martes, 30 de julio de 2013

BATERÍAS DE ÁCIDO-PLOMO Y CARGADORES.

     En los amplificadores construidos por MARGTECNOLOGÍA se utilizan las conocidas y viejas, baterías selladas de ácido-plomo. Vamos en esta entrada a describirlas de formas sencilla y ha presentar el cargador utilizado.
     Se prestará especial atención a las medidas de seguridad a tener en cuenta cuando se manipulan baterías con elementos ácidos y peligrosos.


Descripción general:

     La batería de plomo es la batería recargable más antigua. Inventada por el físico francés Gaston Planté en 1859. A mediados de los años 70 se desarrolló la batería de plomo sin mantenimiento que podía operar en cualquier posición, se modificaban los electrolitos, se agregaban válvulas de seguridad, surgíó entonces la batería sellada de ácido-plomo, conocidas por sus siglas en ingles SLA.

     Ésta es la que se utiliza en MARGTECNOLOGÍA para sus amplificadores, algunas de sus características generales típicas son:
- No tienen efecto memoria.
- Dejarlas en carga flotante no causa daño.
- Son relativamente baratas.
- No se pueden cargar de forma rápida.
- Hay que almacenarlas siempre en estado de carga.
- Tienen un peso considerable.

    Como se ha mencionado, no se prestan a una carga rápida, los tiempos de carga típicos son de 8 a 20 horas. Cuando se deja descargada un largo período de tiempo, se produce un proceso químico de sulfatación, el cual hace difícil y hasta imposible la recarga de la misma.
    Los ciclos de descarga profuntos no son recomendables para éstas baterías. Una descarga completa causa un esfuerzo extra disminuyendo con el tiempo su capacidad.

    De forma general, presentan como máximo 300 ciclos de descarga/carga, dependiendo de la temperatura de operación de la misma y con descargas profundas.
    Son las baterías con menor densidad de carga y su rendimiento a bajas temperaturas es pobre.
    Presentan un alto contenido en plomo que las hace peligrosas para el medio ambiente.

EL USO Y MANIPULACIÓN INCORRECTA DE BATERÍAS PUEDEN PROVOCAR UN GRAVE ACCIDENTE, VERTIDOS AL MEDIO AMBIENTE, UNA EXPLOSIÓN, UN INCENDIO, GRAVES QUEMADURAS E INCLUSO LA MUERTE.

Carga de la batería SLA:

     En principio, las baterías de ácido de plomo selladas se pueden cargar a una tensión constante. La máxima tensión de carga que se puede utilizar depende de la temperatura y es muy importante que ésta tensión no se supere durante el proceso de carga. La gráfica superior muestra la relación entre la temperatura y la tensión para dos regímenes de carga diferentes. El valor más alto se utiliza para un funcionamiento normal (cíclico), mientras que el valor más bajo se usa cuando la batería se carga con el método de "goteo", para mantener sus condiciones durante un gran periodo de tiempo. En funcionamiento de reposo una tensión que tan sólo sea algo superior a dicha tensión límite, tendrá un impacto negativo en la vida de la batería y, por lo tanto, si la temperatura de funcionamiento no va a ser constante es esencial que se utilice un circuito de carga compensado en temperatura. En la gráfica inferior se muestra lo que sucede si la tensión de carga no se ajusta para seguir los cambios de temperatura.
    El proceso de carga a una tensión constante es muy sencillo. Puede usarse cualquier fuente de alimentación regulada, con la única condición de que su tensión de salida pueda configurarse al valor correcto. A temperatura ambiente (20° C), el valor más adecuado es de 2,45 V (digamos que entre 2,4 y 2,5 V) por célula, para un proceso de carga cíclico normal. Para un proceso de carga por "goteo", el valor adecuado es de 2,275 V (digamos que entre 2,25 y 2,3 V) por célula. Las células no deben cargarse durante demasiado tiempo a tensiones elevadas.
     Para determinar cuándo detener el proceso de carga puede usarse el criterio de verificar el momento en que la corriente de carga, la cual cae continuamente durante las primeras horas del proceso de carga, alcanza el valor de 0,07 CA (o menos) y se mantiene sin cambiar durante más de tres horas. Si no se utiliza este método de prueba, el proceso de carga controlado en tiempo debe estar limitado a un máximo de entre 16 y 20 horas.
     La vida de la batería depende en gran medida de la profundidad de la descarga, expresada como un porcentaje de la capacidad nominal. La figura del pie de párrafo nos da una idea del efecto del funcionamiento cíclico en la vida de una batería. Para alcanzar el máximo de número de ciclos útiles es mejor elegir una batería con una capacidad mayor, de manera que la profundidad de la descarga sea reducida. 
    Aunque la profundidad de la descarga es el factor principal, la temperatura también tiene su efecto en la vida de la batería. Se deben evitar temperaturas de funcionamiento por encima de 50° C y con temperaturas por debajo de – 15° C se produce una caída significativa de la capacidad. Realizar el proceso de carga a una tensión demasiado elevada o durante demasiado tiempo, terminará dañando la batería. La temperatura y la tensión de carga son los principales factores que afectan a la vida de la batería en un funcionamiento de carga continuada.
     Si no recargamos una batería después de un proceso de descarga profundo también tiene un efecto negativo sobre la misma. Las baterías de ácido de plomo selladas no deben dejarse en un estado de descarga profundo durante más de algunos días y, por lo tanto, deben recargarse tan pronto como sea posible. 

