DETERMINACIÓN DE FALLAS TÉCNICAS PARA EL RECICLAJE DE ACUMULADORES ELÉCTRICOS TIPO PLOMO-ÁCIDO

E“CUELA “UPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFE“IONAL ADOLFO LÓPEZ MATEO“

DETERMINACIÓN DE FALLA“ TÉCNICA“ PARA EL RECICLAJE

DE ACUMULADORE“ ELÉCTRICO“ TIPO PLOMO

-

ÁCIDO

T E “ I “

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

INGENIERO ELECTRICI“TA

PRE“ENTAN:

CE“AR OMAR LEAL GARCÍA

ANEL MENDOZA LINTON

A“E“ORE“:

M. EN C. JUAN DE JE“Ú“ NERI E“CUTIA GÓMEZ

M. EN C. RUBEN ORTÍZ YAÑEZ

AGRADECIMIENTOS.

Leal García César Omar.

Al Instituto Politécnico Nacional en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (E.S.I.M.E) plantel Zacatenco por darme la oportunidad de continuar con mi formación académica. Un agradecimiento a los miembros del jurado al Presidente M. en C. Juan Abugaber Francis, al secretario Ing. Juan Daniel Rivas Martínez y al Ing. Ernesto Adolfo Niño Solís por aportar sus conocimientos para el desarrollo de este trabajo y darnos su atención.

A mis directores de tesis al profesor en M. en C. Juan de Jesús Neri Escutia Gómez y al profesor en M. en C. Rubén Yáñez Ortiz por su gran aportación en cuanto a críticas, conocimientos, experiencia para la conclusión en tiempo y forma de la tesis.

A mi familia mi Mamá Sr. Micaela García Hernández, mi Papá Sr. Salvador Leal Ramírez y a mi hermana Ana Laura Leal García que hicieron lo posible la terminación del presente trabajo, el cual constituye parte de su realización.

A mi novia Anel Mendoza Linton por su compañerismo que colaboramos juntos para la realización de la tesis que hicimos todo para cumplir nuestro objetivo al igual su familia Mendoza Linton por apoyarnos en el trabajo.

A mi tía María Luisa García Hernández y a mi prima Susana Armendáriz García por estar al pendiente al proceso de titulación.

A gracias a dios por haberme concedido en tener bienestar.

AGRADECIMIENTOS.

Mendoza Linton Anel.

Quiero dar gracias a Dios por darme la oportunidad de obtener otro triunfo personal y darme salud, sabiduría y entendimiento para poder lograr esta meta. Por estar a mi lado guiando mí camino.

Agradezco la confianza y el apoyo brindado por mi familia que me han demostrado en el trayecto de mi vida, me han demostrado su amor, corrigiendo mis faltas y celebrando mis triunfos.

A mis padres por su apoyo, amor y sacrificio, gracias a ustedes he logrado llegar aquí y convertirme en una mejor persona.

A una persona que me ha brindado su apoyo, ayuda y comprensión desde hace 10 años a César Omar Leal García que me ha apoyado en el transcurso de toda nuestra carrera.

A mis asesores M. en C. Juan de Jesús Neri Escutia Gómez e M. en C. Rubén Ortiz Yáñez por su valiosa colaboración durante la ejecución del trabajo realizado.

VILIULFO LINTON NUÑEZ.

MENDOZA LINTON.

GARNICA LINTON.

AVILA LINTON.

LINTON MARTÍNEZ.

CONTENIDO.

PÁG.

CONTENIDO. I

LISTA DE FIGURAS. IV

LISTA DE TABLAS. VI

NOMENCLATURA. VII

LISTA DE ECUACIONES. VIII

ACRONIMOS X

CAPITULO I.-CONSIDERACIONES PRELIMINARES. 1

1.1 Introducción. 2

1.2 Planteamiento del problema. 2

1.3 Objetivos. 2

1.4 Justificación. 3

1.5 Aportación. 3

1.6 Limitaciones y alcances. 3

1.7 Estructura de tesis. 3

CAPITULO II.-INTRODUCCION AL ESTUDIO DEL

ACUMULADOR ELÉCTRICO AUTOMOTRIZ. 4

2.1.-Definicion. 5

2.2.- Antecedentes históricos. 7

2.3.-Estructura y partes componentes. 8

2.4.-Funcionamiento. 10

2.5.-Caracteristicas o propiedades técnicas. 12

2.6.-Análisis de las características eléctricas que definen un acumulador. 13

2.6.1.- Fuerza electromotriz en bornes. 13

2.6.2.-Resistencia interna de un acumulador. 15

2.6.3.-Conductibilidad total por placa. 16

2.6.4.-Resistencia por superficie de la placa. 16

2.6.5.-Resistencia interna de un elemento. 17

2.6.6.-Resistencia total del acumulador. 17

2.6.7.-Capacidad del acumulador. 18

2.6.8.-Corriente de cortocircuito. 20

2.7.-Acoplamiento de baterías. 20

2.7.1.-Acoplamiento serie y características del mismo. 21

2.7.2.-Acoplamiento en paralelo. 22

2.7.3.-Acoplamiento mixtos. 24

CAPITULO III.-NORMALIZACION Y REGULACIÓN EN

MATERIA DE ACUMULADORES ELÉCTRICOS

AUTOMOTRICES.

27

3.1.-El consejo internacional de baterías BCI. 28

3.2.- Asociación Nacional de Normalización y Certificación del Sector Eléctrico (ANCE).

29

3.3.-La Norma Oficial Mexicana (NOM-001-SEDE-2012). 30

3.4.-Normas internacionales. 31

3.5.-Normatividad y legislación del reciclado de la batería. 33

CAPÍTULO IV.-FALLA Y SERVICIO EN MATERIA DE

ACUMULADORES ELÉCTRICOS AUTOMOTRICES. 35

4.1.-Recomendaciones generales para el empleo de acumuladores. 36

4.2.- Carga y descarga de acumuladores. 36

4.2.1.- Sobrecarga continua en las beterías. 38

4.2.2.- Descarga excesiva de una batería. 39

4.3.-Sulfatacion de placas. 40

4.4.-Cortocircuito en el acumulador eléctrico. 41

4.5.-Corrosión de enrejados en placa. 42

4.6.-Crecimiento, alabeo y desplazamiento de materiales activos. 43

4.7.-Impurificacion del electrolito y autodescarga. 44

4.8.-Reciclado de acumuladores automotrices. 48

CAPITULO V.- CRITERIOS DE INGENIERÍA PARA EL ANALISIS DE FALLAS EN ACUMULADORES ELÉCTRICOS

AUTOMOTRICES. ₅₃

5.1.-Verificacion del sistema alternador de carga en el vehículo. 54

5.2.-Inspeccion ocular y análisis físico del acumulador. 54

5.3.-Perdida de materiales activos por vibración e impactos mecánicos al

contenedor. 55

5.4.-Sulfatacion por tapas dañadas. 56

5.5.-Grupos y conectores dañados. 57

5.6.-Falsos contactos por daño a postes terminales de conexión. 58

5.7.-Hermeticidad en el sellado y fugas de electrolito. 59

5.8.-Verificacion de la densidad en celdas con hidrómetro. 60

5.9.-Desprendimiento de material interno en el electrolito. 61

5.10.-Presencia de sobrecarga. 62

5.11.-Circuitocorto. 63

5.12.-Circuito abierto. 64

5.13.-Analisis del estado de carga y probador de descarga controlada. 65

5.14.-Empleo del dispositivo midtronics para diagnostico automatizado

de acumuladores. 67

5.15.-Instalacion correcta para la prevención de fallas en el acumulador

5.16.-Determinacion de fallas técnicas para el reciclaje de acumuladores

eléctricos tipo plomo acido 75

5.17.-Diagrama de flujo para la determinación de fallas técnicas para el

reciclaje de acumuladores eléctricos automotrices. 80

CAPITULO VI.- ESTIMACIÓN DE COSTOS. 81

6.1.-Costo de un acumulador nuevo. 82

6.2.-Costo de un acumulador seminuevo reparado. 85

6.3-Costo de un hidrómetro o densímetro. 86

6.4.-Costo de un probador de descarga controlada. 86

6.5.-Costo de un dispositivo midtronics para el diagnostico automatizado

de acumuladores. 87

6.6.-Costo de arandelas antisulfatantes. 88

6.7.-Costo de terminales de conexión de bronce. 88

6.8.-Costo por revisión general y diagnostico en taller eléctrico. 89

6.9.-Daño al sistema computarizado del automóvil (computadora). 90

6.10.-Análisis de costo-beneficio. 91

CONCLUSIONES. 92

GLOSARIO TECNICO. 93

REFERENCIAS. 97

LISTA DE FIGURAS.

