Descargas profundas

Buen día amigos de Energicentro. Hoy 2 de diciembre, una nueva entrada sobre descarga de baterías, partiendo de la consulta de un visitante:

Hola Carlos. Me encanta tu BLOG. Soy un fanático de estos temas de acumuladores. Es increible tu forma de explicar los conocimientos.

Mi pregunta es: ¿Por qué al descargar totalmente y repetidas veces una batería, esta es factible que se deteriore de manera acelerada? ¿Qué elementos juegan allí? 

Espero pronta respuesta. Gracias. 

Daniel.

Aquí mi respuesta:

Buen día Daniel

Se afirma que cuando una batería se carga y se descarga la placa cambia de dimensión, es decir, se expande y se contrae. Claro esto no es apreciable a simple vista, ya que los porcentajes son muy pequeños. Pero este continuo expandir y contraer fatiga la adherencia del material activo en la rejilla y termina por desprenderse, lo que acelera el fin de la vida útil de la batería.

Aquí un ejemplo: cuando las baterías se descargan totalmente y se dejan en este estado, pues las baterías tienden a hincharse. Prueba de que en realidad hay una expansión, y como internamente las placas están acuñadas, pues no les queda más opción que dilatar la caja que las contiene.

Saludos

Nota: Amigo lector, en el interior de una batería están montadas las placas y estás son de signo negativo y otras de signo positivo. Las rejillas son estructuras de plomo metálico que actúan como retenedores de un material hecho a base de óxido de plomo. Este material adherido a la rejilla se conoce como: Material Activo, y en el se acumula la energía que tienen las baterías. Al desprenderse el Material Activo de las rejillas, la batería pierde capacidad de retener carga y debe entonces reemplazarse.

Ciclo de Vida

Hola amigos baterilleros. Ahora continuamos con el tema de la batería de Ciclo Profundo: Deep Cycle.

Una de las preguntas que se hace el diseñador de proyectos, o el usuario, es: ¿Cuanto durará la batería?

La duración, dependerá:

1) Del cuidado.

2) De la forma de uso.

Para este post, nos referiremos al punto dos. Antes, haremos una definición.

¿Que es el DOD?

DOD  es un acrónimo en inglés para Depth of Discharge. La traducción al castellano es: Profundidad de Descarga.

El DOD es cuanto de energía se extrae de una batería. Por ejmplo si una batería es de 200 A-h y de ella se extraen 60 A-h, entonces se ha decargado en una profundidad de 30%. Si por el contrario, de ella se extraen 100 A-h, pues la profundidad de descarga es de 50%. Si en cambio se extraen 150 A-h, el DOD viene a ser 75%.

¿Cómo afecta el DOD a la vida de servicio de una batería?

Durante la descarga y la consiguiente recarga, el material activo de una batería, está sometido a contracciones y dilataciones. El efecto se hace mas intenso, cuando la Profundidad de Descarga (DOD), es mayor. Una batería que se someta a una DOD de 30%, vivirá más que una que se somete a una DOD de 80%.

Los fabricantes describen en sus catálogos, los comprtamientos esperados de las baterías, de acuerdo al grado de DOD. Bien, hay un gráfico de bastante utilidad para el diseñador o proyectista de instalaciones con baterías. El grafico es: Vida de Servicio en Ciclos (Cycle Service Life).

Retomemos la definición de CICLO: evento que para una batería, comprende una Descarga, seguida de una Recarga. Bien el gráfico : Vida de Servicio en Ciclos, expresa cuantos ciclos se espera que entregue una batería, de acuerdo al DOD al que se trabaje.

Aquí el gráfico para una batería de 12 V, 100 A-h, de tipo estándar. Modelo GT12-100. Tecnología AGM-VRLA.

Vemos que:

Si el DOD es 30%, puede entregar de 1000 a 1100 ciclos.

Si el DOD es de 50%, puede entregar de 400 a 500 ciclos.

Si la batería, está sometida a un ciclo por día, podemos correlacionar la esperanza de vida que da el gráfico, con el periodo calendario. Por ejemplo, para una DOD del 30%, la batería "vivirá" unos 1100 dias o unos 3 años.

Nótese además, que el gráfico, brinda una adicional información. En el eje vertical aparece CAPACITY(%). Lo que nos indica, la relación entre el número de ciclos y el porcentaje de Amperios-hora que conserva la batería. Me explico. A medida que una batería va "envejeciéndose", su capacidad va disminuyendo. Es decir, va cayendo paulatinamente, y por mas que se recargue, no llega al valor nominal que tenía cuando era nueva. Este es el comportamiento natural de toda batería. Por eso el diseñador, debe preveer esta característica a fin de dimensionar correctamente el acumulador.

Interpretemos lo de CAPACITY(%). Lo que nos dice el fabricante, es que la batería entregará los ciclajes del gráfico, considerando que mantiene siempre una capacidad igual o mayor al 60% de la capacidad que tenía cuando era nueva.

