compilacion energía eléctrica a partir de energía química
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Energía eléctrica a partir de energía química: las pilas
La pila es un elemento o dispositivo capaz de convertir la energía química en energía eléctrica. Cuando una pila se conecta a un circuito eléctrico se inicia una reacción química capaz de liberar electrones que recorren el circuito.
Todas las pilas consisten en un electrolito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y otro negativo. El electrolito es un conductor iónico, contiene iones o átomos cargados. Uno de los electrodos produce electrones y el otro los recibe. Al conectar ambos electrodos al circuito que hay que alimentar se produce una corriente eléctrica. Ello nos permitirá poner en funcionamiento los receptores conectados al circuito (bombillas, motorcillos, zumbadores, etc.).
Qué es la energía nuclearEstrictamente hablando la energía nuclear es la energía ( definición de energía ) que se libera al dividir el núcleo de un átomo ( fisión nuclear ) o al unir dos átomo s para convertirse en un átomo individual ( fusión nuclear ). De hecho, nuclear viene de núcleo.Cuando se produce una de estas dos reacciones físicas (la fisión o la fusión nuclear) los átomo s experimentan una ligera pérdida de masa. Esta masa que se pierde se convierte en una gran cantidad de energía calorífica como descubrió el Albert Einstein con su famosa ecuación E=mc 2 .Sin embargo, a menudo, cuando se hablamos de energía nuclear nos referimos a generación de energía eléctrica utilizando reacciones nucleares.Hay que tener presente que aunque la producción de energía eléctrica sea la utilidad más habitual, la energía nuclear se puede aplicar en muchos otros sectores, como en aplicaciones médicas , medioambientales o bélicas. Podéis verlo en más detalle en el apartado de aplicaciones de la energía nuclear de este sitio.
Vídeo - ¿Cómo funciona la energía nuclear?
En el siguiente video encontrareis una ràpida y resumida explicación sobre cómo funcionan los dos tipos más comunes de reactores de energía nuclear.
Última revisión: 8 de enero de 2014
Historia de la energía nuclear Historia de la energía nuclear. Desde el descubrimiento del átomo hasta los primeros reactores de energía nuclear.Fisión nuclear La fisión nuclear es un método de obtención de energía mediante una reaccion nuclear que se basa en la partición del nucleo de los àtomos generalmente de uranio.Fusión nuclear La fusión nuclear tiene lugar cuando dos núcleos de átomos ligeros se unen para formar otro núcleo más pesado, liberando una gran cantidad de energía.
a conversión electroquímica
La conversión electroquímica es la conversión de energía química en energía eléctrica o viceversa. La conducción iónica en los electrólitos, tales como soluciones líquidas, sales fundidas y ciertos sólidos iónicamente conductores, constituye una fase de la electroquímica. La conducción en metales, semiconductores y gases se considera, por lo general, parte de la física.
Celdas de combustible de hidrógeno para aplicar en automoción.
Baterías tradicionales en serie.
Pila eléctrica
o 5.1 Pila común
o 5.2 Pilas alcalinas
o 5.3 Pilas alcalinas de manganeso
6 Tipos de pilas por forma y tamaño
7 Pilas y el medio ambiente
8 Véase también
9 Enlaces externos
10 Referencias
Nombre[editar]
En el castellano ha habido por costumbre llamarla así, mientras que al dispositivo recargable
oacumulador, se le ha venido llamando batería. Tanto pila como batería son términos provenientes
de los primeros tiempos del estudio de la electricidad, cuando se juntaban varios elementos o celdas
—en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo adosados lateralmente, "en
batería"— como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos
eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. De esta explicación se desprende que cualquiera
de los dos nombres serviría para cualquier tipo, pero la costumbre ha fijado la distinción.
Historia[editar]
Artículo principal: Historia de la pila
El símbolo electrónico para una batería en un diagrama de circuitos. El mismo se originó como un dibujo
esquemático del tipo mas temprano de batería, una pila voltaica.