PÁG.

Figura 2.1 Esquema del origen del acumulador. 5

Figura 2.2 Proceso de Ensamble de un acumulador. 8

Figura 2.3 Partes del acumulador. 10

Figura 2.4 Funcionamiento del electrolito. 10

Figura 2.5 Curvas de tensión en carga y descarga. 14

Figura 2.6 Variación de la resistencia interna con la carga. 14

Figura 2.7 Conductibilidad de electrolito en función de su concentración. 16

Figura 2.8 Separación de placas. 16

Figura 2.9 Acoplamiento de baterías en serie. 21

Figura 2.10 Acoplamiento de baterías en paralelo. 22

Figura 2.11 Acoplamiento seria-paralelo. 24

Figura 3.1 Nomenclaturas de las baterías. 28

Figura 3.2 Asociación nacional de normalización y certificación del sector eléctrico.

29

Figura 3.3 Norma oficial mexicana. 30

Figura 4.1 cargador de batería. 37

Figura 4.2 Circuito de un rectificador de corriente. 37

Figura 4.3 Conductibilidad de electrolito en función de su concentración. 39

Figura 4.4 Grupo de placas cortocircuitadas. 41

Figura 4.5 Corrosión del enrejado de la placa positiva. 42

Figura 4.6 Crecimiento y alabeo de la placa positiva. 43

Figura 4.7 Deslizamiento de la materia activa de la placa positiva. 44

Figura 4.8 Destrucción del enrejado de las placas positivas. 44

Figura 4.9 Determinación de la autodescarga elevada utilizando un voltmetro

portátil. 47

Figura 4.10 Reciclaje del acumulador tipo automotriz. 50

Figura 4.11 Proceso del Reciclaje del acumulador tipo automotriz. 52

Figura 5.1 Caja/tapa tallada Causa vibración. 55

Figura 5.2 Efecto de rechazo Desprendimiento de material activo. 55

Figura5.3 Síntoma: caja/tapa golpeada, Perforada o parchada. Causa:

perforaciones o caja o tapa. 56

Figura 5.4 Efecto de rechazo. Material activo sulfatado. Es duro y de color

blanquecino. 56

Figura 5.5 Síntoma: caja/tapa golpeada Causa: golpes a caja o tapa. 57

Figura 5.6 Efecto de rechazo Grupos dañados y conectores fracturados. 57

Figura 5.7 Síntoma: poste dañado Causa: golpes al poste. 58

Figura 5.8 Efecto de rechazo desprendimiento de material activo. 58

Figura 5.9 Síntoma: poste dañado Causa: golpes al poste. 58

Figura 5.10 Efecto de rechazo: Conector fracturado. 58

Figura 5.11 Inclinación de la batería. 59

Figura 5.12 Electrolito color negro. 61

Figura 5.13 Activo quemado. 61

Figura 5.14 Batería sobrecargada. 62

Figura 5.16 Corto provocado. 63

Figura 5.17 Variación de densidad. 63

Figura 5.18 Vista exterior. 64

Figura 5.19 Vista interior. 64

Figura 5.20 Probador de descarga controlada. 65

Figura 5.21 Prueba de descarga. 66

Figura 5.22 Midtronics. 67

Figura 5.23 Revisar condiciones. 68

Figura 5.24 Pinzas positivas y negativas. 69

Figura 5.25 Retiro del sujetador. 69

Figura 5.26 Desconectar las terminales. 70

Figura 5.27 Retiro del acumulador. 70

Figura 5.28 Colocar nuevo acumulador. 71

Figura 5.29 Conectar las terminales. 71

Figura 5.30 Acumulador sujetado. 72

Figura 5.31 Retirar preservador de corriente. 72

Figura 5.32 Rociar protector de terminales. 73

Figura 5.33 Probar la carga del acumulador. 73

Figura 5.34 Diagrama de flujo para la determinación de fallas técnicas para el

reciclaje de acumuladores eléctricos automotrices. 80

Figura. 6.1 Batería. 85

Figura. 6.2 Hidrómetro. 86

Figura. 6.3 Probador de descarga controlada. 87

Figura. 6.4 Midtronics PBT100. 87

Figura. 6.5 Arandela de fieltro. 88

Figura. 6.6 Terminales de cobre. 88

Figura. 6.7 Computadora del automóvil. 90

Figura A.1 Prueba de batería. 108

Figura A.2 Prueba de arranque. 109

Figura A.3 Prueba de arranque. 109

Figura A.4 Ventana de resultados. 109

Figura A.5 Prueba de carga. 109

Figura A.6 Prueba de carga. 110

LISTA DE TABLAS.

PÁG.

Tabla 2.1 Propiedades técnicas del acumulador a utilizar. 12

Tabla 2.2 Densidades en función de la concentración de acido en el electrolito. 18

Tabla 2.3 Nuevas tecnologías en los acumuladores y beneficios. 26

Tabla 5.1 Para determinar el estado de carga de un acumulador. 60

Tabla 5.2 Síntomas y causas del acumulador eléctrico. 65

Tabla 5.3 Determinación de fallas técnicas en acumuladores eléctricos. 75

Tabla 6.1 Precios de batería marca LTH. 82

Tabla 6.2 Precios de batería marca americana. 83

Tabla 6.3 Precios de batería marca full power. 84

Tabla 6.4 Análisis de costos-beneficio del acumulador eléctrico plomo acido

NOMENCLATURA.

e Tensión eficaz en bornes. V

E Tensión en vacio. V

Ri Resistencia interna. Ω

I Corriente. A

ξp Conductibilidad del electrolito por placa. cm3

Vp Volumen del electrolito entre las placas. cm3

Rp Resistencia en las placas. Ω

Sp Superficie de una de las caras de placa. m

D Separación entre placas m.

ξ Conductibilidad del electrolito. cm3

Np Numero de placas positivas de cada elemento. Np

Ri Resistencia interna de un elemento (placa) de acumulador. Ω

Re Resistencia eléctrica del electrolito. Ω

Ω Resistencia Ohm. Ω

N Número de elementos de acumulador. N

Rit Resistencia interna total. Ω

δ Densidad. Kg/m3

Q Capacidad. Ah

T Tiempo. S

Ah Amper-hora. Ah

Wc Energía de carga. W

Wd Energía de descarga. W

Wi Energía interior. W

ŋu Rendimiento eléctrico. %

Id Intensidad de descarga. A

Ic Intensidad de carga. A

Vd Tensión de descarga. V

Vc Tensión de carga. V

V Voltaje. V

Icc Corriente de cortocircuito. ACC

Et Fuerza electromotriz resultante. W

E f.e.m. de una batería. W

Rt Resistencia total ó resultante. Ω

It Intensidad total ó resultante. A

R Resistencia. Ω

ºC Grados Celsius. ºC

LISTA DE ECUACIONES.

