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  • VIDA ÚTIL DE LAS BATERÍAS

Introducción

Normalmente, al usuario de baterías le interesa saber la vida útil que tendrá la misma, y generalmente recibe como respuesta una contestación que parece ambigua o que parece lo suficientemente complicada como para no entender. No es esto que pretende trasmitir el fabricante de baterías. Las variables que entran en juego para definir la expectativa de vida de una batería son tantas que no se puede dar una respuesta inmediata y exacta sin tener en cuenta las condiciones en las que la misma prestará servicio.

Variables que influyen en la vida de una batería:

Tipo y espesor de placas.
Aleaciones de las grillas. Resistencia interna de la batería.
Composición de los óxidos activos utilizados.
Temperatura de régimen.
Profundidad de las descargas efectuadas.
Sistemas de carga.
Densidad de electrolito.
Volumen de batería y costo.

Expectativa de vida

Hay dos formas de definir la expectativa de vida de una batería:

A-En condición de funcionamiento de flote.
B-En condición de ciclado.

A-Flote se denomina a la condición en la cual la batería esta en su máxima carga posible. Puede estar entregando energía, pero al mismo tiempo la esta recibiendo de otra fuente primaria a través del cargador.
B-Ciclo es todo proceso de descarga que se produce en la batería seguido de su carga.

En este ciclo se puede pedir a la batería que entregue desde 5 % hasta 80% de la energía disponible, lo que se denomina profundidad de descarga. La cantidad de ciclos que pueda brindar la batería variará en forma inversamente exponencial a la energía que se la saque en cada ciclo.

Se considera bajo las normas IEEE que una batería llegó al fin de su vida útil cuando entrega menos del 80% de la capacidad estándar.

Cabe destacar que una batería recién llega a su capacidad estándar cuando se le efectúen entre 3 y 5 ciclos de carga y descarga, dado que se realiza completamente el formado y ablande de las placas.

Tipo de placas

Una placa es el conjunto formado por una grilla de aleaciones de plomo responsable de conducir la corriente de carga y descarga y de soporte mecánico de los óxidos activos, los cuales a través de una reacción química con el electrolito entregan en la descarga una cierta energía eléctrica.

Este conjunto llamado placa será de distintas formas según el uso al que se destine la batería.

Placa plana

Es aquella en la cual los óxidos activos se encuentran empastados en la grilla que sirve de soporte mecánico cuya forma es plana. Es una placa adecuada para servicio a flote o para descargas de hasta 30 % de la capacidad. Dentro de las placas planas tenemos variaciones en el espesor de la misma. Lo que define la capacidad de la batería no es el espesor de placa sino la cantidad de material activo y su relación con la cantidad de ácido sulfúrico. No es lo mismo para la batería entregar su energía en 8 horas que en 15 minutos. En una descarga rápida tiene interacción con el electrolito sólo la superficie de la placa ya que la rapidez de la descarga no permite una reacción química de todo el material activo de la placa, por lo que en este caso convendrían muchas placas finas para dar a la batería una alta performance entre un minuto a 15 minutos. En una descarga lente donde interactúa todo el óxido contenido en la placa, se utilizan placas de mayor espesor.

Placa tubular

Esta compuesta por un peine de aleación de plomo donde alrededor de cada espina se encuentra el material activo soportado por una malla permeable que sirve de vaina y no permite el desprendimiento de óxidos al mismo tiempo que permite el paso del electrolito. Este tipo de placa resiste el ciclado profundo, tiene expectativa de vida de alrededor de 1500 ciclos al 800% de capacidad de descarga. Se utiliza donde las descargas profundas son muy frecuentes como en el caso de un autoelevador eléctrico o instalaciones de energía fotovoltaica.

Aleación de las grillas

Las grillas que conforman el circuito eléctrico de la placa están compuestas por aleaciones de plomo. En estas aleaciones intervienen muchos materiales, siendo los más importantes las variantes en antimonio, selenio y calcio. Estas aleaciones dan a la batería distintas características, mientras que el antimonio le da buena característica del ciclado, le aumenta la resistencia interna a la batería durante su vida útil, y produce un consumo de agua y gasificaciones de O2 e H2 que están en valores altos en comparación con una aleación de selenio o calcio. La aleación de calcio disminuye la resistencia interna y autodescarga de la batería a valores muy bajos llevando la gasificación a valores del 5% al 10% respecto a una mima batería con antimonio. Al mismo tiempo no responde al ciclado como una batería con antimonio. , por eso el calcio se utiliza en sistemas de flote. El selenio en la aleación permite un muy bajo contenido de antimonio para reducir así el mantenimiento de la batería. Volvemos a encontrar dos alternativas. Si se quiere libre mantenimiento sin gasificación hay que optar por calcio; si se quiere buena respuesta al ciclado sin importar el consumo de agua, la gasificación y el libre mantenimiento se debe optar por el antimonio.

