álcalis interdevanadas con la tira de papel de zinc, de modo que el zinc sobresalga por la parte superior y el papel por la parte inferior. El ánodo está aislado de la caja metálica con un manguito de poliestireno. La parte superior de la pila es de cobre y hace contacto con la tira de zinc para formar la terminal negativa de la pila. La pila está sellada con un ojillo o anillo aislante hecho de neopreno. La envoltura de la pila es químicamente inerte a los ingredientes y forma el electrodo positivo.

Alcalinas

• Zinc 14% (ánodo) Juguetes, tocacintas, cámaras fotográficas, grabadoras
• Dióxido de Manganeso 22% (cátodo)
• Carbón: 2%
• Mercurio: 0.5 a 1% (ánodo)
• Hidróxido de Potasio (electrolito)
• Plástico y lámina 42%

Contiene un compuesto alcalino, llamado Hidróxido de Potasio. Su duración es seis veces mayor que la de las de zinc-carbono. Está compuesta por Dióxido de Manganeso, Hidróxido de Potasio, pasta de Zinc amalgamada con Mercurio (en total 1%), Carbón o Grafito. Según la Directiva Europea del 18 de marzo de 1991, este tipo de pilas no pueden superar la cantidad de 0.025% de mercurio.

Este tipo de baterías presenta algunas desventajas:

• Una pila alcalina puede contaminar 175.000 litros de agua, que llega a ser el consumo promedio de agua de toda la vida de seis personas.
• Una pila común, también llamada de zinc-carbono, puede contaminar 3.000 litros de agua.
• Zinc, Manganeso, Bismuto, Cobre y Plata: Son sustancias tóxicas, que producen diversas alteraciones en la salud humana. El Zinc, Manganeso y Cobre son esenciales para la vida, en cantidades mínimas, tóxico en altas dosis. El Bismuto y la Plata no son esenciales para la vida.

[editar] Baterías de Plomo (Pb)

Tienen ciertas desventajas, como que no admiten sobrecargas ni descargas, viendo seriamente disminuida su vida util Voltaje proporcionado: 2V Densidad de energia: 30 Wh/Kg

[editar] Baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd)

Utilizan un cátodo de hidróxido de níquel y un ánodo de un compuesto de cadmio. El electrolito es de hidróxido de potasio. Esta configuración de materiales permite recargar la batería una vez está agotada, para su reutilización. Sin embargo, su densidad de energía es de tan sólo 50 Wh/kg, lo que hace que tengan poca capacidad. Admiten sobrecargas, se pueden seguir cargando cuando ya no admiten mas carga, aunque no la almacena. Admiten un gran rango de temperaturas de funcionamiento. Voltaje proporcionado: 1,2V Densidad de energia: 50 Wh/Kg Capacidad usual: 0.5 a 1.0 Amperios (en pilas tipo AA) Efecto memoria: muy Alto

 

• Balocchi, Emilio (1996). Química General, 3º edición, pp. 664.

[editar] Baterías de níquel-hidruro metálico (Ni-MH)

Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de una aleación de hidruro metálico. Este tipo de baterías se encuentran menos afectadas por el llamado efecto memoria. No admiten bien el frio extremo, reduciendo drasticamente la potencia eficaz que puede entregar. Voltaje proporcionado: 1,2V Densidad de energia: 80 W/Kg Capacidad usual: 0.5 a 2.8 Amperios (en pilas tipo AA) Efecto memoria: bajo

[editar] Baterías de iones de litio (Li-ion)

Las baterías de iones de litio (Li-ion) utilizan un ánodo de grafito y un cátodo de óxido de cobalto, trifilina (LiFePO₄) u óxido de manganeso. Su desarrollo es más reciente, y permite llegar a altas densidades de capacidad. No admiten descargas, y sufren mucho cuando estas suceden por lo que suelen llevar acoplada circuiteria adicionas para conocer el estado de la bateria, y evitar asi tanto la carga escesiva, como la descarga completa. Apenas sufren el efecto memoria y pueden cargarse sin necesidad de estar descargadas completamente, sin reduccion de su vida util. No admiten bien los cambios de temperatura.