Una batería que esta sometida a un servicio de descarga y recarga, no debería trabajarse mas allá de un DOD de 50%. Valores de DOD mayores, limitan grandemente la esperanza de vida.

Ahora veamos el gráfico para una batería de 12 V, 100 A-h, del tipo Ciclo Profundo o Deep Cycle. Modelo GT12-100C. Tecnología AGM-VRLA.

Si el DOD es 30% la batería entregará 1500 ciclos.

Si el DOD es de 50%, entrega de 700 a 800 ciclos.

Esta por ser una Deep Cycle, tiene mejor desempeño, comparada con una de tipo estándar. Nuevamente, por mas que se llame de Ciclo Profundo, su vida se ve afectada si el DOD es de 100%. Es mas, el gráfico nos dice que puede entregar 300 ciclos, pero no nos garantiza que la batería entregará durante esos 300 ciclos el 100% de su capacidad nominal de cuando era nueva.

No es conveniente, descargar a una batería, repetidas veces al 100%, así sea del tipo Ciclo Profundo. Ya que su vida se acorta.

Es importante seleccionar bien la batería a instalar. Una de Ciclo Profundo, tiene mejor perfomance en ciclaje, que una que no lo es, pero una de Ciclo Profundo, puede ser dos veces más cara. En ocasiones, seleccionar una batería AGM estándar, considerando una DOD del 50%, puede dar mejor resultado, que seleccionar una Deep Cycle, que se someterá a una DOD del 80%. Es decir, al momento del diseño, debe llegarse a un compormiso, que tenga en cuenta las prestaciones que dará una batería y la inversión que demande su adquisición.

Por ahora aquí ponemos punto final. Nos queda entender, que hace que una batería sea de Ciclo Profundo. Que cambios hay en su estructura intrena. Eso será, matería de una nueva entrada.

Saludos

Capacidad y Ciclo Profundo

A raíz de una consulta, nuevamente presento una entrada sobre este tema.

1.0 Capacidad (Amperios-hora o A-h):

"Cantidad de energía eléctrica que puede almacenar o acumular una batería"

La capacidad, viene determinada por:

A) La cantidad de material que tiene la batería: A más material, mayor energía.

B) La velocidad con que se extrae esa electricidad: Puede ser rápida, como la energía que se extrae de una batería al momento del arranque de un camión de carga. O tan lento, como la energía que entrega una batería, para el funcionamiento de un foco ahorrador de 12 voltios y 11 watts.

2.0 Centrémonos en el punto B

A la rapidez con que se extrae energía de una batería, se le llama: RATIO. El ratio usual es de 20 horas. Pero hay también ratios de 10 horas, 8 horas, 5 horas, 15 minutos etc.

Como dijimos lineas arriba. La velocidad de descarga a que es sometida una batería (nivel de corriente que se extrae), afecta el valor de cuanto de energía puede obtenerse de ella (Amperios-hora disponibles). Por tanto, cuando se habla de capacidad de una batería, debe especificarse también el ratio al cual se midió.

¿Qué significa Ratio?

Es la velocidad con que se extrae corriente de una batería. Si la batería es de 100 A-h y el ratio al que se midió es de 20 horas, entonces, esa batería, nueva y plenamente cargada, puede entregar una corriente de 100/20 = 5 amperios durante 20 horas, hasta quedar agotada totalmente. Durante la descarga, la batería (de 12 voltios) deberá mantener un voltaje en bornes igual o mayor a 10.50.

Esta misma batería tiene 85 A-h de capacidad medida a un ratio de 5 horas. Lo anterior indica que puede entregar 85/5 = 17 amperios de corriente, hasta quedar totalmente agotada. Nuévamente, durante toda la descarga, la batería deberá mantener un voltaje en bornes, igual o mayor a 10.50 voltios.

Reiteramos: "A más velocidad de descarga (a mayor corriente por hora extraída de la batería), la capacidad que puede obtenerse de la batería disminuye. Y a la inversa. A menor velocidad de descarga (o sea a mas horas de ratio y a menor cantidad de corriente extraída de la batería), la capacidad crece"

Esta misma batería de 100 A-h a 20 horas de ratio, cuando se descarga a un ratio de 100 horas, puede llegar a tener una capacidad de 130 A-h. Es decir, que la batería puede entregar 130/100 = 1.3 amperios de corriente, durante 100 horas.

Nota: No es conveniente trabajar una batería hasta agotarla totalmente, así sea Libre de Mantenimiento, con electrolito líquido, Ciclo Profundo o VRLA.

3.0 Batería Ciclo Profundo o Deep Cycle

Toda batería puede descargarse tanto como lo permita la energía que tenga acumulada en su interior. Enfocándolo de otra manera, una batería puede descargarse tan a lo extremo, como lo permita la instalación donde brinda servicio, y es que a medida que una batería se descarga, va perdiendo voltaje y este puede caer tanto, que es ya inutil para el equipo que la batería sirve.