Óxidos activos

La composición de los óxidos activos y de las relaciones dimensionales de las placas con los demás parámetros intervinientes en la batería difiere según el uso que se le dará a la batería.

Temperatura de régimen

Las capacidades y vida de las baterías normalmente están especificadas a 25º C (77º F) de temperatura. Si se trabaja a temperaturas menores esto trae como consecuencia una disminución en la capacidad de la batería y un muy leve aumento en su vida útil. Pero si se trabaja a temperaturas mayores a 25º C la capacidad aumenta pero la vida útil disminuye en una proporción importante, cada vez mayor a medida que la temperatura aumenta.

Profundidad de las descargas

Un análisis rápido diría que conviene siempre la placa tubular, pero esta apreciación no es correcta ya que los costos de cada tipo de batería difieren. Por lo tanto muy posiblemente, no es rentable comprar una batería tubular si se esta pensando en un sistema de emergencia en donde el ciclado no es diario y donde la batería llegará al final de su vida, no por que hay llegado a la cantidad máxima de ciclos que podría brindar, si no porque llegó al fin de su vida útil a flote, en este caso sin duda la mejor alternativa técnico – económica será la placa plana de calcio. En el caso de necesitar un número de ciclos que la batería de placa plana no puede brindar a su máxima profundidad de descarga, se puede sobredimensionar la batería y logrando así que la profundidad de descarga sea menor, la batería dure mas ciclos, y ser aún así, una alternativa más económica que la placa tubular.

Sistema de cargas

En la vida útil de la batería el sistema de carga y el funcionamiento del cargador cumplen una función de vital importancia. Tanto una sobrecarga como una subcarga afectan la capacidad de la batería y su vida útil.

Una batería que esta descargada, ademas de sufrir una sulfatacion permanente e irreversible de la placa negativa, se vera sometida a un ciclo mas profundo en el momento de la descarga. Esto es porque si se había dimensionado la batería para tomar el 60 % de su capacidad (considerando la batería totalmente cargada) y en realidad no tiene su carga total se le estará realizando un ciclo de mayor profundidad, lo que le disminuirá la vida útil.

Cargado de baterías: Tensión de flote

Consiste en cargar la batería a una tensión constante de 2,25 V por celda y corriente limitada. Esto se logra con un cargador de construcción sencilla y económica, pero el tiempo que tarda la batería en cargarse es prolongado superando las 24 horas, por lo que si el ciclado es diario no se recargara la batería entre ciclo y ciclo.

Cargado de baterías: Cargador fondo - flote

Consiste en mantener la batería a tensión de fondo de 2,35 a 2,4 V por celda, con la corriente limitada a 10% de capacidad de 20 horas y cuando la batería llega al 14,1 o 14,4 V bajar a tensión de flote (2,25 vpc), hasta que este totalmente cargada, momento en el que toma alrededor de 100 miliamperes por cada 100 Ah de capacidad.

Este método es mas costoso pero logra la total carga de las baterías en menos de 20 horas por lo que es el único recomendado para baterías sometidas a ciclos diarios y asegura que la vida útil de la misma sea la esperada.

Densidad de electrolito

A mayor cantidad de ácido sulfúrico diluido en agua, se logra un electrolito de mayor densidad con el consiguiente aumento de la capacidad de descarga de la batería y un mejor mantenimiento de la tensión. Al mismo tiempo se produce un ámbito mas agresivo para las placas y separadores disminuyendo la expectativa, mas aun en climas cálidos.

Volumen de la batería y su costo

Al estar todas las variables relacionadas, es difícil, sino imposible optimizar todas ellas al mismo tiempo, mas aun si lo que se busca en un volumen de batería reducido y bajo costo de inversión. Se puede lograr una batería de descarga rápida con placas anchas colocando la misma superficie de placa que en una batería de alta performance, claro esta que a igual superficie con placas de mayor espesor crece el volumen de la batería y su precio, aumentando su vida útil.

Conclusión

Queda claro que no hay una batería para cubrir todas las posibilidades de uso, ni se puede definir tan rápidamente la vida útil, ya que esta puede modificarse si cambian los parámetros externos al sistema de batería. No se puede simplificar en un solo producto. Es por ello que las empresas lideres en el mundo, en el ramo de baterías, tienen varias decenas de productos disponibles.
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