Capacidad - Arturo Lara

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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
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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.
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Baterías y acumuladores
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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.
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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.