PÁG.

Análisis de las características eléctricas que definen un acumulador. 13

Fuerza electromotriz en bornes. 13

Conductibilidad total por placa. 16

ξp= (Vp)(ξ) =(Sp)(d)( ξ)

Resistencia por superficie de placa. 17

Resistencia interna de un elemento. 17

Resistencia total del acumulador. 17

Capacidad del acumulador. 19

Wc = Wd + Wi

Rendimiento eléctrico. 19

ŋ

Corriente de cortocircuito. 20

Acoplamiento en serie. 21

Et =(N) ( E)

Acoplamiento en paralelo. 23

ACRÓNIMOS.

AGM: Absorbed Glas Mart (Separador de vidrio absorbente). ANCE: Asociación de normalización y certificación en México.

BCI: Battery Counsil International (Conejo Internacional de Baterías.

BSI: Siglas en inglés del Instituto Británico de Normas (British Standards Institute). CCA: Cold Cranking Amper (Capacidad de arranque en frio en amper).

CR: Capacidad de Reserva.

DIN: Siglas en alemán del Instituto Alemán de Normas (Deutsches Institut für Normung) IEC: siglas en inglés del Comité Internacional de Electrotécnica (Internacional

Electrotechnical Committee).

IEEE: Siglas en inglés del Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos de Estados Unidos, la mayor organización profesional representativa de los ingenieros a nivel mundial (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

ISO: Siglas en inglés de la Organización Internacional para la Estandarización (International Standards Institution), con sede en Ginebra (Suiza) y representada en nuestro país por el Instituto Argentino de Normalización (IRAM).

JIS: siglas en inglés de las Normas Industriales Japonesas (Japanese Industrial Standards) publicadas por la JSA, Asociación Japonesa de Normas (Japanese Standards Association). NMX: Normas mexicanas.

NOM: Norma oficial mexicana.

SEMARNAT: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales: Inicio SENER: Secretaría de Energía

SSA: Secretaría de Salud

1.1.- INTRODUCCIÓN.

El acumulador es la base del funcionamiento del automóvil, se ha vuelto indispensable en nuestra forma y estilo de vida. Tanto así que es prácticamente imposible prescindir de él.

Con el paso de los años y la masificación de los automóviles, mas en los núcleos urbanos, han ido apareciendo aspectos que alteran la utilización del automóvil; los accidentes, su costo humano y la contaminación medio ambiental son las más relevantes. Cada una de estas situaciones tiene sus respuestas con evoluciones tecnológicas; para tratar de disminuirlas no parece que haya otra solución que mejorar e incentivar el transporte público, acompañado por posibles vehículos muy pequeños y de mínima o nula contaminación. Esta tesis habla sobre la importancia de determinar las fallas técnicas para el reciclaje de acumuladores eléctricos automotrices tipo plomo-acido que permitan un reaprovechamiento.

En la ingeniería eléctrica se analizan las fallas ya que estas están definidas; para darle un seguimiento técnico y analítico donde se puede solucionar los problemas del acumulador por medio de pruebas en base a herramientas especificas para llevarlo a cabo mencionados en esta tesis. Al no haber ya una solución en las fallas del acumulador se pasaría al proceso de reutilización en una planta especializada en el reciclado. Veremos las acciones necesarias para reaprovechar al máximo los componentes del acumulador.

1.2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Para el buen uso de los acumuladores eléctricos automotrices no se cuenta con una interpretación desde el enfoque de la ingeniería eléctrica sobre la determinación de fallas técnicas para el reciclaje de acumuladores eléctricos automotrices tipo plomo-acido que permita una mejor comprensión y efectividad en el reaprovechamiento.

1.3.- OBJETIVOS.

Realizar la interpretación desde el punto de vista de los criterios de la ingeniería para la determinación de fallas técnicas para el reciclaje de acumuladores eléctricos automotrices tipo plomo-acido.

1.4.-JUSTIFICACIÓN.

El acumulador tipo plomo acido es parte esencial del automóvil porque ha evitado accidentes en varios de los sistemas de diversos equipos que permiten su buen funcionamiento, de ahí que sea verdaderamente importante y de consideración para el medio ambiente desde una perspectiva de la ingeniería eléctrica interpretar y entender las múltiples condiciones de funcionamiento, pruebas y fallas para reaprovechar el acumulador por parte de una planta recicladora.

1.5.-APORTACIÓN.

Se presentan recomendaciones para la determinación de las fallas técnicas para el reciclaje en acumuladores automotrices plomo-acido. Con el fin de evitar el problema de las fallas en acumuladores, y alargar el tiempo de vida del acumulador.

1.6.- LIMITACIONES Y ALCANCES.

LIMITACIONES.

 En el presente trabajo se podrá observar la importancia del acumulador eléctrico en los automóviles y la importancia de reciclar para reaprovechar los materiales de los acumuladores y no afectar al medio ambiente.

ALCANCES.

 Presentar las múltiples condiciones de funcionamiento y determinación de fallas técnicas para el reciclaje de acumuladores eléctricos tipo plomo-acido acompañadas de las interpretaciones desde un enfoque de la ingeniería eléctrica.

1.7.- ESTRUCTURA DE TESIS.

Capítulo I.-Consideraciones preliminares.

Capítulo II.-Introducción al estudio del acumulador eléctrico automotriz. .

Capítulo III.-Normalización y regulación en materia de acumuladores eléctricos automotrices.

Capítulo IV.-Fallas y servicio en acumuladores eléctricos automotrices.

Capitulo V.- Criterios de ingeniería para el análisis de fallas en acumuladores eléctricos automotrices.

Capítulo VI.-Estimación de costos.

CAPITULO

II.-INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DEL

En este capítulo se explicará los antecedentes históricos del acumulador eléctrico tipo plomo-acido, las partes que lo conforman y su estructura, detallando su funcionamiento y el comportamiento del mismo de acuerdo a las características eléctricas por ejemplo fuerza electromotriz, resistencia interna, etc.

De igual manera se mostraran los diferentes tipos de acoplamiento de los acumuladores y la aplicación, así como las innovaciones que se tienen y nuevas tecnologías que han aparecido en la industria.

2.1.-DEFINICIÓN.

La pila típica, también llamada pila seca, están formados por dos electrodos, uno de carbón en forma de varilla que constituye el polo positivo y otro de zinc en forma cilíndrica que es el polo negativo de la pila. Una pasta intermedia hace el papel del electrolito. [8]

Una batería es una fuente de tensión que consta de una o más celdas si son más de dos que están conectadas en serie es decir, la terminal positiva de una celda se conecta a la negativa de la siguiente y si sucesivamente con las demás.

Se entiende por acumulador a todo elemento capaz de almacenar energía para ser utilizada posteriormente. Existen diferentes tipos de acumuladores, uno de ellos es el acumulador eléctrico tipo plomo-acido. Los acumuladores eléctricos transforman la energía química que almacena en su interior, la cual durante el proceso de descarga, de una forma reversible, transforma la energía química en energía eléctrica. [9]

Concluyendo podemos decir que un conjunto de pilas forma una batería y un conjunto de batería forma un acumulador. Como se muestra en la figura 2.1.

