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7.1. Capacidad La capacidad de una celda es la cantidad total de electricidad transferida a través de la intercara metal-electrólito en la reacción electroquímica definida en culombios por la Ley de Faraday. Es la intensidad de corriente que es capaz de suministrar la batería en un determinado tiempo. Se mide en amperios-hora, (A • h). Se cuantifica por las Leyes de Faraday que hemos visto en las fórmulas (1 ] y [2] y ppppoooooooooooooooi 76 Unidad 2 v cabulario Potencial de equilibrio Diferencia de potencial entre un electrodo y un electrólito cuando hay un equilibrio en la reacción del electrodo con el medio. Profundidad de descarga Relación entre la cantidad de corriente (Ah) cedida por una bate- ría y la capacidad total de la misma. Radical Ver ion. es por tanto proporcional a la cantidad de sustancia electrolíticamente descom- puesta. Esta sustancia es la cantidad de materia activa del electrodo positivo y ne- gativo, controlando el valor real de la capacidad aquel electrodo que le quede me- nos materia activa, bien por desprendimiento o bien por las reacciones de oxidación-reducción que se producen. De ahí la importancia en la fabricación de elegir un adecuado material activo y conseguir una buena fijación sobre la rejilla. Hemos visto que la cantidad de electricidad de 96.500 C (constante de Fara- day) descomponen siempre A/n gramos de metal por segundo, cualquiera que este sea. Por tanto, de las leyes de la electrólisis, podemos expresar la capaci- dad de una batería mediante la generalizada Ley de Faraday: [6] Q = I • c = e • F • N (A h) e: número de electrones transferidos en la reacción completa de descarga. F: constante de Faraday de 96.500 C. N: número de moles oxidados o reducidos Siempre se debe aplicar esta Ley de Faraday a los dos electrodos (positivo y nega- tivo) y el que nos dé el valor inferior es el que nos determina la capacidad de la batería. La capacidad así calculada con esta fórmula es la teórica, pues el valor práctico con el que trabajamos depende del tipo y estructura de los electrodos, y de los parámetros externos de descarga. En la práctica, interpretamos la capacidad como la cantidad de electricidad que puede obtenerse durante una descarga completa del acumulador plenamente cargado y se mide en amperios • hora (Ah) para un determinado tiempo de des- carga. Es decir, en principio, un acumulador de 280 Ah es capaz de suministrar 28 A en 10 horas o 2,8 A en 100 horas. Ahora bien, esto solo es válido como concepto del producto A • h, pues la capacidad del acumulador disminuye si el tiempo de des- carga es muy corto, y por el contrario, si el tiempo de descarga aumenta, la capa- cidad del acumulador aumenta. Eso último confirma las características de un acu- mulador si consultamos las tablas de fabricantes o en nuestro caso la indicada en Mundo Técnico. En la actualidad se fabrican baterías de acumuladores monobloque que van desde decenas a varios miles de Ah dependiendo del fabricante y tipo constructivo. Es muy importante la aplicación que vamos a dar a la batería pues el grado de exi- gencia, por ejemplo, en baterías de arranque es muy distinto a las prestaciones que debe dar una batería en ISFTV. Estos factores externos influyan en la fabrica- ción junto con los parámetros de descarga que analizamos aquí. Estos parámetros (además de la intensidad y el tiempo) son la temperatura y la tensión final de corte (indicada más arriba) que definen ¡a descarga y por tanto influyen en la ca- pacidad de una batería. • El régimen de descarga intensidad-tiempo afecta a la capacidad, pues si la in- tensidad es muy elevada a costa del bajo tiempo, las reacciones de oxidación- reducción quedan confinadas a las capas de material activo en contacto inme- diato con el electrólito, y la capacidad se limita porque no hay tiempo suficiente para la difusión del electrólito entre los poros de las placas. Es decir, a altas in- tensidades la difusión adquiere una mayor importancia, produciéndose una fuerte caída de tensión que influye en la polarización de concentración con una mayor demanda de material activo que el que se produce desde el seno del elec- trólito hacia la superficie del electrodo. www.elsolucionario.org Baterías y acumuladores 77 A mayor intensidad de descarga, menor es el valor de la capacidad del acu- mulador y