Una vez descargada la batería, se conecta esta a un cargador, para que recupere su energía y quedar lista para la siguiente operación. A la ocurrencia anterior, se le llama CICLO, que es el evento de una Descarga, seguida de una RECARGA.

Por otro lado, una descarga puede ser profunda (extraer toda la energía) o ligera. Entre esos dos extremos, hay también opciones. Se dice descarga profunda, cuando a la batería se la descarga hasta un 80% o más. La descarga ligera será de 20%. Descargas medias son de 50% o 60%. Decir que a una batería de 80 A-h, por ejemplo, se descarga al 50%, significa extraer de ella 40 A-h. Si la descarga es del 80%, entonces de ella se extrae: 64 A-h.

Las baterías "viven" en función de los ciclos. Una batería, entrega tantos ciclos, como lo sean las profundidades de descarga a la que es sometida. Es decir, si una batería se descarga más profundamente, "vivirá" menos (entregará menos ciclos) que una sujeta a descargas ligeras.

Nuevamente, toda batería se puede descargar profundamente, pero hay baterías que tienen de fábrica una característica llamada: Descarga Profunda o Deep Cycle. Estas "resisten mas" las descargas totales o de 100%, pero igual su vida, se ve afectada por este trabajo.

Hasta aquí me quedo por ahora.

Batería de Ciclo Pofundo

Batería DEEP CYCLE

Aquí va un post, para absolver una consulta. Espero esto motive nuevas interrogantes, más visitas a este blog y por supuesto más comentarios....que eso es INTERNET...INTERacutar.

Las baterías de plomo, son dispositivos para acumulación de energía. La cantidad de energía que entregan, depende de la cantidad de material con la que se manufacturaron...es decir, a más plomo, más cantidad de energía almacenada.

Pero la cantidad de energía que se puede "sacar" de una batería, depende también de la velocidad con la que se extree esta. Me explico, cuando se enciende el motor de un auto, la batería entrega gran cantidad de corriente, en un periodo corto de tiempo. Pero cuando se conecta la batería a un equipo de música de unos pocos watts, la cantidad de corriente que se extrae de la batería es pequeña y así podemos tener música por varias horas.

Las baterías para aplicación automotriz, reciben el nombre de baterías de arranque. Las de aplicación como el ejemplo de la radio, reciben el nombre de baterías de uso estacionario. Vemos que la forma de uso, influye en la cantidad de energía que podemos obtener de una batería.

Para indicar cuan descargada está una batería, se usa el término: Profundidad de Descarga o en Inglés DOD (Depth Of Discharge). Por ejemplo una batería plenamente cargada, tendrá una DOD de 0%. En cambio una batería totalmente descargada, tendrá una DOD de 100%. Una batería de 120 A-h de capacidad a la que se extrajeron 60 A-h, tendrá una DOD del 50%.

Las baterías de arranque (las automotrices), se fabrican para un trabajo de no mas del 20% de DOD, esto no significa que no se les pueda descargar mas profundamente. Lo que quiero decir es que su manufactura está dirigida a que la batería trabaje más eficientemente cuando como máximo se descarge solo en un 20%.

Existen otras baterías, las cuales por su manufactura están más "facultadas" a ser sometidas a descargas del 50% , 80 y aun 100% de DOD. Estas son las llamadas baterías de Ciclo Profundo ó Deep Cycle (La figura nos muestra celdas GasTon, de uso estacionario).

Ahora una batería que se descarga siempre en un 80%, vivirá menos que una que sólo se descarga en un 30%. La profundidad del DOD, afecta la expectativa de vida de una batería. Por eso debe dimensionarse de manera correcta la capacidad en Amperios-hora (A-h) que requiere una isntalación, a fin de no someterla a descargas profundas repetitivas. Por otro lado, por mas que una batería tenga la característica DEPP CYCLE, no es bueno descargarla mas allá de una DOD del 70 a 80%.

¿Que hace a una batería apta para uso estacionario ó apta para uso en arranque?

Batería de arranque:

• Placas delgadas.

• Mayor número de placas por celda.

• Mínima resistencia ohmica interna de la batería.

• Por sus características químicas, el óxido de plomo impregnado en las placas de la batería, está preparado para descargas altas.

Batería estacionaria:

• Placas mas gruesas que las que usualmente se emplean en baterías de arranque.

• Las características químicas del óxido impregnado en las placas, posibilitan descargas a amperajes bajos y medios durante periodos largos.

• Densidad del electrolito, con valores apropiados de acuerdo al tipo específico de aplicación.

(Tomado de le web de Baterías GasTon)

La figura muestra la diversidad de baterías de uso estacionario.

Saludos amigos
Carlos el baterillero