La primera pila eléctrica fue la llamada pila voltaica, que fue dada a conocer
por Volta en 1800 mediante una carta que envió al presidente de la Royal Society londinense. Se
trataba de una serie de pares de discos (apilados) de zinc y de cobre (o también de plata),
separados unos de otros por trozos de cartón o de fieltro impregnados de agua o de salmuera, que
medían unos 3 cm de diámetro. Cuando se fijó una unidad de medida para la diferencia de
potencial, el voltio (precisamente en honor de Volta) se pudo saber que cada uno de esos elementos
suministraba una tensión de 0,75 V aproximadamente, pero ninguno de estos conceptos se conocía
entonces. Su apilamiento conectados en serie permitía aumentar la tensión a voluntad, otro
descubrimiento de Volta. El invento constituía una novedad absoluta y gozó de un éxito inmediato y
muy merecido, ya que inició la era eléctrica en que actualmente vivimos, al permitir el estudio
experimental preciso de la electricidad, superando las enormes limitaciones que presentaban para
ello los generadores electrostáticos, que son los únicos que existían hasta el momento. Otro tipo
mas temprano de configuración también utilizada y descrita por Volta para el aparato estaba
formada por una serie de vasos con líquido (unos junto a otros, en batería), en los que se sumergían
las tiras de los metales, conectando externamente un metal con otro.
Inmediatamente empezaron a hacerse por toda Europa y América innumerables pruebas con
diversos líquidos, metales y configuraciones, tratando de mejorar las características del aparato
original, cosa que pocas veces se consiguió, pero que originó una infinidad de distintos tipos de
pilas, de los cuales no ha quedado memoria más que de los más notables.
La pila Daniell, dada a conocer en 1836 y de la que luego se han usado ampliamente determinadas
variantes constructivas, está formada por un electrodo de cinc sumergido en una disolución de
sulfato de cinc y otro electrodo de cobre sumergido en una disolución concentrada de sulfato de
cobre. Ambos electrolitos están separados por una pared porosa para evitar su reacción directa. En
esta situación, la tensión de disolución del cinc es mayor que la presión de los iones Zn++ y el
electrodo se disuelve, emitiendo Zn++ y quedando cargado negativamente, proceso en el que se
liberan electrones y que recibe el nombre deoxidación. En la disolución de sulfato de cobre, debido a
su gran concentración de iones Cu++, se deposita Cu sobre el electrodo de este metal que, de este
modo, queda cargado positivamente mediante el proceso denominado reducción, que implica la
incorporación de electrones. Esta pila presenta una diferencia de potencial de 1,07 a 1,14 V entre
sus electrodos. Su gran ventaja respecto a otras de su tiempo fue la constancia del voltaje
generado, debido a la elaborada configuración, que facilita la despolarización, y a la reserva de
electrolito, que permite mantener su concentración durante más tiempo.
La pila Grove (1839) utiliza como despolarizador el ácido nítrico HNO3. Su fuerza electromotriz es de
1,9 a 2,0 V. Originariamente utilizaba platino para el ánodo, pero Cooper y Bunsen lo sustituyeron
luego por carbón. El cátodo era de cinc tratado con mercurio. Fue muy apreciada por su estabilidad
y su mayor energía, a pesar del gran inconveniente que representa la emisión de humos corrosivos.
El propio Grove elaboró, ese mismo año, una pila que producía energía eléctrica por medio de la
recombinación de hidrógeno y de oxígeno, lo que constituye el precedente de los generadores
contemporáneos conocidos como pilas de combustible.
La pila Leclanché, diseñada por Georges Leclanché en 1868, utiliza una solución de cloruro amónico
en la que se sumergen electrodos de cinc y de carbón, rodeado éste último por una pasta de dióxido
de manganeso y polvo de carbón como despolarizante. Suministra una tensión de 1,5 V y su
principal ventaja es que se almacena muy bien, pues el cinc no es atacado más que cuando se
extrae corriente del elemento.
Este tipo de pila sirvió de base para el importante avance que constituyó la pila denominada seca, al
que pertenecen prácticamente todas las utilizadas hoy. Los tipos hasta ahora descritos eran
denominados húmedos, pues contenían líquidos, que no sólo hacían inconveniente su transporte,
sino que solían emitir gases peligrosos y olores desagradables. Las pilas secas, en cambio, estaban
formadas por un recipiente cilíndrico de cinc, que era el polo negativo, relleno de una pasta
electrolítica, y por una barra de carbón en el centro (electrodo positivo), todo ello sellado para evitar
fugas. Previamente se había realizado otro tipo de pilas secas, como la deZamboni (1812), pero
eran dispositivos puramente experimentales, que no proporcionaban ninguna corriente útil. La
sequedad es relativa, en primer lugar porque un elemento rigurosamente seco no suministraría
electricidad alguna, de modo que lo que se encuentra en el interior de las pilas es una pasta o gel,
cuya humedad se procura por todos los medios conservar, pero además porque el uso y el paso del
tiempo tienden a corroer el contendedor, de modo que la pila puede verter parte de su electrolito al
exterior, donde puede atacar a otros metales. Por esta razón se recomienda extraerlas cuando no se
utilizan durante mucho tiempo o cuando ya han trabajado mucho. Este inconveniente está muy
atenuado en los productos de finales del siglo XX gracias a la utilización de recipientes de acero
inoxidable, pero todavía se produce alguna vez.
