Resistencia de un batería

La corriente eléctrica, para pasar por todo el circuito interno de un acumulador debe atravesar:

a) el electrolito;

b) los separadores de las placas;

c) la materia activa;

d) las rejillas que sostienen la materia activa;

e) los soportes de las placas, hasta los terminales.

Esto constituye la resistencia de la batería. Se unen otras causas, principlamente la densidad del electrolito, pues su resistencia es mínima cuando su densidad es de 1230: valores superiores, o inferiores, aumentan su resistencia eléctrica. Así mismo cabe considerar el grado de porosidad de los separadores y el estado de carga de las placas, pues cuando la batería está descargada la corriente tiene que atravesar la película de sulfato de plomo, que es sumamente resistente al paso de la electricidad.

 

Fuente de la ilustración: www.sapiensman.com

Todo esto hace que la resistencia de una batería de acumuladores no sea una cantidad constante sino variable. En los tipos de acumuladores de 6 voltios y 80 Ah está comprendida entre 15 y 20 ,iliohmios (0.015 y 0.020 ohmios), cuando la batería está totalmente cargada, y de 50 a 80 miliohmios (0.050 y 0.080 ohmios) al estar completamente descargada.

Fuente: La literatura se obtuvo del libro: Tratado Práctico de ACUMULADORES ELÉCTRICOS del Ing. Agustín Riu. Año de edición 1958

Construcción de Baterías - Resistencia Interna

Parte 2

Frecuentemente consideramos que una batería o pila, es una fuente perfecta de voltaje constante y que la corriente que entrega solo depende de la resistencia externa o carga que conectemos a sus bornes. Lo anterior, no es cierto. Toda celda o batería tiene siempre una resistencia interna.

Batería "perfecta" o ideal, sin resistencia interna

El esquema muestra una "batería real" con una resistencia interna de 0.2 ohmios encerrada en un recuadro punteado. Tenemos también una resistencia de 1 ohmio conectada a los terminales de la batería.

Batería "real" con resistencia interna de 0.2 ohmios

Recordemos que para calcular la corriente que circula por un circuito resistivo, contamos con el auxilio de la Ley de Ohm (I = E/R). Hagamos algunos cálculos:

Para la "batería perfecta"

I = 10/1 = 10 amperios.

Para la "batería real"

I = 10/ 1.2 =  8.333 amperios

Por otro lado, si ponemos en corto circuito los terminales de la "batería real" se producirá una corriente cuyo valor será infinito, ya que I = 10/0 = infinito. Para la "batería real", la corriente será I = 10/0.2 = 50 amperios.

Dado que todas las baterías serán "imperfectas", es decir tendrán una resistencia interna, debemos entender las implicancias de esta característica, a fin de valuar su influencia en los circuitos.

En la práctica, las baterías se manufacturan con resistencias internas muy bajas (comparadas con las resistencias que como carga se conectan a sus terminales) a tal punto que la batería se comporta como una "perfecta".

Si se requiere construir una batería con resistencia extremadamente baja, pues  para lograr el objetivo, es necesario conectar varias celdas en paralelo.

El esquema anterior nos muestra que tenemos cinco celdas conectadas en paralelo. Cada celda, tiene una resistencia interna de 0.2 ohmios. El circuito equivalente es el de una celda con idéntico voltaje de 2 voltios y una resistencia interna de 0.04 ohmios. El valor 0.04 es el resultado de dividir 0.2 entre 5.  Es decir la resistencia equivalente será 1 quinto de la resistencia de cada celda. Si se conectaran 10 celdas, la resistencia interna de todo el arereglo será: 0.2 entre 10 = 0.02 ohmios.

Por otro lado, si el arreglo de las cinco celdas en paralelo, se conecta a un circuito, la corriente que circulará en cada ramal, será equivalente a la quinta parte del valor que atravieza el circuito.

Saludos amigos. Esperaría sus comentarios.

Construcción de Baterías - Resistencia Interna

(Parte 1)

Hola amigos de Energicentro. Hoy con un post sobre análisis de construcción de baterías. Este tema lo he abordado con anterioridad, pero en esta oportunidad deseo hacer incapie en el rubro: Resistencia Interna, mas que en el proceso de manufactura del acumulador.

La palabra Batería, indica conjunto, agrupación, reunión, grupo. Una batería es un conjunto de celdas electroquímicas, diseñada para proveer mas voltaje o mas corriente que la que pudiera entregar una celda individual.

