Parámetros de un acumulador - Arturo Lara

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7. Parámetros de un acumulador
En las instalaciones solares fotovoltaicas (ISFTV), sobre todo en las aisladas, la
fiabilidad y eficiencia de los circuitos de utilización de la instalación eléctrica fi-
nal depende en gran medida del sistema de almacenamiento o acumulación de la
energía eléctrica. En realidad este es el gran problema de la electricidad que, como
sabemos por Electrotecnia, los electrones no se pueden almacenar en cantidades
industriales.
De ahí que todo esfuerzo que se haga en I+D+I por conseguir unos acumuladores
eléctricos cada vez más potentes contribuirá, por un lado, a mejorar las aplica-
ciones de la electricidad y por otro a ir resolviendo el gran problema de almace-
nar la energía captada en horas de insolación para poder utilizarla, después, en ho-
ras nocturnas o de débil insolación. Las magnitudes o parámetros que definen una
batería toman unos valores que dependen mucho del tipo constructivo de acu-
mulador y de las aplicaciones a las que va destinado. En ISFTV los parámetros de
tensión, capacidad, ciclaje y temperatura son de capital importancia.
En nuestro caso, las baterías estacionarias tipo OPzS se caracterizan por las si-
guientes magnitudes:
Tensión, capacidad, potencia y energía, vida según régimen de descarga.
7.1. Tensión
Según que consideremos un solo elemento en un solo vaso o celda, varios ele-
mentos conexionados en serie dentro de un monobloque y el estado de funcio-
namiento en que se encuentra el acumulador podemos considerar:
· Potencial de electrodo: es la tensión que se produce entre la interfase me-
tal-electrólito por la reacción química entre electrólito-electrodo y aparece en-
tre los dos electrodos de una celda con el acumulador en vacío sin circulación
de corriente. Solo puede medirse cuando se utiliza como electrodo de referen-
cia el electrodo de hidrógeno H2. Es importante este concepto de la ddp que se
obtiene, como hemos visto, en los PARES REDOX en las reacciones de oxida-
ción reducción. Comercialmente se emplea el concepto de tensión en vacío.
· Tensión en vacío: depende del potencial de electrodo, de la densidad del elec-
trólito y de la temperatura. Se mide en voltios y su valor es tal que se empa-
quetan grupos de electrodos hasta que dé 2,15 V (Upe). Para un solo elemen-
to la tensión en vacío o a circuito abierto es de 2,15 V, a 25 ^C, y para una
densidad del electrolito de 1,280 g/cm'.
· Tensión de flotación: tensión superior a la de circuito abierto para conservar
completamente cargado el acumulador cuando no está trabajando. Todos los
acumuladores sufren una autodescarga que se compensa con una pequeña co-
rriente si se supera la tensión de alimentación en unos 0,2 V superior a la ten-
sión en vacío del elemento acumulador. Así la tensión de flotación de un ele-
mento Pb-ácido es del orden de 2,35V, para mantenerlo totalmente en el estado
de plena carga. En los datos técnicos se da un valor ajustado medio por ele-
mento (Upe) con ±1% de tolerancia con especificación de La norma corres-
pondiente.
caso práctico inicial
Parámetros de un acumulador
v cabulario
Plomo
Metal pesado, dúctil, maleable,
blando, de color ligeramente azul,
que al aire se oxida con facilidad y
que con los ácidos forma sales vene-
nosas. Se obtiene principalmente de
la galena. Número atómico 82. sím-
bolo atómico Pb. Funde con facili-
dad pues su temperatura de fusión
son 327,4 °C. Hierve a 1.725 °C.
Densidad 11.340 kg/m \ Buen con-
ductor de la electricidad: conducti-
vidad eléctrica 4,81 • 106 m"' • Q_1
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Unidad 2
En las características técnicas de los equipos de carga que se denominan reguladores (se tratan en la unidad 3) los fabricantes indican una rango de tensiones de flotación entre los que puede actuar para cargar la batería,
t Figura 2.16. Valor corregido de la tensión de flotación según algunos fabricantes, en función de la temperatura en el momento de la recarga, a) Tensión por elemento Upe (V). b) Tensión para una batería de tensión nominal 12 V.