Importantes en otro sentido han sido las pilas patrón, destinadas a usos de calibración y
determinación de unidades, como la pila Clark(1870), de cinc y mercurio, cuya tensión era de
1,457 V, y la pila Weston (1891), de cadmio y mercurio, con 1,018 V. Estas tensiones se miden en
vacío, es decir, sin tener ninguna carga externa conectada, y a una temperatura constante de 20 ºC.
=
Principio de funcionamiento[editar]
Una celda voltaica para usar en demostraciones. En este ejemplo las dos semiceldas están conectadas por
un puente salino que permite la tansferencia de iones, pero no moléculas de agua.
La pila Cu-Ag, un ejemplo de reacción redox.
Aunque la apariencia de cada una de estas celdas sea simple, la explicación de su funcionamiento
dista de serlo y motivó una gran actividad científica en los siglos XIX y XX, así como diversas
teorías.
Las pilas básicamente consisten en doselectrodos metálicos sumergidos en un líquido, sólido o
pasta que se llamaelectrolito. El electrolito es un conductor de iones.
Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, en uno de los electrodos (el ánodo) se producen
electrones (oxidación), y en el otro (cátodo) se produce un defecto de electrones (reducción).
Cuando los electrones sobrantes del ánodo pasan al cátodo a través de un conductor externo a la
pila se produce una corriente eléctrica.
Como puede verse, en el fondo, se trata de una reacción de oxidación y otra de reducción que se
producen simultáneamente.
Características, propiedades y forma de utilizar las pilas[editar]
Voltaje[editar]
Véase también: Multímetro
La diferencia de potencial, voltaje o tensión que produce un elemento electroquímico o celda
electroquímica viene determinado por la naturaleza de las sustancias de los electrodos y del
electrolito, así como por su concentración. Walther Nernst obtuvo el premio Nobel de química
de 1920 por haber formulado cuantitativamente y demostrado las leyes que rigen este fenómeno.
Un artefacto para verificar el voltaje de una batería.
La conexión de elementos en serie (apilando elementos o poniéndolos en batería) permite
multiplicar esta tensión básica cuanto se quiera.
Las propiedades puramente eléctricas de una pila se representan mediante el modelo adjunto. En su
forma más sencilla, está formado por una fuente de tensión perfecta —es decir, con resistencia
interna nula— en serie con un resistor que representa la resistencia interna. El condensador de la
versión más compleja es enormemente grande y su carga simula la descarga de la pila. Además de
ello, entre los terminales también aparece una capacitancia, que no suele tener importancia en las
aplicaciones de corriente continua.
Símbolo de una pila (izquierda); modelo eléctrico simplificado (centro); modelo más elaborado (derecha).
Una vez fijada la tensión, la ley de Ohmdetermina la corriente que circulará por la carga y
consecuentemente el trabajo que podrá realizarse, siempre que esté, naturalmente, dentro de las
posibilidades de la pila, que no son infinitas, sino que están limitadas fundamentalmente por el
tamaño de los electrodos —lo que determina el tamaño externo de la pila completa— y por su
separación. Estos condicionamientos físicos se representan en el modelo de generador como
una resistencia interna por la que pasaría la corriente de un generador ideal, es decir, de uno que
pudiese suministrar una corriente infinita al voltaje predeterminado.