Algoritmo teórico de carga.

Podríamos llamar al algoritmo de carga de la SLA como "a tensión constante". En la figura anterior se puede observar dicho algoritmo llamada de "carga multietapa". Comprende tres fases:
1.- corriente de carga.
2.- elevación de carga.
3.- carga flotante.
La tensión del eje vertical corresponde a la de una celda, no de la batería, Una de 6 V tiene tres celdas y una de 12V, seis.
Durante las primeras 5 horas aproximadamente, la batería se carga con una corriente constante hasta alrededor del 70% de su capacidad nominal. El 30 % restante se completa durante la fase de elevación de carga, la cual debería ser también de 5 horas y comienza cuando la tensión de la celda alcanza valores entre 2,3 y 2,45 V.
La fase de carga flotante, o carga flotante, la tensión permanece idéntica, siendo el valor típico de 2,25 V y se puede aplicar durante años si fuera necesario.


Se debe tener en cuenta las siguiente recomendaciones finales:
- Siempre mantenga la SLA cargada. Nunca la almacene con menos de 2.10 V/celda.
- Evite descargas totales repetitivas. Cárguela con frecuencia.
- Si no se pueden evitar las descargas profundas, use una batería más grande para amortiguar el esfuerzo.
- Prevenga la sulfatación y la corrosión de placa eligiendo la carga y tensión de flotación.


Circuito cargador de baterías SLA.

Un circuito probado por MARGTECNOLOGÍA es el que se presenta a continuación. Está basado en el regulador de tensión L200, circuito integrado fácil de conseguir a un buen precio. El circuito se ha obtenido de la revista de electrónica ELEKTOR, número 229.

Cicuito electrónico:


Componentes y placas de circuito impreso:


La alimentación para el presente circuito es de 17V en corriente continua, se ha utilizado un transformador con secundario de 12V, puente rectificador y condensador de 4700 microfaradios. De esta forma garantizamos los 17 voltios a la entrada del cargador. Para baterías con una capacidad inferior a los 10Ah, un transformador de 2A es suficiente.

SE TIENE EN CUENTA EL PELIGRO MORTAL QUE TIENE TRABAJAR CON TENSIONES DE RED, PUEDE QUEDAR ELECTROCUTADO, RECIBIR UNA DESCARGA O PROVOCAR UN INCENDIO.

El circuito se ha ajustado de la siguiente forma:
1) Sin conectar batería, aplicaremos los 17V a la entrada del cargador.
2) Se ha ajustado P1para obtener una tensión de salida de 13,8V.
3) Cortocircuitamos emisor/colector de transistor T1 (BD711).
4) Se ha medido la tensión de salida y es de 14,4V.
5) Se ha quidado el cortocircuito del emisor/colector de T1.