El símbolo que representa una celda, es muy sencillo. Consiste de dos pequeñas lineas paralelas. Una mas larga que la otra.  Cada linea tiene un hilo conector con su respectivo signo. En cambio una batería, usualmente es la yuxtaposición de dos símbolos de celdas,  puestas una a continuación de la otra, digamos en serie.

El voltaje que puede producir una celda, depende únicamente de la particular reacción electroquímica que ocurre al interior de ella. El tamaño de la celda, no influye en el nivel de voltaje que entrega. Para lograr voltajes mayores, es necesario interconectar en serie varias celdas. El voltaje de la batería será la suma de los voltajes individuales de las celdas. Para una batería de auto, que tiene seis celdas y en la que cada celda suministra 2 voltios, tendremos que como voltaje nominal entregará 6 x 2 = 12 voltios.

Las celdas de una batería automotriz, están contenidas dentro de una caja monobloque, en cuya cubierta están insertados los bornes terminales. Bueno hay también excepciones, como el caso de baterías con terminales en el lado frontal de la caja.  La interconexión de las celdas se hace mediante el soldado de pequeñas "barras". Cada celda se ubica en un compartimiento estanco. En cada compartimiento, van las placas (técnicamente electrodos) intercaladas entre si (positivas y negativas), y llevan insertos unos hojas de material permeable: los separadores, que impiden el contacto entre placas de diferente polaridad. Todo inmerso en el elemento conductor: electrolito ácido.

Volviendo a los símbolos, por simplificación, una batería de muchas celdas, se representa a lo mas con un set de dos lineas largas y dos cortas. Si se quiere hacer notar que se trata de una batería con un inusual número de celdas (baterías de voltaje alto), pueden dibujarse cuatro o mas sets de lineas largas y cortas.

Aprendimos que el tamaño físico de una celda, no influye en el voltaje que entrega. Entonces:

¿Que afecta el voltaje que entrega una celda?. 

Respuesta: La resistencia interna, afecta la máxima cantidad de corriente que una celda puede entregar. 

Toda celda electroquímica posee una resistencia interna, ocasionada por la conductividad de las placas,  conductividad del electrolito, y por el área de contacto entre placas y el medio electrolítico. Mientras mas grande sea una celda, pues mayor será el área de contacto entre placas y electrolito y por tanto menor la resistencia interna.

Yo trabajaba en una planta de baterías y de pronto alguien planteó la pregunta: 

¿Que batería, tiene menor resistencia interna: Una de 9 placas y 50 A-h o una de 27 placas y 180 A-h?

Yo respondí que una de 27 placas por celda, tiene menor resistencia interna y esa es una de las razones por las que puede entregar grandes cantidades de corriente, manteniendo un voltaje constante en sus terminales.  Recuerdo que había compañeros que opinaban en sentido contrario. Ellos afirmaban que una de 9 placas tiene menos resistencia interna, debido a que la corriente eléctrica debe "recorrer" menos placas, o sea menor camino.

Yo solía experimentar las relaciones entre corrientes y voltajes al interior de una batería. Contaba con un cargador de bajo voltaje (15 voltios), pero de gran "amperaje" (llegaba hasta unos 500 amperios). Tenía además una cuba para carga de placas, que contaba con ranuras, donde yo iba deslizando las placas. En la parte inferior de la cuba había unos estribos de plomo. Un estribo era positivo y el otro negativo. La cuba tenía entonces ranuras para placas positivas y para placas negativas. El ensamble así formado era una celda.

Bien, comenzaba mi experiencia llenando la cuba con electrolito. Insertaba 17 placas. Ocho positivas y  nueve negativas. Prendía el cargador y fijaba la corriente en 30 amperios. Luego, con el cargador prendido, añadía una placa positiva y una placa negativa. La corriente se elevaba. Introducía por decir tres placas positivas mas y tres placas negativas mas y el amperímetro registraba un aumento en la corriente. Recuérdese que yo no variaba la posición del regulador de salida del cargador. Mi conclusión fue: Al no variar la posición del regulador, el voltaje que ingresaba a la celda por parte del cargador, era el mismo. Si había una mayor corriente de carga, se debía a que el incremento de placas, disminuía la resistencia interna de la celda. Osea a mas placas, menos resistencia interna.

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Es decir, si en el interior de una batería, había mas superficie de placas en contacto con el electrolito, pues la resistencia interna de la batería reducía su valor.