Voltaje proporcionado: 2.0V Densidad de energia: 115 W/Kg Capacidad usual: 1.5 a 2.8 Amperios (en pilas tipo AA) Efecto memoria: muy bajo

[editar] Baterías de polímero de litio (Li-poli)

Son una variación de las baterías de iones de litio (Li-ion). Sus características son muy similares, pero permiten una mayor densidad de energía, así como una tasa de descarga bastante superior. Estas baterías tienen un tamaño más reducido respecto a las de otros componentes. Su tamaño y peso las hace muy útiles para equipos pequeños que requieran potencia y duración, como manos libres bluetooth.

[editar] Pilas de combustible

La pila de combustible no se trata de un acumulador propiamente dicho, aunque sí convierte energía química en energía eléctrica y es recargable. Funciona con hidrógeno. (Otros combustibles como el metano o el metanol son usados para obtener el hidrógeno).

[editar] Capacitor de alta capacidad

Aunque los condensadores de alta capacidad no sean acumuladores electroquímicos en sentido estricto, en la actualidad se están consiguiendo capacidades lo suficientemente grandes (varios faradios, F) como para que se los pueda utilizar como batería cuando las potencias a suministrar sean pequeñas, en relación a su capacidad de almacenamiento de energía. Por ello se usan como batería en algunos relojes de pulsera, que recogen la energía en forma de luz a través de células fotovoltaicas, o mediante un pequeño generador accionado mecánicamente por el muelle de la cuerda del reloj.

Aunque funcionan como acumuladores se les suele llamar "condensadores", ya que condensan o almacenan la corriente eléctrica aunque esta fluctúe en el circuito.

[editar] Efecto memoria

En el que en cada recarga se limita el voltaje o la capacidad (a causa de un tiempo largo, una alta temperatura, o una corriente elevada), reduciendo la capacidad de almacenar energia, al crearse cristales en el interior de la bateria.

[editar] Parámetros de un acumulador

• La tensión o potencial (en voltios) es el primer parámetro a considerar, pues es el que suele determinar si el acumulador conviene al uso a que se le destina. Viene fijado por el potencial de reducción del par redox utilizado; suele estar entre 1 V y 4 V por elemento.

• La corriente que puede Almacenar el elemento, medida en ampere (A), es el segundo factor a considerar. Especial importancia tiene en algunos casos la corriente máxima obtenible (Ah); p. ej., los motores de arranque de los automóviles exigen esfuerzos muy grandes de la batería cuando se ponen en funcionamiento (decenas de A), pero actuan durante poco tiempo.

• La capacidad eléctrica se mide en la práctica por referencia a los tiempos de carga y de descarga en A. La unidad SI es el coulomb (C).

• La energía que puede suministrar una bateria se mide habitualmente en Wh (vatios-hora); la unidad SI es el julio.

1 Wh = 3600 J = 3,6 kJ; 1 J = 0,278 mWh

Téngase en cuenta, sin embargo, que, cuando le den indicaciones en el cuerpo de las baterías o en sus envases, como Cárguese a 120 mA durante 12 horas, si la capacidad del acumulador fuesen 1200 mAh, se le debería aplicar una corriente de carga de 120 mA durante el número de horas indicado. 120*12 = 1440, por lo que para cargar la bateria 240 mA se han convertido en forma de calor dentro de la bateria y 1200 mA se han almacenado en la bateria.

1 Ah = 1000 mAh = 3600 C 1 C = 1 Ah/3600 = 0,278 mAh.

 

• La resistencia de los acumuladores es muy inferior a la de las pilas, lo que les permite suministrar cargas mucho más intensas que las de éstas, sobre todo de forma transitoria. Por ejemplo, la resistencia interna de un acumulador de plomo-ácido es de 0,006 ohm, y la de otro de Ni-Cd, de 0,009 ohm.