Conforme la célula se va gastando, su resistencia interna va aumentando, lo que hace que la
tensión disponible sobre la carga vaya disminuyendo, hasta que resulte insuficiente para los fines
deseados, momento en el que es necesario reemplazarla. Para dar una idea, una pila nueva de las
ordinarias de 1,5 V tiene una resistencia interna de unos 350 mΩ, mientras que una vez agotada
puede aumentar considerablemente este valor. Ésta es la razón de que la mera medición de la
tensión con un voltímetro no sirva para indicar el estado de una pila. En circuito abierto, incluso una
pila gastada puede indicar 1,4 V, dada la carga insignificante que representa la resistencia de
entrada del voltímetro, pero, si la medición se hace con la carga que habitualmente podría soportar,
la lectura bajará a 1,0 V o menos, momento en que esa pila ha dejado de tener utilidad. Las actuales
pilas alcalinas tienen una curva de descarga más suave que las antiguas de carbón. Su resistencia
interna aumenta proporcionalmente más despacio.
Cuando se necesita una corriente mayor que la que puede suministrar un elemento único, siendo su
tensión en cambio la adecuada, se pueden añadir otros elementos en la conexión llamada
en paralelo, es decir, uniendo los polos positivos de todos ellos, por un lado, y los negativos, por
otro. Este tipo de conexión tiene el inconveniente de que, si un elemento falla antes que sus
compañeros o se cortocircuita, arrastra irremisiblemente en su caída a todos los demás.
En las características reacciones químicas, las que se producen dentro de una pila son sensibles a
la temperatura y, normalmente, se aceleran cuando ésta aumenta, lo que se traducirá en un
pequeño aumento de la tensión. Más importante es el caso de la bajada, pues cuando se alcanzan
las de congelación muchas pilas pueden dejar de funcionar o lo hacen defectuosamente, cosa de la
que suelen advertir los fabricantes. Como contrapartida, si se almacenan las pilas refrigeradas, se
prolongará su buen estado.
Duración fuera de servicio[editar]
Lo ideal sería que las reacciones químicas internas no se produjeran más que cuando la pila esté en
servicio, pero la realidad es que las pilas se deterioran con el paso del tiempo, aunque no se usen,
pues los electrodos resultan atacados en lo que se conoce con el nombre de acción local. Puede
considerarse que una pila pierde unos 6 mV por mes de almacenamiento, aunque depende mucho
de la temperatura. Actualmente, esto no constituye un problema grave pues, dado el enorme
consumo que hay de los tipos corrientes, las que se ofrecen en el comercio son de fabricación
reciente. Algunos fabricantes han empezado a imprimir en los envases la fecha de caducidad del
producto, lo que es una práctica encomiable.
Tipos de acumuladores por su naturaleza interna[editar]
Por lo que a su naturaleza interna se refiere, características eléctroquímicas, se encuentran
habitualmente en el comercio pilas de los tipos que se detallan a continuación.
Pila común[editar]
Las pilas secas, de zinc-carbono o pilas comunes están formadas por un recipiente cilíndrico de
cinc, que es el polo negativo, relleno de una pasta electrolítica, y por una barra de carbón en el
centro (electrodo positivo), todo ello sellado para evitar fugas.
Ventajas
No se descargan si no están en uso.
Desventajas
Una pila puede llegar a contaminar 3 000 litros de agua
Pilas alcalinas[editar]
Artículo principal: Pila alcalina
En 1866, Georges Leclanché inventa en Francia la pila Leclanché, precursora de la pila seca (cinc-
dióxido de manganeso), sistema que aún domina el mercado mundial de las baterías primarias. Las
pilas alcalinas (de «alta potencia» o «larga vida») son similares a las de Leclanché, pero, en vez
de cloruro de amonio, llevan cloruro de sodio o de potasio. Duran más porque el cinc no está
expuesto a un ambiente ácido como el que provocan los iones de amonio en la pila convencional.
Como los iones se mueven más fácilmente a través del electrolito, produce más potencia y una
corriente más estable.
Las pilas secas alcalinas son similares a las pilas secas comunes, con las excepciones de que el
electrolito es básico (alcalino), porque contiene KOH y la superficie interior del recipiente de Zn es
áspera; esto proporciona un área de contacto mayor.
El ánodo está compuesto de una pasta de cinc amalgamado con mercurio (total
1%), carbono o grafito.
Cinc 14% (ánodo)
Dióxido de manganeso 22% (cátodo)
Carbón 2%
Mercurio: 0,5 a 1% (ánodo)
Hidróxido de potasio (electrolito)
Plástico y lámina 42%
Contiene un compuesto alcalino, llamado hidróxido de potasio. Está compuesta por dióxido de
manganeso, MnO2, hidróxido de potasio(KOH), pasta de cinc (Zn), amalgamada con mercurio (Hg,
en total 1%), carbón o grafito (C). Según la Directiva Europea del 18 de marzo de 1991, este tipo de
pilas no pueden superar la cantidad de 0,025% de mercurio.