Figura 2.1 Esquema del origen del acumulador. [24]

Hay muchos tipos diferentes de baterías de coche. Una batería para automóvil se utiliza para arrancar el vehículo, suministrar energía a las luces, y mucho más cuando conduces el motor de tu coche constantemente carga la batería. En cualquier caso estas baterías tienen una vida limitada, y en algún momento deberás substituirlas. Hay muchos tipos diferentes de baterías, y debes escoger bien cuál es la mejor para tu coche y tus circunstancias, ya que por ejemplo, una batería de ciclo profundo no es la mejor para todos los coches.

Batería de celdas húmedas: Ésta es una de las baterías más comunes que existen. Es muy popular debido a que es la más económica. El diseño de la batería utiliza unas placas que están suspendidas libremente. Estas placas están aisladas unas de otras, la placa negativa está completamente sellada en un lugar a parte. No requieren mantenimiento y están completamente selladas. El fluido en la batería se quedará hasta que esta muera y no te tienes que preocupar por él.

Batería de calcio: Estas baterías tienen las placas hechas de una aleación de calcio. Este calcio reduce la cantidad de fluido que pierde la batería, lo que provoca que las dimensiones del auto se descarga sea mucho más lento. La gran desventaja que tienen es que puedes dañar definitivamente la batería si la sobrecargas. Las burbujas que fluyen dentro del líquido son importantes, ya que ellas son las responsables de mezclar las diferentes densidades de los ácidos.

Baterías VRLA (Gel y AGM): Las siglas significan: “Valve regulated lead acid”, Este

nombre describe las válvulas de seguridad que se encuentran en la caja de la batería, estas válvulas están presurizadas. En su interior la caja contiene un gas en estado líquido al estar presurizado, así que se pierde cualquier posibilidad de pérdida de fluidos. Hay 2 diseños básicos para las baterías VRLA: Gel o AGM. Las baterías de gel usan silicona para hacer el ácido más sólido tal como si fuera un gel. Este tipo de batería en general es muy bueno pero no es el mejor para una batería de arranque. Las baterías AGM en vez de usar agua o un gel, utilizan un separador de fibra de vidrio para mantener el electrolito en su lugar, lo que provoca que la resistencia interna sea muy baja. Se trata de una batería perfecta para el arranque del motor, ya que permite suministrar mucha potencia de una batería muy pequeña.

Baterías de ciclo profundo: Las baterías de ciclo profundo proveen de energía durante un largo tiempo. Se usan habitualmente en los barcos pequeños, los carritos de golf, o los coches eléctricos. También las encontraras en la industria de la energía solar y las turbinas eólicas para almacenar energía. Estás baterías tienen unas placas más gruesas ya que esto aumenta su capacidad de carga. Normalmente no se utilizan en los coches ya que tienen unas altas dimensiones de descarga, esto significa que la batería se descargaría muy rápidamente, así que si no utilizas tu coche por una larga temporada te encontrarías con la batería prácticamente descargada.

2.2.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS.

En 1800 Volta inventó un dispositivo que se conoce como pila voltaica. Colocó una serie de pequeñas placas de zinc y plata, en pares, una arriba de la otra, separando cada par de placas por una tela humedecida con agua salada; con esto se produjo una corriente eléctrica siendo el origen de la primera pila eléctrica.

Tres años después, en 1803, Johann Wilhelm Ritter construyó su acumulador eléctrico. Como muchos otros que le siguieron, era un prototipo teórico y experimental, sin posible aplicación práctica.

Acabando el siglo XIX, en 1899, el científico sueco Waldemar Jungner inventó el acumulador de níquel-cadmio (Ni-Cd), una batería recargable que tenía electrodos de níquel y cadmio en una disolución de hidróxido de potasio, basándose en este trabajo patentó en 1903 otro tipo de acumulador con electrodos de hierro y níquel, cuyo electrolito era, también, el hidróxido de potasio. Empezaron a comercializarse en 1908 y aún se producen, tanto los modelos originales como modelos evolucionados de otros fabricantes.

[2]

2.3.-ESTRUCTURA Y PARTES COMPONENTES.

Las baterías están formadas por un recipiente de polipropileno (cauchos endurecidos y modelados) dentro del recipiente van montadas una serie de placas que contienen la sustancia activa (PbO2) formando el polo positivo. Estas van unidas por un puente,

ampliamente dimensionado que asegura un contacto estable entre ellas, evitando la caída de tensión y las corrosiones. Intercalada a estas se monta otro grupo de placas, también unidas por un puente y que contienen la sustancia activa (Pb) que forman el polo negativo. Entre las placas se colocan separadores aislantes a base de lana de vidrio, inalteradores a la acción química del acido sulfúrico. Los separadores suelen ser de forma microporoso, para que a través de ellos pueda circular el electrolito y estar en contacto perfecto con el elemento activo de las placas. Estos separadores al mismo tiempo funcionan como aislante mantienen con su rigidez a las placas. Formando un bloque sólido con la carcasa para evitar el movimiento y posible rotura de las mismas durante la utilización del acumulador.

El conjunto va cerrado con una tapa del mismo material que el recipiente que lleva una serie de boca de llenado para ver por ellas el electrolito, las bocas van cerradas con tapones de plástico que impiden los derrames y llevan un agujero de respiración por donde salen los gases desprendidos durante las reacciones químicas que se producen en el interior. (fig. 2.2). [10]

Figura 2.2 Proceso de Ensamble de un acumulador. [10]

A continuación se explican las partes detalladamente y se muestran en la figura 2.3. [10]

-Material activo.-Es el material que produce la energía y que se coloca sobre las rejillas. Se requieren dos materiales distintos. Peróxido de plomo es el material activo de la placa positiva y plomo esponjoso es el material activo de la placa negativa.

-Celda.-Es un ensamble de placas positivas y negativas conectadas, con separadores entre ellas, que cuando se sumergen en el electrólito producen una reacción química que resulta en tensión.

-Conectores de celda.-Conectores de plomo soldados de la terminal negativa de una celda a la terminal positiva de la celda adjunta hasta que todas las celdas que den unidas en serie. Estos conectores que pasan a través de las paredes de la celda, reducen el recorrido de la corriente y dan como resultado una mayor tensión terminal.

-Caja.- El recipiente que contiene y protege todos los componentes internos. Está moldeada de una sola pieza. La caja incluye las paredes de las celdas, así como los descansos de los elementos.

-Tapa.- Generalmente está hecha de una sola pieza. Se adhiere permanentemente a la caja gracias a la fusión en caliente o por medio de una resina epóxica especial, para sellar el acumulador, con casquillos para los postes terminales.

-Electrólito.- Mezcla de ácido sulfúrico y agua destilada. La energía eléctrica se genera por medio de la reacción química entre el material activo de las placas y el ácido sulfúrico en el electrólito.

-Rejilla.- La estructura metálica (o esqueleto) de las placas de acumulador. Sirve como marco para sostener el material activo y conduce el flujo de corriente hacia (carga) y desde (descarga) los materiales activos de las placas negativas y positivas.

-Placas.- Las placas son rejillas con el material activó que producen la energía. Cada acumulador posee dos clases de placas determinadas por el material activo en ellas:

Placa Positiva: Rejilla cuyo material activo es peróxido de plomo. Placa Negativa: Rejilla cuyo material activo es plomo esponjoso.

-Separadores.- Hojas delgadas o sobres de material altamente poroso no metálico, que separan las placas positivas y negativas a fin de evitar que hagan contacto entre sí y provoquen un posible cortocircuito.

-Tapones.-Los tapones están diseñados especialmente para evitar que se introduzca polvo en la celdas, disipar gases que se forman cuando el acumulador se está cargando, evitar que el electrólito se derrame, evitar la entrada de flamas con una barrera y permitir el acceso a las celdas para llevar a cabo pruebas o agregar agua destilada. [10]

Figura 2.3 Partes del acumulador. [10]

2.4.-FUNCIONAMIENTO.

