Las baterías de plomo-ácido Existen desde hace décadas como opciones fiables de almacenamiento de energía en diversas aplicaciones, desde la alimentación de automóviles hasta las fuentes de energía de reserva. Sus características inherentes y sus parámetros de rendimiento las convierten en un elemento fijo en el mundo de las baterías que, con toda seguridad, seguirá siéndolo. En este artículo, exploraremos algunos aspectos esenciales que definen las baterías de plomo-ácido, iluminando sus complejidades y aplicaciones.

Introducción

En lo que se refiere al almacenamiento de energía, las baterías de plomo-ácido han conservado su relevancia incluso cuando tecnologías más recientes, como las de iones de litio y las de estado sólido, acaparan el protagonismo. Su resistencia, rentabilidad y facilidad de adaptación garantizan su permanencia en muchas industrias. Un poco de conocimiento sobre algunas características clave y parámetros de rendimiento de las baterías de plomo-ácido ayudará tanto a expertos como a profanos a tomar decisiones informadas sobre su uso.

1. Tensión nominal

La tensión nominal de una batería se refiere a la tensión de salida estándar suministrada por las baterías mientras generan energía. Las baterías de plomo-ácido estándar son de 2 voltios por celda, con configuraciones comunes que van de 6 a 12 celdas. Esto hace que las baterías de 12 V sean unas de las más utilizadas en automóviles y otras aplicaciones. Las tensiones nominales son importantes para garantizar la compatibilidad con los dispositivos que alimentan.

Conocer la tensión nominal es esencial para determinar el estado de carga, estimar su capacidad restante y garantizar un funcionamiento correcto en diversas aplicaciones. Aunque este valor estandarizado guía las consideraciones de diseño, resulta crucial tener en cuenta el comportamiento real del voltaje durante el uso en el mundo real con respecto a las baterías.

2. Capacidad

La capacidad es una métrica importante que describe la cantidad de energía que una batería puede almacenar y suministrar. Expresado en amperios-hora (Ah), indica la resistencia de la batería. Las baterías de plomo-ácido pueden presentar diferentes capacidades en función de factores como el tamaño, la configuración y el diseño. Este parámetro afecta al tiempo que una batería puede soportar una carga antes de recargarse.

Las baterías de plomo-ácido tienen una capacidad que varía en función de la velocidad de descarga y de la temperatura. Su capacidad disminuye generalmente con las descargas lentas, mientras que aumenta con las altas. Además, las baterías de plomo-ácido ven reducida su capacidad a temperaturas extremas, especialmente en condiciones de frío.

3. Tasa de autodescarga

La tasa de autodescarga de las baterías de plomo-ácido se refiere a la pérdida de energía almacenada en esta batería a lo largo del tiempo a pesar de no utilizarse o no estar conectada a una carga. Esto ocurre debido a las reacciones químicas que tienen lugar dentro de las celdas de la estructura de esta pila. Las características internas de las baterías de plomo-ácido muestran una tasa de autodescarga relativamente más alta en comparación con otros tipos de baterías.

Por ejemplo, la tasa de autodescarga de las baterías de plomo-ácido se ve afectada por factores como la temperatura y la antigüedad de la batería. Las altas temperaturas aceleran el proceso de autodescarga. Como resultado, están disminuyendo el rendimiento de la batería y reduciendo su vida útil. Para contrarrestar este problema, los nuevos diseños de baterías de plomo-ácido, así como las tecnologías, han incorporado mejores materiales con métodos de construcción perfeccionados.

4. Eficiencia de la carga

La eficiencia de carga es uno de los parámetros de rendimiento más críticos que indica la eficacia con la que una batería puede convertir la energía eléctrica durante la carga. Las baterías de plomo-ácido tienen una eficiencia de carga razonablemente buena. Los diseños modernos alcanzan alrededor del 85-95%. La cantidad de tiempo y esfuerzo necesarios para recargar la batería indica esta eficiencia. Esto subraya la importancia de la carga repetitiva como componente de las aplicaciones.

La eficiencia de carga de las baterías de plomo-ácido se ve afectada por muchos factores, como la tensión, la corriente y la temperatura de carga. La sobrecarga conduce a una reducción de la eficiencia de la carga, ya que se produce una mayor pérdida de energía, calor y gases dentro de la batería. Las altas tasas de descarga reducen la eficiencia de la carga porque crea una resistencia interna más excelente, así como una transferencia ineficiente de energías en la misma.

5. Resistencia interna

La resistencia interna aumenta aún más la eficiencia energética de una batería. Puede producirse una pérdida desigual de energía durante la descarga y la carga debido al aumento de las resistencias internas, que generan calor. Las moderadas resistencias internas caracterizan a las baterías de plomo-ácido, afectando consecuentemente a sus prestaciones en altas demandas de corriente, que son causadas por factores tales como las resistencias del electrolito/material del electrodo, entre otros. Esta resistencia provoca caídas de tensión dentro de la batería que se producen tanto durante los procesos de carga como de descarga.