• Otra de las características importantes de un acumulador es su masa o su peso, y la relación entre ella y la capacidad eléctrica (A/kg) o la energía (W/kg) que puede restituir. En algunos casos puede ser también importante el volumen que ocupe (en m³ o en litros).

• El rendimiento es la relación porcentual entre la energía eléctrica recibida en el proceso de carga y la que el acumulador entrega durante la descarga. El acumulador de plomo-ácido tiene un rendimiento de más del 90%. las baterias Ni-CD un 83%

[editar] Tabla comparativa de los diferentes tipos de acumulador

Tipo	Energía / peso	Tensión por elemento (V)	Duración (número de recargas)	Tiempo de carga	Auto-descarga por mes (% del total)
Plomo	30-50 W/kg	2 V	1000	8-16h	5 %
Ni-Cd	48-80 W/kg	1,25 V	500	10-14h *	30%
Ni-Mh	60-120 W/kg	1,25 V	1000	2h-4h	20 %
Li-ion	110-160 W/kg	3,16 V	4000	2h-4h	25 %
Li-Po	100-130 Wh/kg	3,7 V	5000	1h-1.5h	10%

Las baterias de Ni-Cd se pueden cargar hasta en 30 minutos, con cargas rapidas, pero disminuye su vida, y se calientan en exceso, siendo las unicas que admiten este tipo de cargas.

[editar] Las baterías como contaminantes

Como se ha visto, las baterías contienen metales pesados y compuestos químicos, muchos de ellos perjudiciales para el medio ambiente. Es muy importante no tirarlas a la basura (en la mayoría de los países eso no está permitido), y llevarlas a un centro de reciclado. Actualmente, la mayoría de los proveedores y tiendas especializadas también se hacen cargo de las baterías gastadas.

• La liberación del mercurio contenido en pilas ha ocurrido a consecuencia del uso de tres tipos de pilas: las de óxido de mercurio, las de C-Zn y las alcalinas. En el primer tipo, el contenido de dicho metal es del 33%, y se usaron tanto en su presentación de botón como en otros tamaños, a partir de 1955. Teóricamente, se dejaron de producir en 1995, aunque hay fuentes de información que indican que dicho proceso continúa en Asia y se distribuyen en el mercado internacional. Para el segundo y tercer tipo de pilas, se sabe que durante varias décadas, antes de 1990, se les agregaba mercurio (entre 0,5 a 1,2%) para optimizar su funcionamiento, siendo las alcalinas las de mayor contenido; también el carbón que contienen algunas veces está contaminado con este metal de manera natural. En 1999, el INE solicitó un análisis de muestras de tres diferentes marcas de pilas del tipo AA, de consumo normal en México, de las cuales dos eran de procedencia asiática (de C-Zn) y una alcalina de procedencia europea. Los resultados fueron los siguientes: para las de procedencia asiática, los valores obtenidos fueron de 0,18 mg/kg y de 6,42 mg/kg; en cuanto a la de procedencia europea el resultado fue de 0,66 mg/kg; dichas cantidades, equivalentes a partes por millón, no rebasan los límites de 0,025% establecidos en el Protocolo sobre metales pesados adoptado en 1998 en Aarhus, Dinamarca, por los países miembros de la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas (UNECE). El muestreo anterior fue un hecho aislado y sería conveniente en un futuro seguir analizando el contenido de mercurio en el mayor número de marcas posibles. En México, otras fuentes de mercurio la constituyen la industria de cloro/sosa, que lo utiliza en su proceso; también productos como termómetros, varios tipos de interruptores y lámparas fluorescentes. Según información oficial ya no se extrae mercurio en México, aunque se dispone de datos sobre importación por un monto de 130 toneladas en los últimos tres años. El mercurio es un contaminante local y global por excelencia. La química ambiental correspondiente a este metal tóxico es muy compleja, dadas sus propiedades; se evapora a temperatura ambiente y sus átomos viajan lejos; al ser depositado en los cuerpos de agua se transforma en mercurio orgánico (metil-mercurio) por mecanismos aeróbicos o anaeróbicos; es así como se contaminan, entre otros, los pescados y mariscos. Otra forma de intoxicación por mercurio es la inhalación de los vapores emitidos por el mercurio en su forma metálica en ambientes cerrados. El metil-mercurio puede atravesar la placenta, acumularse, y provocar daño en el cerebro y en los tejidos de los neonatos, quienes son especialmente sensibles a esta sustancia. También puede existir exposición al mercurio a través de la leche materna; en este caso, los efectos pueden provocar problemas de desarrollo, retrasos en el andar, en el habla o mentales, falta de coordinación, ceguera y convulsiones. En adultos, la exposición constante, a través de la ingesta de alimentos contaminados, pescados por lo general, puede provocar cambios de personalidad, pérdida de visión, memoria o coordinación, sordera o problemas en los riñones y pulmones. La Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer (IARC, por sus siglas en inglés) de la Organización Mundial de la Salud (OMS), considera al metil-mercurio y sus compuestos como posiblemente carcinogénico en seres humanos (Grupo 2B). El metil-mercurio, que es la forma más tóxica, se acumula en los tejidos de los peces; los especímenes de mayor tamaño y de mayor edad tienden a concentrar niveles de mercurio más altos.