La forma en que se libera la energía eléctrica es cuando el acumulador se conecta a una demanda externa de corriente, por ejemplo un motor de arranque; entonces la energía química almacenada se convierte en energía eléctrica la cual fluye a través del circuito. (Ver fig.2.4). [23]

Figura 2.4 Funcionamiento del electrolito. [23]

La materia activa positiva es peróxido de plomo, la materia activa negativa es plomo esponjoso y el electrolito es acido sulfúrico diluido, a una densidad de 1,285 Kg/cm3. [7]

[10] HTTP://WWW.GONHERMEX.COM:9000/IMAGES/SITIO/LITERATURA/BAT_MANUAL_02.PDF;

[23] HTTP://SUBESTACIONESDEDISTRIBUCIN.BLOGSPOT.MX/2012/10/BANCOS-DE-BATERIAS.HTML;

Al conectarse un consumo de corriente se cierra el circuito entre la placa positiva y negativa, efectuándose las reacciones. [7]

a. El peróxido de plomo de la placa positiva se combina con el acido sulfúrico y se transforma en sulfato de plomo, que queda en placa positiva, liberándose oxigeno e hidrogeno admitiendo electrones del circuito exterior.

b. El plomo de la placa negativa se combina con el acido sulfúrico, formándose sulfato de plomo y liberándose hidrogeno, cediendo electrones al circuito exterior.

c. El hidrogeno y el oxigeno liberados se combinan para formar agua destilada. Durante este proceso de descarga el electrolito disminuye de densidad por el consumo de acido sulfúrico. Los electrones admitidos por una placa y cedidos por la otra, constituyen la corriente del circuito exterior.

A continuación se mencionan algunas de las principales funciones del acumulador automotriz. [7]

 Proporcionar potencia al motor de arranque y al sistema de ignición para encender el motor.

 Proporcionar la potencia adicional requerida cuando la demanda eléctrica del vehículo excede de la que abastece el sistema de carga.

 Actuar como estabilizador de tensión en el sistema eléctrico, amortiguando las variaciones de tensión que podrían dañar los componentes y accesorios del vehículo.

Pero la función principal del acumulador automotriz es arrancar el vehículo. [7]

Al ser un contenedor de energía química, es necesario saber qué cuidados debemos tener para que la vida útil de este dispositivo sea el mayor posible. Para esto, es muy importante conocer los 3 factores que merman la vida útil de un acumulador, y cómo poderlos evitar:

 VIBRACIÓN: La vibración la podemos evitar adquiriendo el acumulador adecuado, tanto en medidas como en aplicaciones. Afortunadamente para el consumidor, un organismo internacional llamado Consejo Internacional de Baterías (BCI). Por lo tanto es necesario consultar el manual del fabricante o del operador del vehículo.

 CALOR: El Calor también se evita con la aplicación adecuada del acumulador, ya que si la demanda externa es mayor a la capacidad del acumulador, tenderá a hacer un trabajo extra que ocasionará un sobrecalentamiento, mermando así la vida del dispositivo.

 TIEMPO: El Tiempo, es un factor que no podemos evitar ni modificar, pero si usted elige el acumulador adecuado tanto en especificación, capacidad y aplicación, estará extrayendo de él la mayor vida útil del mismo. [1- 9]

2.5.-CARACTERISTICAS O PROPIEDADES TÉCNICAS.

Debemos considerar otros 2 identificadores que el manual del fabricante u operador del vehículo mencionan. El Cold Cranking Amper por sus siglas en ingles (CCA) que significa Capacidad de arranque en Frio en Ampers, indica el número de amper que el acumulador puede entregar a -18°C (0°F) por un período de 30 segundos y mantener un mínimo de 1,2 volts por celda. Y por otro lado el CR (Capacidad de Reserva) Se define como la cantidad de minutos durante los que una batería totalmente cargada puede entregar 25 ampers y mantener una tensión mínima de 1,75 Volts por celda (10,5 V totales en una batería de 12 V). Lo anterior simula el tiempo que la batería podría alimentar los accesorios esenciales de la unidad ante una tensión eventual falla del alternador. Teniendo en mente estos 3 identificadores, usted estará seguro de elegir el acumulador adecuado.

En la tabla 2.1 se muestran los datos de fábrica de los acumuladores de la marca LTH en donde se puede apreciar las dimensiones, el peso, la polaridad dependiendo la marca del automóvil que especifica el Consejo Internacional de Baterías. [10]

Tabla 2.1 Propiedades técnicas del acumulador. [10]

[1] CAPACITACION ACUMULADORES; JOHNSON-CONTROLS.;

2.6.-ANALISIS DE LAS CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS QUE

DEFINEN UN ACUMULADOR.

El acumulador viene determinadas por la fuerza electromotriz en bornes (f.e.m) o diferencia de potencial entre sus placas, la cual se miden en volts y por la cantidad de electricidad de suministro.

Definida como capacidad del elemento y se expresa en ampers-hora (Ah).

Ambas características está íntimamente ligadas a las características constructivas del acumulador, en función de la sustancia activa empleada que define el potencial eléctrico, de la cantidad de sustancia que determina la capacidad y de la forma de acoplamiento entre sus elementos, que determina la resistencia interna y la tensión final en bornes para formar un acumulador dado. [6]

2.6.1.- Fuerza electromotriz en bornes.

La fuerza electromotriz (f.e.m) en bornes de un acumulador depende del potencial electroquímico correspondiente a los elementos que lo forman; para un acumulador de plomo que oscila 2,1 y 2,2 volts, potencial que se mantiene constante a circuito abierto, mientras exista masa activa capaz de reaccionar.

Esta f.e.m. es variable con la carga y descarga del acumulador, debido a la resistencia interna del mismo y se mantiene constante en vacio llegando a 2,2 volts por vaso; ello se debe a que, al no circular corriente alguna por el interior del elemento, la caída de tensión es nula, conversando por tanto el potencial eléctrico correspondiente a la masa activa.

Cuando el acumulador está sometido a un régimen de descarga (fig. 2.5) la fuerza electromotriz baja a 2 volts porque, al circular la corriente por placas del electrolito, la resistencia interna de los mismos produce una caída de tensión que disminuye la tensión eficaz en bornes, siendo esta de:

e=tensión eficaz en bornes. E=tensión en vacio.

Ri=resistencia interna. I=corriente de descarga

Figura 2.5 Curvas de tensión en carga y descarga. [6-29]

Esta tensión eficaz de 2 volts aproximadamente se mantiene constante durante un cierto tiempo (según la velocidad de reacción), ya que, al ser la resistencia interna muy pequeña, la variación de caída de tensión durante este periodo se puede considerar despreciable; pero, a medida que aumenta la descarga, la resistencia interna va aumentado pues es variable con la concentración de acido en el elemento (fig.2.6 y tabla 5.1); con esto, al ir aumentado la resistencia, va aumentando también la caída de tensión y, por lo tanto, disminuyendo la tensión eficaz en bornes hasta llegar a 1,85 volts, valor del cual no se debe bajar durante la descarga, ya que a partir de ahí la capacidad útil del acumulador es muy pequeña , agotándose rápidamente si continua la descarga con peligro de una sulfatación total de las placas y de perder el proceso reversible de carga.