Una resistencia interna elevada tiene muchas implicaciones. Durante la descarga, la tensión de salida de la batería se ve afectada por una alta resistencia interna que afecta a los dispositivos o sistemas que dependen de su rendimiento. Además, durante los altos flujos de corriente, el calor se genera calor debido a estos tipos de resistencia interna; por lo tanto, las pérdidas de energía también se incurre, así como la aceleración de la batería de degradación de la batería.

6. Amperios de arranque en frío (CCA)

Uno de los parámetros más críticos del rendimiento de las baterías de plomo-ácido, especialmente las destinadas a automóviles, es el amperaje de arranque en frío (CCA). La CCA representa una medida para mostrar cuánta corriente se puede suministrar a bajas temperaturas e indica cuánto tiempo se puede mantener esta corriente sin mantener un nivel de tensión mínimo aceptable.

La primera potencia de una batería ilustra bien cómo una batería bastante buena podría arrancar un motor en condiciones de frío. Las baterías con mayores índices de CCA tienen más corriente eléctrica para el motor de arranque y, por tanto, permiten un encendido fiable del motor incluso cuando se enfrentan a retos climatológicos exigentes como el aumento de la viscosidad del aceite del motor.

7. Tarifa de 20 horas y tarifa de 10 horas

La tasa de 20 horas y la tasa de 10 horas se utilizan para medir la capacidad de las baterías de plomo-ácido durante distintos periodos.

«C20» es el índice de descarga de una batería de plomo-ácido durante 20 horas. Esta tasa se refiere a la cantidad de capacidad o energía que tiene para suministrar una corriente más estable durante 20 horas manteniendo su voltaje dado. Está disponible principalmente para determinar la capacidad de las baterías de plomo-ácido de ciclo profundo, cuyas aplicaciones exigen corrientes bajas sostenidas durante un largo periodo.

Del mismo modo, el índice de 10 horas, denominado «C10», mide la capacidad de la batería durante un periodo de descarga de 10 horas. Este tipo de tasa se aplica principalmente en las baterías de plomo-ácido más pequeñas. Puede indicar la eficacia o ineficacia de la batería cuando se utiliza en aplicaciones que requieren tasas de descarga superiores a la tasa de 20 horas.

Estos índices normalizan la medición y notificación de las capacidades de las pilas, de modo que tanto los consumidores como los fabricantes puedan tomar decisiones informadas sobre la elección de las pilas teniendo en cuenta sus necesidades. Además, aunque algunas baterías son capaces de tolerar descargas más altas a ritmos más rápidos, esto afectará a su capacidad, ya que varía con factores como la resistencia interna y los procesos químicos dentro de la batería.

8. Vida útil del flotador y ciclo de vida

La flotación y el ciclo de vida son indicadores clave de la durabilidad del plomo-ácido, ya que reflejan su rendimiento y longevidad en diferentes condiciones de funcionamiento.

Vida de flotación: La vida de flotación es cuando una batería de plomo-ácido puede funcionar de forma fiable en un estado de carga de flotación con poco o ningún deterioro perceptible. En la carga de flotación, la batería mantiene su conexión a una carga de goteo continua a un voltaje más bajo, pero sigue teniendo un estado de carga. La vida en flotación es necesaria para aplicaciones que requieren una fuente de energía segura y constante, como los sistemas de reserva y el alumbrado de emergencia. La vida en flotación, más significativa, muestra cuánto tiempo tolerarán las baterías periodos prolongados de funcionamiento en espera manteniendo su capacidad y rendimiento.

Duración del ciclo: La vida útil es el número de ciclos de carga y descarga que puede soportar una batería de plomo-ácido sin que su capacidad se deteriore notablemente. Este parámetro es útil en aplicaciones que requieren ciclos frecuentes, como el almacenamiento de energía renovable y los vehículos eléctricos. Una mayor vida útil muestra la tolerancia a ciclos repetidos de carga y descarga, manteniendo la capacidad y el rendimiento de una batería. Las descargas más profundas de lo recomendado afectarán a la duración del ciclo.

El conocimiento tanto de la vida de flotación como de la vida útil del ciclo ayuda a los usuarios a elegir baterías de plomo-ácido que se ajusten a los requisitos específicos de su aplicación. Equilibrar la vida de flotación y la vida de ciclo es importante para optimizar la vida útil y la eficiencia operativa de la batería en distintos escenarios.

9. Rendimiento de seguridad

La seguridad es un componente importante del rendimiento de las baterías de plomo-ácido en comparación con otras químicas menos propensas al desbordamiento térmico, pero las baterías de plomo-ácido siguen presentando problemas de seguridad:

1. Gaseado y ventilación: Durante la carga, las baterías de plomo-ácido producen hidrógeno y oxígeno. En espacios poco ventilados o confinados, estos gases se acumulan, lo que supone un elemento de riesgo de explosión sobre el mismo. Lo mejor sería utilizar una ventilación adecuada para disipar dicho gas sin que suponga un elemento de riesgo de explosión.

2. Fugas de ácido: Las baterías de plomo-ácido tienen ácido sulfúrico como electrolito, por lo que pueden producirse fugas por cualquier daño causado a la carcasa de la batería. Esto también provoca riesgos de quemaduras químicas junto con posibles peligros medioambientales.