Descarga
Durante la descarga, las reacciones en la pila seca alcalina son:
Ánodo: Zn (s) + 2 OH– (aq) → Zn(OH)2 (s) + 2 e–
Cátodo: 2 MnO2 (s) + 2 H2O (l) + 2 e– → 2 MnO(OH) (s) + 2 OH–(aq)
Global: Zn (s) + 2 MnO2 (s) + 2 H2O (l) → Zn(OH)2(aq) + 2 MnO(OH) (s)
Ventajas
Respecto a las pilas convencionales entregan más potencia y una corriente más
estable.
Su duración es seis veces mayor que la de la pila de cinc-carbono.
Resisten mejor el uso constante.
Desventajas
Su mayor costo se deriva de la dificultad de sellar las pilas contra las fugas de
hidróxido. Casi todas vienen blindadas, lo que impide el derramamiento de los
componentes. Sin embargo, este blindaje no tiene duración ilimitada.
Características
El voltaje de una pila alcalina está cerca de 1,5 V.
Usos
Se utilizan para aparatos complejos y de elevado consumo energético. En sus
versiones de 1,5 voltios, 6 voltios y 12 voltios se emplean, por ejemplo, en mandos a
distancia (control remoto) y alarmas.
Pilas alcalinas de manganeso[editar]
Con un contenido de mercurio que ronda el 0,1% de su peso total, es una versión
mejorada de la pila alcalina, en la que se ha sustituido el conductor iónico cloruro de
amonio por hidróxido de potasio (de ahí su nombre de alcalina). El recipiente de la pila
es deacero, y la disposición del cinc y del óxido de manganeso (IV) (o dióxido de
manganeso) es la contraria, situándose el cinc, ahora en polvo, en el centro. La
cantidad de mercurio empleada para regularizar la descarga es mayor. Esto le confiere
mayor duración, más constancia en el tiempo y mejor rendimiento. Por el contrario, su
precio es más elevado. También suministra una fuerza electromotrizde 1,5 V. Se utiliza
en aparatos de mayor consumo como: grabadoras portátiles, juguetes con motor,
flashes electrónicos.
El ánodo es de cinc amalgamado y el cátodo es un material polarizador compuesto
con base en dióxido de manganeso, óxido de mercurio (II) mezclado íntimamente con
grafito, y en casos raros, óxido de plata Ag2O (estos dos últimos son muy costosos,
peligrosos y tóxicos), a fin de reducir su resistividad eléctrica. El electrolito es una
solución de hidróxido potásico (KOH), el cual presenta una resistencia interna
bajísima, lo que permite que no se tengan descargas internas y la energía pueda ser
acumulada durante mucho tiempo. Este electrolito, en las pilas comerciales se
endurece con gelatinas o derivados de la celulosa.
Este tipo de pila se fabrica en dos formas. En una, el ánodo consta de una tira de cinc
corrugada, devanada en espiral de 0,051 a 0,13 mm de espesor, que se amalgama
después de armarla. Hay dos tiras de papel absorbente resistente a los álcalis
interdevanadas con la tira de papel de cinc, de modo que el cinc sobresalga por la
parte superior y el papel por la parte inferior. El ánodo está aislado de la caja metálica
con un manguito de poliestireno. La parte superior de la pila es de cobre y hace
contacto con la tira de cinc para formar la terminal negativa de la pila. La pila está
sellada con un ojillo o anillo aislante hecho de neopreno. La envoltura de la pila es
químicamente inerte a los ingredientes y forma el electrodo positivo.
Ventajas
Este tipo de pilas tiene una duración mayor que las alcalinas.
Desventajas
Este tipo de baterías presenta algunas desventajas:
Una pila alcalina puede contaminar 175 000 litros de agua, que llega a ser el
consumo promedio de agua de toda la vida de seis personas.
Cinc, manganeso (Mn), bismuto (Bi), cobre (Cu) y plata (Ag) son sustancias
tóxicas, que producen diversas alteraciones en la salud humana. El cinc,
manganeso y cobre son esenciales para la vida, en cantidades mínimas, y tóxicos
en altas dosis. El bismuto y la plata no son esenciales para la vida.