Si la temperatura es distinta de 25 °C los fabricantes dan factores de corrección, tablas, gráficos o fórmulas para calcular el valor corregido de la tensión de flotación. En la figura 2.16 se indica un gráfico tipo en el que se aprecia cómo se aumenta el valor de la tensión a medida que disminuye La temperatura.
Una fórmula generalizada es:
[5] Uvalorcorregido = U25 =C - [(Tactual ~ 25 °C) • (0,0055 V/°C)|
v cabulario
Polarización
Cambio del potencial de una celda desde su valor de equilibrio por el paso de una corriente eléctrica. La despolarización física se consigue mediante la electroposición de una masa suelta de metal sobre la rejilla. La despolarización química se consigue con el empleo de un agente oxidante para que la reacción del hidrógeno con el oxígeno forme agua (HjO).
EJEMPLO
Si la tensión de flotación recomendada que nos da una fabricante en las especificaciones de un acumulador de Pb-ácido es de 2r32V para una temperatura de 25°C. ¿Qué valor corregido de tensión de flotación le corresponde si la temperatura en el momento de efectuar la recarga es de Tactuai = 40 °C y de 10 °C.
Solución:
Aplicando la fórmula anterior
Uvaim = U25 °c - [(Twual - 25°C) • (0,0055 VAC)] = 2,32 - (40 - 25) - 0,0055 = = 2,2375 V
Uvall)rctWígid0 = U25=c ~ KT^i - 25 °C) • (0,0055 VAC)] = 2,32 - (10 - 25) ■ 0,0055 = = 2,4025 V
• Tensión de carga: si a un acumulador descargado le aplicamos la tensión de flotación conseguimos llevarlo al estado de plena carga pero en un tiempo muy largo. Para optimizar este, se necesita un mayor valor de tensión, llamado tensión de carga del acumulador, o tensión de igualación que nos asegure un gaseo y homogeneización del electrolito en todos los elementos en un tiempo relativamente corto no superior a 3 horas. De esta forma se elimina la estratificación (véase definición en unidad 3). En un acumulador de Pb-ácido
Baterías y acumuladores
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el valor de la tensión de igualación suele estar comprendido entre 2,50 y 2,55 V por elemento. Se debe tener en cuenta que a partir de 2.35-2,40 V el electrólito empieza a gasificar y por tanto debemos vigilar el nivel de agua cuando realizamos la operación de carga del acumulador. Este parámetro depende de la temperatura y de la intensidad en el momento de efectuar la carga, por lo que se debe atender a las especificaciones del fabricante para no sobrepasar los valores que se indiquen con el fin de no dañar las placas. Debe coordinarse con la tensión final de carga de los reguladores cuyos tipos y características se estudian en la unidad 3.
· Tensión nominal: valor asignado de funcionamiento. Todos los acumuladores Pb-ácido están compuestos por elementos de 2 V nominales y se comercializan sueltos (por elementos de 2 V) o interconexionados en serie, formando un monobloque de 12 o 24 V (el monobloque de 12 V es el más utilizado en ISFTV).
· Tensión final de corte: También llamada tensión final de descarga, es un valor de tensión, tal que, nos indica la finalización de la descarga, para que la capacidad obtenida en ese punto sea útil en el tipo de aplicación instalada. Es una función no lineal como se indica en la figura 2.17 y el corte con el régimen de descarga puede alcanzar valores importantes en los acumuladores Pb-ácido. Por ejemplo: valor de 1,9 V en un acumulador para ISFTV, con descarga lenta en 100 horas; frente a IV para una descarga rápida, en frío, para acumulador de automóvil.
En el acumulador de niquel-cadmio suele ser del orden de IV. Los fabricantes dan este valor en la tabla de datos de temperatura y capacidad.
v cabulario
Polipropileno [—(C3 H6)-n]
Es un polímero termoplástico de la familia de las poliolefinas que se obtiene a partir de la polimerización del propileno o propeno (hidrocarburo o compuesto orgánico de carbono e hidrógeno). Es un gas incoloro en condiciones normales de temperatura y presión, y que licúa a -48°C).
El polipropileno se clasifica por las materias primas que se utilizan en su elaboración y por composición química. En nuestro caso, para baterías, se utiliza el copolímero de impacto, que resistemuy bien bajas temperaturas.
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T Figura 2.17. Tensión final de corte y tiempo de descarga para distintos regímenes