Hasta aquí llego por hoy. Saludos

Resistencia Interna De Una Batería

Buen día lectores de Energicentro. En esta entrada, continuaremos con nuestro tema acerca de la resistencia.

Antes de proseguir, anotar que el valor de resistencia de un circuito o dispositivo, se puede medir empleando un instrumento conocido como Ohmímetro u Ohmetro. Este instrumento, inyecta en el circuito o dispositivo, corriente de tipo continuo. La figura muestra un ohmetro de tipo analógico. Este instrumento posee una batería interna.

También puede obtenerse el valor de la resistencia de un circuito, aplicando la fórmula:

En este caso, la resistencia, es el resultado de dividir los voltios entre los amperios.

Resistencia en una Batería

Una batería, está compuesta de placas, electrolito y contactos intercelda. Todos esos elementos intervienen en el valor de la resistencia interna. Por ejemplo, placas sulfatas, presentarán alto valor de resitencia. Contactos intercelda de tamaño insuficiente, son una limitante a la circulación de altas corrientes. La densidad del electrolito, influye también en el valor de la resistencia, ya que el electrolito varia su resistividad de acuerdo al grado de concentración.

Así mismo en una batería, hay efectos de tipo bobina y de tipo capacitancia. En realidad la resistencia interna de una batería, está influenciada por muchos factores. Interviene también, la temperatura ambiente.

El valor de resistencia interna, no es constante a lo largo de la vida de una batería. Inicilamente es muy bajo, pero a medida que la batería envejece, va incrementándose su valor.

Para la medición de la resistencia interna de una batería, no debe emplearse el ohmetro, se emplean equipos para medición de resistencias, que son circuitos especiales, llamados "Puentes Weston". El equipo inyecta a la batería una señal y en base a la respuesta que se obtiene, registra un valor.

Valores de Resistencia Interna de Baterías GasTon

GT12-4, 12 voltios y 4.2 A-h: 35 miliohms

GT12-7, 12 voltios y 7 A-h: 20 miliohms

GT12-18, 12 voltios y 18 A-h: 16 miliohms

GT12-40, 12 voltios y 40 A-h: 9.5 miliohms

GT12-100, 12 voltios y 100 A-h: 5 miliohms

GT12-200, 12 voltios y 200 A-h: 4 miliohms

Valores de catálogo del fabricante. Para baterías nuevas y totalmente cargadas y a una temperatura ambiente de 25 grados C.

Vemos, que al incrementarse la Capacidad de una batería, se reduce el valor de la resistencia interna. ¿Por qué? Pues debido, a que los contactos intercelda de las baterías mas grandes, son de mayor espesor, por tanto la corriente circula con más facilidad. El incremento del número de placas, disminuye también el valor de la resistencia. Lo anterior se cumple, sea que se trate de baterías VRLA o de las baterías de uso automotriz. 

Recuerdo que cuando trabajaba en una planta de manufactura de baterías, una de las preguntas que nos planteábamos era: ¿Que batería, tiene más resistencia interna, una de 33 placas por celda o una de 9 placas por celda?

Muchos respondían que una de 33 placas, ya que es una batería más grande y tiene mayor cantidad de material en su manufactura y por tanto, hay mayor camino físico a recorrer al interior de la batería por parte de la corriente. La respuesta, luego de ver la tabla de resistencias internas de las baterías GasTon, es al revés  de lo que se piensa.

Nuévamente, el valor de la resistencia interna de una batería, o de una celda, no es constante, varía con la edad de la batería y el tipo de servicio que esta haya brindado. Para una batería, a medidad que se incremente el valor de la resistencia, la capacidad en Amperios-hora disponible en ella disminuye.

En la actualidad, hay equipos que miden la resitencia interna de una batería y la comparan con el valor que tenía, cuando era nueva. Esto permite estimar el porcentaje de envejecimiento del acumulador y estimación del tiempo de autonomía que brindará durante el servicio. Es de gran ayuda, en el mantenimiento preventivo de la batería, sobre todo para las del tipo VRLA o selladas, donde no se pueden hacer mediciones del valor de densidad del electrolito.

Según Isidor Buchmann de Cadex Electronics Inc: "Un aumento de resistencia del 25 % indica una caída de rendimiento de aproximadamente un 80 %."  (http://www.buchmann.ca/)

Amigos, hasta aquí llego por hoy.

Saludos