Usos
Juguetes, tocacintas, cámaras fotográficas, grabadoras, linternas, etc.
Tipos de pilas por forma y tamaño[editar]
Artículo principal: Tipos de pila
La distinción entre pilas que utilizan un electrolito y las que utilizan dos, o entre pilas
húmedas y secas, son exclusivamente de interés histórico y didáctico, pues todas las
pilas que se utilizan actualmente son prefabricadas, estancas y responden a tipos
bastante fijos, lo que facilita su comercialización y su uso.
Las pilas eléctricas y algunos acumuladores se presentan en unas cuantas formas
normalizadas. Las más frecuentes comprenden la serie A
(A, AA, AAA, AAAA), A B, C, D, F, G, J y N, 3R12, 4R25 y sus variantes, PP3, PP9 y
las baterías de linterna 996 y PC926. Las características principales de todas ellas y
de otros tipos menos habituales se incluyen en la tabla siguiente (que también puede
verse separadamente).
Cabe la posibilidad de utilizar adaptadores, en especial para que las pilas recargables
AA se puedan utilizar en aparatos que preciesen pilas C y D.1
Existen una normas internacionales para la estandarización de los tamaños y voltajes
de las pilas para permitir la utilización de aparatos eléctricos a nivel mundial.2
Pilas y el medio ambiente[editar]
Pila alcalina con fuga de su contenido.
Pilas eléctricas usadas en descomposición.
Los metales y productos químicos constituyentes de las pilas pueden resultar
perjudiciales para el medio ambiente, produciendo contaminación química. Es muy
importante no tirarlas a la basura (en algunos países no está permitido), sino llevarlas
a centros de reciclado. En algunos países, la mayoría de los proveedores y tiendas
especializadas también se hacen cargo de las pilas gastadas. Una vez que la
envoltura metálica que recubre las pilas se daña, las sustancias químicas se liberan
causando contaminación al medio ambiente. Con mayor o menor grado, las sustancias
son absorbidas por la tierra pudiéndose filtrar hacia losmantos acuíferos y de éstos
pueden pasar directamente a los seres vivos, entrando con esto en la cadena
alimentaria.
Estudios especializados indican que una micropila de mercurio, puede llegar a
contaminar 600.000 litros de agua, una de cinc-aire 12.000 litros y una de óxido
de plata 14.000 litros.
Las pilas son residuos peligrosos por lo que, desde el momento en que se empiezan a
reunir, deben ser manipuladas por personal capacitado que siga las precauciones
adecuadas empleando todos los procedimientos técnicos y legales de manipulación de
residuos peligrosos.
Proceso de transformación de la energía química en eléctrica en los acumuladores de energía de la batería de automóviles (página 2)
Enviado por Roberto Figuera
Partes: 1, 2
El fundamento de las pilas y acumuladores es la transformación de la energía química en eléctrica, mediante reacciones de oxidación-reducción producidas en los electrodos, que generan una corriente de electrones. Cuando se unen mediante un hilo metálico dos cuerpos entre los cuales existe una diferencia de potencial, se produce un paso de corriente que provoca la disminución gradual de dicha diferencia. Al final, cuando el potencial se iguala, el paso de corriente eléctrica cesa. Para que la corriente siga circulando debe mantenerse constante la diferencia de potencial.En el desarrollo de las actividades relacionadas con el uso de la energía eléctrica, el hombre se ha visto en la necesidad de crear fuentes de energía que permitan realizar diferentes trabajos, por ejemplo, debido a las deficiencias de electricidad, ha habido la necesidad de utilizar fuentes de energía alternativas, es por ello que en el uso de los computadores para los ingenieros en informática, es de vital importancia y éstos equipos deben poseer fuentes de energía que los hagan trabajar, pero al fallas la energía eléctrica, es necesario buscar fuentes de energía alternativas, es allí donde se utilizan las baterías de gran carga donde se transforma la energía química en eléctrica, lo cual es de mucha utilidad en el área planteada, para evitar pérdidas de información importante.Es por ello que se pretende estudiar como se realiza el proceso de transformación de la energía química en eléctrica en los acumuladores de energía de la batería de automóviles, vinculando su utilidad al desarrollo de sistemas de computación integrados de forma eficiente y confiable.1.2 Objetivo GeneralDescribir el proceso de transformación de la energía química en eléctrica en los acumuladores de energía de la batería de automóviles.1.3 Objetivos Específicos
Definir los elementos que intervienen en el proceso de transformación de energía química y eléctrica.