Figura 2.6 Variación de la resistencia interna con la carga. [6-29]

[6] CURSO DE ELECTRICIDAD DEL AUTOMÓVIL; ESTUDIO DE LA BATERÍA; [29] ELABORADO POR MENDOZA LINTON ANEL Y LEAL

Durante el proceso de carga (fig.2.5), la tensión o fuerza electromotriz sube rápidamente a 2,2 volts por cada vaso, pues la energía interna del acumulador [(Ri) (I)] es absorbida por el generador que suministra la corriente, manteniéndose la tensión sensiblemente constante durante un cierto tiempo (velocidad de carga) y aumentado lentamente a medida que la conductibilidad del electrolito se va haciendo mayor, hasta el final de la carga que sube rápidamente a 2,6 volts.

Esta elevación rápida al final de la carga se debe a la tensión propia del generador aplicado para efectuar la carga, la cual es absorbida por la resistencia interna al principio, pero cuando el acumulador ha alcanzado su tensión nominal, la fuerza electromotriz en bornes está afectada por la del generador, de forma que cuando se interrumpe la carga a 2,2 volts que es su tensión nominal. [6]

Ejemplo:

Siendo la tensión nominal en bornes de un acumulador a plena carga V1=2,2V y

suponiendo la tensión del mismo cuando esta descargando V2=1,8V, la caída de tensión

debido a su propia resistencia interna será de:

(R

)

(I) = V

- V

= 2,2 - 1,8 = 0,4 V

Si se aplica una tensión de carga E = 2,6 V, la tensión eficaz de carga al principio de la misma es de:

e = E

–

[(R

) (I)] = 2,6 - 0,4 = 2,2 V

Pero al llegar a final de la carga, como el acumulador ha alcanzado ya su tensión nominal (2,2 V). La caída de tensión es V1 - V2 = 2,2 - 2,2 = 0, por tanto la tensión en bornes al

final de la carga, es la correspondiente a la tensión aplicada:

e = E

–

[(R

)(I)] = 2,6 - 0 = 2,6 V

La figura 2.5 representa las curvas características de tensiones durante la carga y descarga de un acumulador de plomo, en función de una determinada velocidad de régimen, ya que el tiempo empleado durante la carga o descarga dependerá de la intensidad aplicada.

2.6.2.- Resistencia interna de un acumulador.

La resistencia interna en un acumulador depende de muchos factores, entre ellos, la resistencia propia de las placas, la resistencia de los puentes de unión, la resistencia de contacto del electrolito con las placas, y la resistencia propia del electrolito. Todos estos factores, a excepción de la resistencia del electrolito, son de muy difícil valoración. No obstante, debido a la gran conductibilidad eléctrica de los elementos metálicos actualmente empleados, se las puede considerar despreciables, por ser muy pequeña y no influir notablemente en las variaciones de carga al mantenerse constantes. Según esto, para el cálculo de la resistencia interna del acumulador, solo se tiene en cuenta la resistencia propia

concentración (%) (fig.2.7 y tabla 2.2), el cual al ser variable con el estado de carga, aumenta o disminuye con la misma en un valor apreciable. [6]

Figura 2.7 Conductibilidad de electrolito en función de su concentración. [6-29]

2.6.3.- Conductibilidad total por placa.

Siendo el volumen de electrolito situado entre dos placas (fig.2.8), igual a la superficie de

placa por la separación entre ella (d) y (ξ) la conductibilidad del electrolito por cm3 _la

conductibilidad total por placa es: [6]

ξ

= (V

)(

ξ

) = (S

)(d)(

ξ

)

ξp=conductibilidad del electrolito por placa.

Vp= volumen del electrolito entre la placas

por cm3.

Sp= superficie de una de las caras de placa

en cm2.

d=separación entre placas en cm.

ξ=conductibilidad del electrolito por cm3_.

Figura 2.8 Separación de placas. [6]

2.6.4.- Resistencia por superficie de placa.

Siendo

ξ la resistencia eléctrica del electrolito en Ω según la densidad del mismo,

resulta que la resistencia Rp en Ω se corresponde por superficie de placa es:

_{… …}

2.6.5.- Resistencia interna de un elemento.

Y como las placas de un elemento de acumulador están acopladas en paralelo, la resistencia resultante del elemento es:

…

Ri=resistencia interna de un elemento (placa) de acumulador en Ω.

Np= numero de placas positivas de cada elemento.

De la formula anterior se deduce:

………

Y sustituyendo el valor de Rp de la formula (2) en la formula (3) y teniendo en cuenta que cada placa positiva tiene dos caras activas, resulta para el valor de la resistencia interna Ri de un acumulador: [6]

……….

4)

2.6.6.- Resistencia total del acumulador.

Por tanto, para una batería formada por (N) elementos de acumulador en serie, para obtener una tensión determinada, tendrá como resistencia total resultante:

…… 5

¿Cuál será la resistencia interna, a plena carga, de una batería de acumuladores formada por 6 elementos con 4 placas positivas cada uno de ellos? Que tiene una superficie de 150x174 mm, separadas por un aislante de 2mm de espesor y sumergida en un electrolito cuya densidad a plena carga es de 1,285 Kg/cm3.

Según la tabla 2.2 la conductibilidad ξ del electrolito para una densidad de 1,28 es de 0,65 que resulta del cálculo de la resistencia.

Tabla. 2.2 Densidades en función de la concentración de acido en el electrolito. [6] CONCENTRACIÓN DE ELECTROLITO % DENSIDAD δ Kg/cm3 CONDUCTIBILIDAD cm3

10 1,08 0,390

20 1,166 0,568

23 1,190 0,590

26,5 1,22 0,615

30 1,249 0,635

33,7 1,28 0,65

40 1,332 0,676

_ξ

5

5

Ω

Que sustituya en la formula [5] ya estudiada y dando valores a la misma, se tiene: [6]

_{5 5}

5

Ω

2.6.7.- Capacidad del acumulador.

La capacidad de un acumulador viene determinada por la cantidad de energía capaz de almacenar, la cual estará en función de la cantidad de sustancia activa que posea para reaccionar.

Esta capacidad Q viene expresada en ampers-hora (Ah), e indica la cantidad de electricidad que un elemento dado puede almacenar durante un cierto tiempo, a un régimen de carga determinado, la cual se obtiene por medio de la formula:

Q = (I) (t).

Es decir, multiplicando la intensidad de carga por el tiempo que dura la carga a ese régimen, hasta que toda la sustancia activa haya reaccionado, terminándose la carga cuando el electrolito alcance la densidad adecuada de origen.

Ejemplo

W

= W

+ W

En donde:

W

= W

- W

...6)

En la cual:

Wc=energía de carga.

Wd=energía de descarga.

Wi=energía interior.

Con estas formulas se puede establecer el rendimiento eléctrico ŋu de un acumulador, que

viene expresado por la relación por la relación existente entre la energía capaz de suministrar en la descarga y la energía absorbida en la carga:

ŋ

Y como:

W

= (V

) (I

) y W

= (V

) (I

)

Resulta que:

ŋ

Vd y Vc = tensiones de descarga y de carga V.

Id e Ic = intensidad de descarga y de carga en A.

Suponiendo la carga y descarga a un régimen normal de funcionamiento (Id = Ic =K), el

rendimiento de la batería estará en función de:

ŋ

Como durante la carga la tensión media aplicada es de

Por vaso, y la tensión media durante la descarga es de

5

ŋ

5

Este, como se ha comprobado, suele ser de un 80% aproximadamente de la capacidad de total del acumulador. [6]

2.6.8 Corriente de cortocircuito.

Otra de las características del acumulador, relacionada con su capacidad, es la corriente de cortocircuito, la cual indicia la intensidad máxima (Icc) que un acumulador puede

proporcionar en un momento dado. Se obtiene dividiendo la fuerza electromotriz en bornes E, por la resistencia interna del acumulador Ri: [6]

……

2.7 Acoplamiento de baterías.

Se ha visto que un acumulador es capaz de producir en bornes una diferencia de potencial de 2 volts, con una capacidad útil que está en función de la masa activa o, lo que es lo mismo, en función de la superficie útil de sus placas y del numero de ellas que componen el elemento.