• Manganeso, dado que los tipos de pila más consumidos son alcalinas y C-Zn (aproximadamente el 76% del consumo total de pilas y baterías), el óxido de manganeso contenido en ellas es el contaminante que en mayor volumen se ha liberado al medio ambiente en las últimas cuatro décadas, lo que representa aproximadamente 145,917 toneladas (cuadro 10). Respecto de los efectos adversos ocasionados en la salud humana por esta sustancia, diversos estudios sugieren efectos neurológicos serios por exposición oral al manganeso. Por ejemplo, un estudio hecho por la OMS reporta que en 1981 se notificó una intoxicación en una comunidad de Japón, debida a que cerca de un pozo de agua se enterraron aproximadamente 400 piezas de pilas a una distancia aproximada de dos metros, lo cual provocó 16 casos de envenenamiento; tres fueron fatales (incluyendo un suicidio). Los niveles de manganeso detectados en el agua de ese pozo fueron de 14 miligramos por litro, mientras que en otros dos pozos los niveles alcanzaron 8 y 11 miligramos por litro. Los sujetos de la comunidad exhibieron desórdenes de tipo psicológico y neurológico asociados a la intoxicación.

FALLAS Y DAÑOS DE LA BATERIAS

La mayoría de las fallas de la batería se originan por cuatro causas comunes: Tiempo de Uso: El deterioro normal acompaña el avance del tiempo. La repetición del ciclo de carga-descarga desgasta lentamente el material activo de las placas, hasta que se llega al punto en que la superficie de la placa disponible para que se lleve a cabo la reacción con el electrolito, no es suficiente para restaurar la capacidad total de la batería. Pobre Mantenimiento: Niveles de Electrolito Bajo: una condición permanente de bajos niveles del electrolito ( originado por la pérdida de agua ) causa un rápido deterioro del material activo en la parte superior de las placas no cubiertas por el electrolito. Esta condición reduce y eventualmente acaba con la habilidad de la batería para producir la energía requerida para suministrar la descarga necesaria. Al retirar las tapas de la batería, el electrolito debe ser claro. La decoloración ( solución marrón ) y un olor desagradable, puede indicar una carga excesiva o batería vieja que se acerca al fin de su vida de servicio. Jamás se vertirá ácido a la batería porque éste no se evapora, lo que se evapora es el agua destilada. Sobrecarga o insuficiencia de carga: Un suministro excesivo o insuficiente de carga, puede causar serios daños a la batería. Esto se aplica tanto para el sistema de generación propia del vehículo, como para las fuentes externas de emergencia, como los cargadores para batería. La Sobrecarga provoca: 1. Rápida corrosión de las placas positivas. 2. Calor, lo que intensifica la reacción química normal, originando un envejecimiento prematuro de todos los componentes. 3. Deformación de las placas positivas y daños a los separadores. 4. Derramamiento del ácido, lo cual reduce el nivel del electrolito y ocasiona daños por el ácido en los postes, cables y partes aledañas a la batería. 5. Pérdida excesiva de agua. La insuficiencia de carga provoca: 1. Grandes depósitos de sulfato de plomo en las placas, lo que afecta la reacción electroquímica normal. Esto debería ocurrir, cuando la batería está cargada. 2. Acumulación de depósitos de plomo en los separadores, lo que origina cortocircuitos entre placas positivas y negativas. 