3. 3. Sobrecarga: En la acción de sobrecarga, hay más producción de gas, lo que lleva a la pérdida de electrolito, sobrecalentamiento y posiblemente dañar la batería. Los cortocircuitos accidentales debidos a daños o fallos internos provocan generación de calor, salpicaduras de electrolito y posibles incendios.

4. 4. Mantenimiento: El fallo de la batería puede ser consecuencia de una manipulación inadecuada, que incluye la adición de agua no destilada o métodos de carga incorrectos, la liberación de gas o la fuga de ácido.

Unas técnicas adecuadas de manipulación, mantenimiento y almacenamiento, así como el seguimiento de las directrices del fabricante, pueden reducir los problemas de seguridad relacionados con las baterías de plomo-ácido.

10. Características de temperatura

Las características de la temperatura afectan en gran medida al rendimiento de las baterías de plomo-ácido. A diferentes temperaturas, estas baterías muestran comportamientos variados: Eficiencia de carga y descarga: El frío actúa como un obstáculo para las reacciones químicas dentro de la batería en poco tiempo. Estas reacciones químicas reducidas causan una carga pobre junto con la eficiencia de descarga de la batería. Las temperaturas elevadas pueden acelerar estas reacciones para acelerar la pérdida de capacidad.

●Autodescarga: En condiciones ambientales extremas, las altas temperaturas pueden acelerar la tasa de autodescarga de una batería, haciendo que pierda energía más rápido cuando está inactiva. Esto es especialmente relevante en aplicaciones que implican largos periodos de almacenamiento de la batería.

●Electrolito: Las temperaturas extremas pueden afectar a la viscosidad de los electrolitos y reducir el flujo de iones, reduciendo el rendimiento general de la batería.

●Ciclo de vida: El funcionamiento de las baterías de plomo-ácido a temperaturas extremas, especialmente a altas temperaturas, acelerará los procesos de envejecimiento y reducirá la vida operativa de la batería.

Una gestión adecuada de la temperatura, como el aislamiento o la ventilación durante el almacenamiento en frío o el funcionamiento en caliente, garantizaría un rendimiento óptimo de la batería de plomo-ácido y prolongaría su vida útil.

11. Norma JIS

La Norma Industrial Japonesa (JIS) para baterías de plomo-ácido, principalmente la JIS D5301, define los requisitos y especificaciones de las baterías de automoción que se suelen ver en los vehículos. La norma abarca diversos aspectos, como las dimensiones, las características de rendimiento, el etiquetado y los métodos de ensayo.

La norma JIS D5301 define parámetros como la capacidad, el rendimiento de arranque en frío, la capacidad de reserva y la resistencia interna. También enumera los requisitos de etiquetado para ofrecer a los consumidores información sobre las capacidades de una pila.

Esta norma es armoniosa, ya que mantiene la calidad de las baterías de automoción producidas y vendidas en Japón, para que los consumidores puedan elegir con conocimiento de causa y garantizar la compatibilidad con sus vehículos. Estas directrices son seguidas por los fabricantes, que crean baterías que cumplen los criterios de rendimiento y seguridad estipulados. El cumplimiento de la norma JIS mejora la fiabilidad de las baterías, respalda las normativas del sector y contribuye al buen funcionamiento de los vehículos al ofrecer baterías estandarizadas con prestaciones constantes en todo momento.

12. Norma EN

La norma EN (Norma Europea ) especifica el uso de baterías de plomo-ácido en los arrancadores de automóviles. Tiene algunos parámetros de diseño, rendimiento, seguridad, así como el etiquetado de una batería.

Titulada EN 50342, describe parámetros como la capacidad, el rendimiento de arranque en frío, la capacidad de reserva y las dimensiones de los terminales. También enumera los métodos de ensayo para evaluarlas, de modo que sean coherentes y precisas en las distintas marcas de pilas.

La norma trata de garantizar la calidad, seguridad y fiabilidad de las baterías de arranque en este mercado. El cumplimiento de la norma EN 50342 permite a los fabricantes fabricar baterías que cumplen los criterios de rendimiento y seguridad establecidos, lo que aumenta la confianza de los consumidores y mantiene la compatibilidad con los vehículos. El cumplimiento de la norma EN respalda los requisitos normativos y mejora la eficiencia operativa de los vehículos al proporcionar baterías estandarizadas con atributos de rendimiento coherentes.

Lo esencial

Las baterías de plomo-ácido siguen siendo relevantes por sus características distintivas y sus parámetros de rendimiento. Desde la tensión nominal y la capacidad hasta sus prestaciones de seguridad, pasando por las características de temperatura, han demostrado la fiabilidad de su utilidad, así como su versatilidad. Ya se utilicen en vehículos, sistemas de alimentación de reserva o cualquier otra aplicación, comprender estos parámetros es fundamental para maximizar la eficacia y la longevidad. A medida que avance la tecnología, lo más probable es que las baterías de plomo-ácido sigan evolucionando, manteniéndose intactas en el mundo del almacenamiento de energía.