En función de estas características, se obtiene las baterías comerciales, agrupando varios elementos de acumulador en serie o en derivación, para obtener una batería con unas características de tensión y capacidad solicitadas por el cliente, ya sean para su utilización en la industria o en el ramo del automóvil. El conjunto está diseñado para que cumpla estas características dentro de unos límites de manejabilidad en cuanto a sus medidas exteriores, las cuales están comprendidas dentro de la normalización.

Ocurre a veces que, según los fines que están destinadas, o por necesidades del momento, se necesitan obtener unas características de tensión y capacidad determinadas; es por ello por lo que se recurre a efectuar montajes de acoplamiento, partiendo de baterías comerciales con características individuales definidas, así se obtiene la batería que se desea. Según la forma de conexionar los distintos elementos empleados, el acoplamiento resulta puede ser. [6]

 Acoplamiento serie.

 Acoplamiento paralelo o derivación.

2.7.1.- Acoplamiento serie y características del mismo.

El acoplamiento en seria de batería se realiza (fig.2.9) uniendo el borne positivo de un elemento con el negativo del siguiente, y así sucesivamente, hasta obtener las características deseas en función de elementos acoplados.

Figura 2.9 Acoplamiento de baterías en serie. [6]

Las características resultantes del sistema es que la fuerza electromotriz en bornes finales de acoplamiento es igual a la suma de las fuerzas electromotrices.

Y si todas las baterías son iguales:

E

= (N) (E)

……

En la que:

Et=fuerza electromotriz resultante.

N= numero de baterías acopladas. E= f.e.m. de una batería.

Durante la carga y descarga en este circuito, la intensidad que circula a través de todos los elementos se mantiene constante, lo cual quiere decir que la capacidad resultante en Ah es la equivalente a la de uno de los elementos acoplados.

En estos tipos de acoplamiento la capacidad de los elementos empleados debe ser la misma, con el fin de que durante la carga o descarga de los mismos se mantengan equilibrados. Si uno de ellos tuvieran más capacidad, durante el proceso de carga, este elemento alcanzaría la plena carga antes que los demás, con lo cual, al continuar el proceso, este elemento estaría sometido a un sobrecarga, cuyos efectos ya se han descrito posteriormente.

La resistencia interna resultante de este acoplamiento es:

De donde:

Y para baterías iguales resultara:

……

Rt= resistencia resultante.

Ri=resistencia interna de una batería. N= numero de baterías acopladas. Ejemplo

¿Cual serán las características resultantes obtenidas al acoplar 4 baterías en seria, si cada una de ellas tiene unas características individuales de 6V/40 Ah?

Solución teniendo en cuenta las fórmulas estudiadas, las características resultantes del acoplamiento son:

2.7.2.- Acoplamiento en paralelo.

Este acoplamiento se realiza (fig. 2.10) uniendo todos los bornes positivos y negativos respectivamente de cada uno de los elementos, para obtener las características deseadas en función del número de elementos acoplados. [6]

Figura 2.10 Acoplamiento de baterías en paralelo. [6]

Las características obtenidas por medio de este sistema de acoplamiento son una fuerza electromotriz constante, ya que todos los bornes positivos con respecto a los negativos se mantiene al mismo potencial:

………

Para este acoplamiento se requiere que todos los elementos tengan la misma diferencia de potencial en bornes; de no ser así, el de mayor potencial se descargaría a través del otro.

La capacidad resultante de este acoplamiento es igual a la suma de capacidades de cada uno de los elementos:

En Ah

Durante la carga o descarga de este acoplamiento, la corriente absorbida o cedida al circuito exterior es inversamente proporcional a sus resistencia interna o, lo que es lo mismo, directamente proporcional a su capacidad, ya que la corriente tiene que pasar por su circuito interno.

La resistencia resultante de este acoplamiento es:

Y en caso de igualdad de los elementos:

……

Ejemplo

¿Qué características se obtiene al acoplar en paralelo las baterías del ejemplo anterior? Solución:

2.7.3.-Acoplamientos mixtos.

Estos acoplamientos se obtienen, al conexionar diferentes elementos de batería en serie y paralelo conjuntamente, para lograr un acoplamiento mixto cuye resultante tenga unas características determinadas.

Según la forma de conexionado entre estos acoplamientos, reciben los siguientes nombres genéricos:

 Acoplamiento serie-paralelo, el cual está formado (fig. 2.11) por varios circuitos seria acoplados en paralelo.

Las características resultantes de estos acoplamientos se adaptan a las ya estudiadas por separado en cada uno de los circuitos serie o paralelo, debiéndose tener presente y muy en cuenta a la hora de conexionar las características individuales de cada elemento, para formas los grupos serie o paralelo y las obtenidas en cada grupo, para formar a su vez el acoplamiento mixto. [6]

Figura 2.11 Acoplamiento serie-paralelo. [6] Ejemplo:

Con cuatro baterías de características 12V/60 Ah ¿Qué características resultantes se obtendrían en un acoplamiento mixto serie- paralelo o paralelo-serie (fig. 2.11)

Solución:

1er caso acoplándola en serie-paralelo se obtiene:

Ramas en serie:

2do. Caso. Acoplándolas en paralelo-serie se obtiene:

Cada grupo en paralelo:

Y los dos grupos acoplados en serie:

Resultado con unas características finales: 24V/120 Ah.

Como puede comprobarse son idénticas para los tipos de acoplamientos, cuando las baterías son iguales. [6]

2.8.- TENDENCIAS EN INNOVACIÓN Y TECNOLOGÍAS.

En el campo laboral se ha investigando para hacer más fácil la fabricación de los acumuladores y que sean más eficientes, en la tabla 2.3 se observara sobre varias partes del acumulador para ver algunas ventajas. [1]

Tabla 2.3 Nuevas tecnologías en los acumuladores y beneficios.[1-29]

COMPONENTES DESCRIPCIÓN BENEFICIOS

Componentes –

Caja, Tapa y Tapón

Los materiales plásticos del acumulador son fabricados de polipropileno. Es 100% reciclable y se moldea en Inyectoras de Plástico.

 Alta resistencia a temperaturas extremas.

 Resistencia a daños mecánicos.

 Resistencia a la absorción de ácido.

Placas Positivas El proceso de empastado es simultáneo por ambos lados de la rejilla, logrando mayor acercamiento del material activo a la rejilla.

 El material activo se deposita más uniformemente.

 Se evita el rompimiento del separador.

 Mayor resistencia a la vibración, y menor pérdida de material activo durante el ciclado.

Placas Negativas La Tecnología Expanded Metal fabrica las placas negativas a través del proceso de mayor consistencia y control llamado Metal Expandido.

 Este proceso garantiza una mayor consistencia en el desempeño eléctrico del acumulador.

Bordes del acumulador

Esquinas redondeadas en las placas que aún en condiciones de alta vibración, extienden la vida de los acumuladores.

 Evita que el separador se desgaste y rompa, reduciendo riesgo de cortos.

El Anclaje Epóxico

Es una resina añadida que hace que las placas queden ancladas entre sí mismas y en la base del acumulador. Esta tecnología se encuentra en los acumuladores de Alto Rendimiento.

 Reduce los cortocircuitos por rompimiento de sobre a causa de la vibración.

 Reduce el desprendimiento de material activo.

 Reduce fallas por discontinuidad.