3. Bajo contenido de ácido en el electrolito, lo que incrementa las posibilidades de congelación en temperaturas muy frías. 4. Una batería descargada. Uso de una batería de baja capacidad: La instalación de una batería con una capacidad menor a la especificada por el fabricante, causa inevitablemente frecuentes descargas, incapacidad para funcionar en condiciones frías y fallas prematuras de la batería. Vibración excesiva: Muchas de las fallas prematuras en la batería, se deben a la vibración excesiva (falta de sujetadores y/o mala función en la suspensión del vehículo). En la mayoría de los casos, el daño por vibraciones, es el resultado de la mala fijación de la batería a su base, o por conducir en terrenos accidentados o sin pavimentar. La vibración sacude el material activo de las placas, provocando su desprendimiento y su acumulación en la parte baja de la batería. Los tornillos del sujetador para la batería deben estar lo suficientemente apretados para evitar su movimiento. Sin embargo, si los tornillos están excesivamente apretados, pueden causar puntos de tensión, lo que a su vez, tiene como resultado, tapas y cajas rotas. Causa de descarga en baterías Muchas veces, un sistema eléctrico defectuoso, afecta las condiciones de la batería. Una batería en buenas condiciones que está constantemente descargándose, es generalmente un problema que puede deberse a una o más condiciones descritas a continuación: Accesorios eléctricos que se dejan encendidos. Generador defectuoso. Cortocircuito en el sistema eléctrico. No se ha utilizado el vehículo por períodos largos. Fugas ocultas de electricidad Esta prueba mostrará si hay fugas ocultas excesivas de corriente sobre la batería, las cuales pueden causar que ésta se descargue. Con el vehículo apagado desconecte el borne negativo de la batería e intercale una lámpara de pruebas entre éste y el terminal negativo desconectado. Con los circuitos apagados, la lámpara NO debe encenderse, si lo hace, es evidencia de una fuga de corriente en el vehículo, y esa fuga está ha-ciendo que se esté descargando la batería. Relojes digitales y radios digitales, harán que la lámpara resplandezca débilmente; si resplandece demasiado, tome un amperímetro y verifique que este consumo, no sea mayor de 0.5 amperios. Prueba de conexión de bornes Para esta prueba, utilice un voltímetro digital entre el borne y el cable para medir la caída de voltaje. Coloque los terminales del voltímetro, uno en el borne positivo de la batería y el otro en el terminal positivo de la misma; si la caída de voltaje es mayor que 0.5 v, limpie y aprete el borne. Prueba de descarga superficial Si la parte superior de la batería está sucia o mojada (húmeda), pueden generarse pérdidas de corriente y autodescarga, a través de ella. Tome el voltímetro digital y coloque un terminal de éste en un poste de la batería y el otro en la humedad; si hay un voltaje superior a 0.20 v, se está presentando fugas de corriente. Prueba de carga rápida Esta prueba determina si la batería está sulfatada. Cargue la batería durante 3 minutos a 30 o 40 Amperios. Conecte un voltímetro a la batería y observe el voltaje durante la carga. Si el voltaje es mayor de 15.5v en la batería, está sulfatada y debe ser reemplazada. No culpe a la batería por los problemas, hasta que se haya hecho una revisión completa de: Cables de conexión a tierra: la batería está conectada al chasis y al motor por un terminal a tierra y por otro cable a la terminal “viva” conectada a la marcha o arranque. Es importante revisar su estado periódicamente, porque están sujetos a desgastes y corrosión. Si los cables de la batería no son capaces de conducir la corriente eléctrica necesaria, NO podrá operar satisfactoriamente el sistema eléctrico.