viceversa (véase tabla 2.5 y el ejemplo de más abajo). Ahora bien, la capacidad aumenta hasta que los valores de la intensidad de des- carga son tan bajos que no hay limitaciones por la difusión debido al agota- miento de la materia activa y se produce la sulfatación (ver unidad 3). Con baja corriente de descarga durante un largo periodo de tiempo el sulfato de plomo aumenta en exceso sobre las placas y la intensidad de carga no consigue des- prenderlo con lo que se acorta considerablemente la vida de la batería. En ISFTV se suele dar la capacidad referida a 100 horas de descarga (C100) dado que las instalaciones se suelen dimensionar para una autonomía de unos 5 días apro- ximadamente. Los regímenes, no se dan en amperios, sino en: horas necesarias para plena descarga (C6, CIO, ... , C100, etc) hasta la tensión final de corte. La capacidad e intensidad nominal siempre se deben dar referidas a un régi- men de descarga. Por ejemplo, a una capacidad nominal de Cn = 360 A • h y para C72 le corresponde una intensidad nominal In =5A. Es decir, puede su- ministrar 5 A constantes durante 72 horas de funcionamiento. v cabulario Reacción de oxidación-redu- ción (redox) Es una reacción química corres- pondiente a la acción de un oxi- dante sobre un cuerpo reductor, que da lugar a la reducción del oxi- dante y a la oxidación del reductor. La oxidación de un cuerpo corres- ponde a la pérdida de electrones y la reducción corresponde a una ganancia de electrones. Tipo batería C6 CIO C12 C24 C48 C72 C100 C120 C240 Tensión corte 1,75 Upe 1,80 Upe 1,80 Upe 1,80 Upe 1,80 Upe 1,80 Upe 1,85 Upe 1,85 Upe 1,85 Upe OPzS Solar 70 55,0 51,5 63,7 69,4 78,4 79,8 83,2 82,7 92,9 OPzS Solar 140 95,4 103,0 108,2 118,7 141,6 137,8 144,0 139,9 162,3 OPzS Solar 210 131,4 154,5 150,7 167,0 187,5 196,2 204,5 208,3 234,1 OPzS Solar 280 203,4 206,0 229,3 250,8 296,2 289,2 301,8 294,0 338,3 OPzS Solar 350 245,5 257,5 284,0 311,5 374,2 361,2 377,5 364,1 424,5 OPzS Solar 420 284,3 309,0 322,9 354,6 420,8 410,8 429,4 417,7 482,9 t Tabla 2.5. Capacidad en Ah (Desde C6 hasta C240 a T = 25 °C), baterías monobloque de 12 V. Estacionarias Clasic Solar de Pb-ácido. EXIDE. EJEMPLO Calcular la corriente constante que puede suministrar una batería OPzS Solar 280 en regímenes: a) C10. b) C24. c) C100. d) C240. Solución: a) Capacidad = 206,0 Ah; Intensidad = Ah/CIO = 206,0/10 = 20,60 A b) Capacidad = 250,8 Ah; Intensidad = Ah/C24 = 250,8/24 = 10,45 A c) Capacidad = 301,8 Ah; Intensidad = Ah/C100 = 301,8/100 = 3,018 A d) Capacidad = 338,3 Ah; Intensidad = Ah/C240 = 338,3/240 = 1,40 A Como vemos, se verifica en este ejemplo, que a mayor intensidad de descar- ga (20,6 A) la capacidad del acumulador disminuye (206,0 Ah) y viceversa: cuando se disminuye la intensidad de descarga durante un mayor periodo de descarga la capacidad aumenta (338,3 Ah). • Influencia de la temperatura. Si la temperatura aumenta se incrementa la ca- pacidad y siempre los fabricantes la especifican referida a una temperatura, por ejemplo 25 °C. Es importante prever las temperaturas extremadamente bajas para evitar la con- gelación del electrólito cuando el acumulador ha sufrido una descarga, pues sa- bemos que en estado descargado la densidad del electrólito disminuye y con ella el punto de congelación. v cabulario Reducción electroquímica Proceso catódico por el se incorpo- ran electrones a los átomos o a los aniones. Régimen de descarga Valor de la corriente que se extrae de la batería. Normalmente se expresa como una fracción de la capacidad nominal de la batería o se referencia al número de horas de duración de la descarga. 78 Unidad 2 v cabulario RejillaEstructura de una placa o electro- do, que soporta el material activo y tiene la función de conductor de la corriente generada. Resistencia interna Resistencia formada por la suma de las resistencias iónicas y electróni- cas de los componentes de la bate- ría que se oponen al paso de la corriente por el interior de la bate- ría. Retención de carga Porcentaje de capacidad que tiene la batería después de haber sido almacenada un cierto periodo de tiempo. Por otro lado hay que tener en cuenta que la autodescarga se acelera cuando la temperatura es superior a 35-40 °C, por que Los fabricantes recomiendan insta- lar las baterías en locales con temperaturas entre 20-25 °C.
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