El procedimiento para cargar una batería queda de la siguiente forma:
1) Se presta atención a la polaridad de la batería.
2) Se conecta la batería correctamente al cargador.
3) El LED D11 enciende, indicando que la batería se ha conectado correctamente.
4) Se conecta el cargador a la tensión DC de 17V.
5) Se encienden los LEDs D1 y D2. D1 indica que el circuito está conectado a la alimentación de 17V.
6) Cuando la batería esté complemamente cargada, D2 deja de lucir.


Bibliografía y fuentes:

- Revista de electrónica ELEKTOR.
-"Las baterías en un mundo portátil - Manual de baterías recargables para quienes no son ingenieros". Autor Sr. Buchmann.
- www.forosdeelectrónica.com.

Anexo de fotografías:

Para la construcción del cargador se han utilizado componentes electrónicos reciclados de circuitos impresos varios, así como un gabinete correspondiente a la caja de un reloj de pulsera.


17 comentarios:

  1. Gracias a Gaston se imvento la bateria de acido un invento muy sensillo que cambio al mundo asi como nicola tesla

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  2. Para cargar este tipo de baterías podría conectarla a la salida de 12V de una fuente de poder de computador? al menos para baterías no muy grandes, digamos 4 ó 7 Ah.

    Gracias por el post, esta excelente, muy completo.

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    1. No, aunque para una carga de urgencia podría hacerlo. Estas baterías necesitan como mínimo 2.15V por celda, las de 12V tienen 6 celdas, mínimo 12,9V. Para realizar una carga correcta debe subir a los 2,3-2.45V, siempre que se vaya a utilizar en modo cíclico. En conclusión, no se puede cargar la batería con 12V.
      Gracias por su visita.

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  3. Se puede usar con una bateria de 6v?

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  4. Estaria bueno que aclares que bateria cargaste 12V y que capacidad?
    Se ve en la foto que colocaste en R4 una resistencia ceramica de potencia ..de cuanto?
    El calculo de R6 = 0.45x I max. (0.2 a 0.5 de C total) No es 0.45/ Io max?

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    1. Las baterias que cargo son de 7Ah. La resistencia es de 4W.

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  5. Podrías por favor explicarme como hiciste la fuente de 17 volts? es decir, tenemos 12 volts DC con corriente máxima 2 amp y un condensador de 4700 microfaradios, como es la conexión?

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    1. La fuente es una fuente simple sin regular, es decir, transformador de secundario 12V, al puente rectificador y un condensador de filtro de 4700microF.

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  6. tengo dos batería de 170 la puedo cargar con un cargador de 24v y32ap

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  7. hola amigo puedo cargar mis baterias de 4 v 0.8 ah con este circuito?? porque ese circuito es para baterias de 12 v. y 6 v

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  8. Este comentario ha sido eliminado por un administrador del blog.

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  9. Este cargador lo uso hace años, con una pequeña reforma, se puede usar con baterías de 4v, tengan en cuenta que las mismas son de vida útil china, algunas duran un día otras unas semanas, Elektor es garantía de confianza en todos sus circuitos, doy fe en mas de 30 años de seguirlos y probar lo que hacen...

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  10. Las baterias de IOn litio en sus multiples versiones, multiplican las capacidades, reducen el peso,multiplican los ciclos de vida,veo aqui mucha tecnologia desfasada en este blog, tecnologia del año 80 90

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    1. No estoy de acuerdo, supongo que usted no trabaja con baterías, las de plomo son muy utilizadas hoy en día, y presenta ventajas e inconvenientes frente a las de litio, son dos tecnologías diferentes. En la industria se utilizan más baterías de plomo que de litio.

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  11. hola que tal! oye tengo una pregunta, hice el circuito para trabajar a 6v y si tengo los 6 v en la salida pero en la corriente de salida tengo sumamente nada, y si lo conecto a una bateria que tiene no se 5v por ejemplo. al conectar al cargador la tension baja a lo que tiene la pila. espero puedas orientarme muchas gracias.

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  12. Hola, gracias por el aporte. Me podría explicar cuál es la función de los diodos D4, D5, D6, D7 y D8?. Un saludo.

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