	Todas las baterías deben ser almacenadas en un sitio seco y fresco y en su posición normal (bornes hacia arriba), para evitar posibles fugas de electrolito. La existencia de las baterías debe ser rotada en estricto orden: primera en llegar, primera en salir. Los códigos de fecha de fabricación estampados en las cajas de cartón y en las baterías, pueden ser de gran ayuda. Una de las mayores causas de problemas con el reemplazo de las baterías, es no seguir el procedimiento de primera en llegar, primera en salir, y el no mantener unos niveles de inventarios, en balance con la demanda. Baterías almacenadas sin uso por períodos largos, sin carga, aceleran la corrosión, formando una capa de sulfato no-conductor, evidenciándose en la pérdida de capacidad eléctrica. Si la temperatura ambiente del lugar de almacenamiento es elevada, la autodescarga será más acelerada ; es decir, a mayor temperatura ambiente, la batería presenta mayor actividad interna. Cuando se almacenan incorrectamente las baterías, éstas comienzan a perder su carga eléctrica, hasta quedar completamente descargadas. Para evitar ésto, siga las siguientes normas: Almacenaje correcto Almacénese sobre estibas (pallets) de madera preferentemente, ya que ésta actúa como aislante. Asegúrese que se almacenen en bodegas secas y frescas, donde no se tenga el efecto de la luz solar directa. Evite almacenar las baterías cerca a ventanas o donde se presente radiación solar, que incremente la temperatura. Las celdas muestran una disminución gradual del nivel del electrolito, después de un tiempo de estar trabajando la batería, debido a la pérdida de agua del electrolito. Esto es normal; la electrólisis libera gases de hidrógeno y oxígeno, como resultado de la corriente de carga. Las celdas también pierden agua, a causa de la evaporación normal. Estas pérdidas de agua, se deben reemplazar con agua desionizada o desmineralizada, para mantener el electrolito en un nivel adecuado (nunca dejar secar las placas). De esta manera, alargará el tiempo de vida de su batería. Es necesario mantener limpia y seca la superficie o bandeja, donde está instalada la batería. Si se ha producido derrame o fugas externas de electrolito, se debe limpiar con una solución de bicarbonato de sodio, para neutralizar el ácido y evitar la corrosión. Las descargas profundas por largo tiempo, se traducen en entregas de voltajes inferiores a 1.75 v/celda, lo cual causa daños irreversibles a la batería, como son: acelerada formación de sulfatos y disminución de su capacidad eléctrica. Mantenga seca la cubierta de la batería, conectores y terminales libres de sulfato. Adicione grasa blanca o vaselina a todas las partes metálicas, para impedir el desarrollo de la corrosión. Revise periódicamente el funcionamiento de los componentes del sistema de carga. Evite fugas a tierra que drenen constantemente a la batería y/o terminales.