NOTA.- Es necesario mencionar que en la actualidad hay nuevas tecnologías en acumuladores como la batería de gel pero no es una tecnología que tenga un estudio de mercado no podemos asegurar que sea accesible para todo el público en general y ANCE solamente tiene certificada el acumulador tipo plomo-acido para uso automotriz.

CAPITULO

III.-NORMALIZACIÓN Y REGULACIÓN EN

En este capítulo se explicara la parte normativa y de regulación en materia de los acumuladores eléctricos automotrices tipo plomo-acido por parte de las instituciones nacionales e internacionales como el Consejo Internacional de Baterías, la Asociación Nacional de Normalización y Certificación del Sector Eléctrico y la Norma Oficial Mexicana y normas internacionales y legislación del reciclado en México que se mencionan a continuación.

3.1.-EL CONSEJO INTERNACIONAL DE BATERÍAS BCI.

El consejo internacional es un organismo que se encarga de regular los fabricantes de acumuladores en cuanto a tamaños, rango en sus capacidades, etc. en el contienen americano se encuentra en los Estados Unidos de América. [1]

En los etiquetados de la batería se observa una nomenclatura donde se aprecia en unos de los costados de la batería y nos indica el mes y el año de producción de dicha batería, así como también que es un producto 100% reciclable. (Fig. 3.1). [1]

CCA.-Capacidad de arranque en frio en ampers. CR.- Capacidad de reserva en minutos.

BCI.- Consejo Internacional de Baterías

Figura 3.1Nomenclaturas de la batería. [1]

3.2.-

ASOCIACIÓN

NACIONAL

DE

NORMALIZACIÓN

Y

CERTIFICACIÓN DEL SECTOR ELÉCTRICO (ANCE).

La Asociación de Normalización y Certificación, A.C., es un organismo fuerte y consolidado en materia de certificación de productos en los sectores eléctrico, industrial y de gas; así como agroalimentario, verificación de información comercial y de centros de recarga para extintores; certificación de sistemas de gestión, pruebas de laboratorio; verificación de alimentos y bebidas; así como de árboles de navidad y madera aserrada; demás de certificación de la sustentabilidad de bosques. Ofrecemos capacitación y asistencia técnica nacional e internacional.

En la asociación de normalización y certificación ANCE existen algunas normas para la regulación para los fabricantes de acumuladores automotrices que incluyen las pruebas requeridas para los acumuladores que mencionaremos a continuación (Ver figura 3.2).

NMX-J-527/1-ANCE-2005 (07/10/05)

BATERÍAS PARA ARRANQUE TIPO PLOMO - ÁCIDO PARTE 1: REQUISITOS GENERALES Y MÉTODOS DE PRUEBA.

Específica las características para los tipos y tamaños de baterías de arranque tipo plomo-ácido que se utilizan en vehículos automotores, con una tensión asignada de 12 V o 6 V, que se emplean principalmente como fuentes de poder para arranque e ignición de motores de combustión interna, luces y también para equipo auxiliar de vehículos con motores de combustión interna. Estas baterías son comúnmente llamadas baterías de arranque. [4]

NMX-J-527/2-ANCE-2003 (23/07/03)

CELDAS SECUNDARIAS - BATERÍAS DE ARRANQUE TIPO PLOMO - ÁCIDO - PARTE 2: DIMENSIONES Y MARCADO DE TERMINALES.

Establece el método que constituye una guía de información técnica de dimensiones para cada uno de los tres tipos de celdas secundarias (baterías de arranque tipo plomo-ácido, grupo BCI) utilizados por la industria automotriz nacional. [4]

Figura 3.2 Asociación Nacional de Normalización y certificación del sector eléctrico. [5]

3.3.-LA NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-001-SEDE-2012)

La Secretaría de Energía, publicó en el Diario Oficial de la Federación, el Proyecto de la norma oficial NOM-001-SEDE-2012-Instalaciones Eléctricas (utilización), la cual sustituyo a la edición NOM-001-SEDE-2005.

El nuevo documento contiene un número considerable de aclaraciones y nuevas secciones que se han producido en el ámbito de equipos e instalaciones eléctricas durante los últimos siete años.

Para realizar este estudio se tomaron en cuenta los siguientes artículos ya que en estos se mencionan los alcances, definiciones y cuestiones de seguridad que se deben implementar para los acumuladores eléctricos tipo plomo-acido. (Ver figura 3.3).

 En la norma oficial mexicanas en la NOM-001-sede-2012 en articulo 480 toca el tema de las baterías de acumuladores.[5]

480-1. Alcance. Las disposiciones de este artículo se aplican a todas las instalaciones estacionarias de baterías de acumuladores

480-2. Definiciones

Batería de acumuladores. Batería formada por una o más celdas recargables de plomo-ácido, níquel-cadmio o de otro tipo electro-químico recargable.

480-6

a) No se exigirá que las celdas y baterías de múltiples celdas con cubiertas selladas en recipientes de material no conductor y resistente al calor tengan un soporte aislante adicional.

 En la norma oficial mexicanas en la NOM-001-sede-2012 el articulo 625 los equipos para carga de vehículos eléctricos.[5]

625-1.- Alcance.- Las disposiciones de este articulo cubren los conductores y equipos eléctricos externos a un vehículo eléctrico y que sirven para conectar el vehículo a un suministro de electricidad por un medio conductivo o inductivo y a la instalación de los equipos y dispositivos relacionados con la carga de vehículos eléctricos.

Figura 3.3 Norma Oficial Mexicana. [5]

3.4.- NORMAS INTERNACIONALES.

Antes de iniciar con el tema d las normas se hace mención de que no todas las normas a las que se hace referencia cuando se trata de productos eléctricos (y las baterías de plomo-ácido entran en esta categoría, al menos, en parte) se refieren a lo mismo. Existen normas que se refieren al desempeño del producto que nos interesa, otras se refieren a sus características de seguridad al operarlo y por último, un tercer conjunto se refiere al sistema de gestión de la empresa, ya sea en lo que hace a cuestiones de calidad, medio ambiente o seguridad e higiene laboral.

Una empresa puede tener una excelente gestión y, sin embargo, fabricar productos que no cumplan con nuestras necesidades o que a la hora de utilizarlos, traigan algún riesgo para la salud o seguridad de las personas.

En otras palabras, deberíamos tener en claro qué es lo que estamos pretendiendo para poder evaluar si las normas que nos ofrecen son las que realmente necesitamos. Por supuesto, los límites, no son tan estrictos, y los alcances de las normas tienen cierta superposición. Pero a los fines de poder dejar en claro algunas ideas, es conveniente hacer una separación como la que aquí hemos realizado.

Es muy frecuente que, al relacionarnos con un fabricante, hoy en día, se nos explique que

su empresa “ha certificado la norma ISO 9001”. Esta es una norma que se refiere al

desempeño del sistema de gestión de calidad de la empresa.

Por ser una norma general referente a instituciones nada nos asegura que los productos fabricados o servicios brindados cumplan con determinadas especificaciones técnicas.

Aclaremos de paso que la expresión “ha certificado” significa que un tercero verificó, mediante una auditoria, que los preceptos de la norma, efectivamente, se cumplen. Y, obviamente, no tiene el mismo valor que la empresa lo afirme o que un tercero independiente sea quien lo declare.

Además de cumplir con normas específicas sobre desempeño del producto, el fabricante nos aclara que la empresa cuenta con una certificación de su sistema de gestión de la calidad, podremos estar seguros que sus procesos están bajo control y que si compramos un producto hoy y otro el mes que viene, su calidad será la misma. Avancemos un paso más, ahora, y supongamos que, se trata de evaluar lo que podría ocurrir con nuestro producto en caso de un incendio. Sería el caso de una batería pequeña instalada en una luminaria de emergencia. [27]