MODO DE CARGA DE LAS BATERIAS

Carga de baterías SLA(Sealed Lead-Acid) Plomo-Ácido

Las baterías de plomo-ácido requieran para su carga un tratamiento diferente a las baterías de NiCd y NiMh, la principal diferencia es que para las de Plomo-ácido se utilizan voltajes fijos a cambio de corrientes fijas.

Voltaje Constante

La carga de baterías de Plomo-Ácido se logra aplicando a la batería un voltaje constantes de 2.45 voltios por celda (Ej. Para  una batería SLA de 12 voltios, que tiene 6 celdas serán 14.6V), con una temperatura ambiente de 20 a 25 ºC. La carga es tara completa cuando la corriente sigue siendo estable por 3 horas.

Voltaje constante y Corriente constante

En este método se  carga la batería controlando la corriente a 0.4C y  el voltaje a 2.45 voltios por celda (Ej. Para  una batería SLA de 6 voltios, que tiene 3 celdas serán 7.35V), con una temperatura ambiente de 20 a 25;  por un tiempo entre 6 a 12 horas dependiendo de estado de descarga de la batería.

Carga Rápida

Cuando se carga rápidamente una batería SLA, se requieren altas corrientes de carga por un corto tiempo para restablecer la energía que ha sido descargada.  Medidas adecuadas como el control de la corriente de carga son requeridas para prevenir la sobrecarga cuando la carga es completa.

Requerimientos básicos de un cargador rápido para baterías SLA son:

• Suficiente capacidad de corriente

• La corriente de carga debe ser automáticamente controlada para prevenir sobrecarga aún cuando en cargas prolongadas.

• La temperatura ambiente no debe se superior a 40 ºC ni inferior a 0 ºC.

• Debe garantizarse un ciclo de vida (Carga/descarga) seguro. De acuerdo a las recomendaciones del fabricante.

 

RECTIFICACION DE MEDIA ONDA

Rectificador de media onda

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El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de entrada (Vi) convirtiéndola en corriente directa de salida (Vo).

Es el circuito más sencillo que puede construirse con un diodo.

Contenido [ocultar] 1 Análisis del circuito (diodo ideal) 1.1 Polarización directa (Vi > 0) 1.2 Polarización inversa (Vi < 0) 1.3 Tensión rectificada 2 Véase también

Análisis del circuito (diodo ideal) [editar]

Los diodos ideales, permiten el paso de toda la corriente en una única dirección, la correspondiente a la polarización directa, y no conducen cuando se polarizan inversamente. Además su voltaje es > 0.

Polarización directa (V_i > 0) [editar]

En este caso, el diodo permite el paso de la corriente sin restricción, provocando una caída de potencial que suele ser de 0,7 V. Este voltaje de 0,7 V se debe a que usualmente se utilizan diodos de silicio. En el caso del germanio, que es el segundo mas usado el voltaje es de 0,3 V

V_o = V_i - V_D → V_o = V_i - 0,7 V

y la intensidad de la corriente puede fácilmente calcularse mediante la ley de Ohm:

Polarización inversa (V_i < 0) [editar]

En este caso, el diodo no conduce, quedando el circuito abierto. La tensión de salida es nula, al igual que la intensidad de la corriente:

V_o = 0 I = 0

Tensión rectificada [editar]

Como acabamos de ver, la curva de transferencia, que relaciona las tensiones de entrada y salida, tiene dos tramos: para tensiones de entrada negativas la tensión de salida es nula, mientras que para entradas positivas, la tensión se reduce en 0.6V. El resultado es que en la carga se ha eliminado la parte negativa de la señal de entrada.

 

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Véase también [editar]

RECTIFICADOR

Rectificador de onda completa

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Un Rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente directa de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua.

Existen dos alternativas, bien empleando dos diodos o empleando cuatro (puente de Graetz).

Contenido [ocultar] 1 Rectificador con dos diodos. 1.1 Tensión de entrada positiva. 1.2 Tensión de entrada negativa. 2 Puente de Graetz o Puente Rectificador 3 Tensión rectificada.

Rectificador con dos diodos. [editar]

En el circuito de la figura, ambos diodos pueden encontrarse simultáneamente en directa o en inversa, ya que las diferencias de potencial a las que están sometidos son de signo contrario; por tanto uno se encontrará polarizado inversamente y el otro directamente. La tensión de entrada (Vi) es, en este caso, la mitad de la tensión del secundario del transformador.

Tensión de entrada positiva. [editar]

El diodo 1 se encuentra en directa (conduce), mientras que el 2 se encuentra en inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada. El diodo 2 ha de soportar en inversa la tensión máxima del secundario.

Tensión de entrada negativa. [editar]

El diodo 2 se encuentra en directa (conduce), mientras que el diodo 1 se encuentra en inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada pero de signo contrario. El diodo 1 ha de soportar en inversa la tensión máxima del secundario .

Puente de Graetz o Puente Rectificador [editar]

En este caso se emplean cuatro diodos con la disposición de la figura. Al igual que antes, sólo son posibles dos estados de conducción, o bien los diodos 1 y 3 están en directa y conducen (tensión positiva) o por el contrario son los diodos 2 y 4 los que se encuentran en directa y conducen (tensión negativa)..

A diferencia del caso anterior, ahora la tensión máxima de salida es la del secundario del transformador (el doble de la del caso anterior), la misma que han de soportar los diodos en inversa, al igual que en el rectificador con dos diodos. Esta es la configuración usualmente empleada para la obtención de onda continua

Tensión rectificada. [editar]

Como acabamos de ver, la curva de transferencia, que relaciona las tensiones de entrada y salida, tiene dos tramos: para tensiones de entrada positivas las tensiones de entrada y salida son iguales, mientras que para tensiones de entrada negativas, ambas son iguales pero de signo contrario. El resultado es que en la carga se ha eliminado la parte negativa de la señal de entrada trasformándola en positiva. La tensión máxima en el circuito de salida es, para igual tensión del secundario del trasformador:

Vo = Vi = Vs/2 en el rectificador con dos diodos. Vo = Vi = Vs en el rectificador con puente de Graetz.

 

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Ley de Ohm               

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Circuito mostrando la Ley de Ohm: Una fuente eléctrica con una diferencia de potencial V, produce una corriente eléctrica I cuando pasa a través de la resistencia R

La Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación:

donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que:

• I = Intensidad en amperios (A)
• V = Diferencia de potencial en voltios (V)
• R = Resistencia en ohmios (Ω).

Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando la resistencia del conductor varía con la temperatura, y la temperatura del conductor depende de la intensidad de corriente y el tiempo que esté circulando.

La ley define una propiedad específica de ciertos materiales por la que se cumple la relación:

Un conductor cumple la Ley de Ohm sólo si su curva V-I es lineal, esto es si R es independiente de V y de I.

 Ley de los nodos o ley de corrientes de Kirchhoff [editar]

1a. Ley de circuito de Kirchhoff

(KCL - Kirchhoff's Current Law - en sus siglas en inglés o LCK, ley de corriente de Kirchhoff, en español)

En todo nodo, donde la densidad de la carga no varíe en un instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes salientes.

La suma de todas las intensidades que entran y salen por un Nodo (empalme) es igual a 0 (cero)

Un enunciado alternativo es:

En todo nodo la suma algebraica de corrientes debe ser 0 (cero)..

Ley de las "mallas" o ley de tensiones de Kirchhoff [editar]

2a. Ley de circuito de Kirchhoff

(KVL - Kirchhoff's Voltage Law - en sus siglas en inglés. LVK - Ley de voltaje de Kirchhoff en español.)

En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma de todas las subidas de tensión.

Un enunciado alternativo es:

En toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico debe ser 0 (cero).

 

ley de ohm,watt,kirchoff,ejemplos y formulas

Ley de Ohm               

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Circuito mostrando la Ley de Ohm: Una fuente eléctrica con una diferencia de potencial V, produce una corriente eléctrica I cuando pasa a través de la resistencia R

La Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación:

donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que:

• I = Intensidad en amperios (A)
• V = Diferencia de potencial en voltios (V)
• R = Resistencia en ohmios (Ω).

Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando la resistencia del conductor varía con la temperatura, y la temperatura del conductor depende de la intensidad de corriente y el tiempo que esté circulando.

La ley define una propiedad específica de ciertos materiales por la que se cumple la relación:

Un conductor cumple la Ley de Ohm sólo si su curva V-I es lineal, esto es si R es independiente de V y de I.