Explicar los componentes que posee una batería de automóvil vinculados al proceso de transformación de energía química en energía eléctrica.
Detallar el proceso de transformación de energía química a energía eléctrica en una batería de automóvil.1.4 Justificación e ImportanciaEste proyecto se justicia en el sentido que brinda un aporte relacionado con la ingeniería de sistemas, en cuanto al desarrollo y conocimiento de las diversas alternativas de energía para la utilización y funcionamiento de procesadores de forma eficiente (cuando la luz eléctrica no sea la adecuada o simplemente falle) a través del estudio de los componentes de las baterías de automóviles, con miras a la utilización de éstas para el desarrollo de sistemas operativos que permitan salvaguardar información de importancia de diversas empresas, instituciones, etc., ya que uno de los objetivos más interesantes de la Cátedra Física II, se relacionan con la energía potencial, la cual amplia su campo de acción en el desarrollo de las actividades científicas.
La energía potencial es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo, dependiendo de la configuración que tengan en un sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí. Puede pensarse como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones).De ella se desprenden otros tipos de energía, como la química y la eléctrica las cuales se vinculan al trabajo que se pretende realizar, relacionado con el proceso de transformación de la energía química en eléctrica en los acumuladores de energía de la batería de automóviles.La Ingeniería de sistemas es un modo de enfoque interdisciplinario que permite estudiar y comprender la realidad, con el propósito de implementar u optimizar sistemas complejos. Puede verse como la aplicación tecnología de la teoría de sistemas a los esfuerzos de la ingeniería, adoptando en todo este trabajo el paradigma sistémico. La ingeniería de sistemas integra otras disciplinas y grupos de especialidad en un esfuerzo de equipo, formando un proceso de desarrollo estructurado.
CAPÍTULO II
Marco teórico 2.1 Antecedentes de la InvestigaciónLos sistemas de acumulación de energía, si bien constituyen una imagen moderna y propia de nuestros tiempos, constituyeron elementos estratégicos a lo largo de la historia de la humanidad. A modo de ejemplo veamos algunos hechos importantes en el desarrollo de las baterías:1796 Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, un profesor de la Universidad de Pavia, Italia; construye la primer celda, la "pila voltaica". Lleva ese nombre por haber "apilado" discos de plata y cinc separados entre si por un separador embebido en electrolito.1813 Sir Humphry Davy, utiliza una batería gigantesca.(20.000 pares!), donada por Napoleon, en el sótano de la Sociedad Real Británica y la utiliza para experimentos de electrólisis.1859 Raymond Gastón Planté, inventa el acumulador de plomo (batería plomo- ácido), pero no fue de gran utilidad..no se había inventado "la electricidad"..no había nada que acumular!.1866 George Leclanché, inventa en Francia la "pila seca" (Zinc-Dióxido de Manganeso); sistema que aún domina el mercado mundial de las baterías primarias.1871 Se inventa la dínamo, comienza la producción industrial de baterías.1887 El gobierno francés utiliza baterías para movilizar un bote submarino, (primeros vehículos eléctricos)1893 Funciona un trolebús en la 5ta. Avenida, New York.1900 Tomas Alva Edison, el gran inventor, patenta la batería níquel-hierro, entre otros usos, la emplea para propulsar su vehículo eléctrico!. Jugner, un inventor sueco, patenta la batería de níquel-cadmio.1947 Se desarrolla de celda de mercurio, donde en la descarga se emplea un cátodo de HgO, que si bien le proporciona buenas características a la batería, tiene alto costo y finalmente por consideraciones ambientales fue dejada de lado.1960 Investigadores alemanes desarrollan las batería plomo-ácido con el electrolito inmovilizado (en forma de gel).1967 La Gates Corporation desarrolla la batería de plomo-ácido "libre mantenimiento" o "sellada". El diseño permite que los gases liberados en la sobrecarga se recombinen en el interior de la batería. Cuenta también con una válvula de seguridad para los casos de una excesiva sobrecarga.1970 A finales de esta década Sony introduce la primer batería empleando ánodos de Li. En 1990 esta empresa comercializa mundialmente la primer batería de Litio/ión. Dada la alta densidad de energía que presenta este sistema, produce el doble de voltaje que una batería alcalina.2.2 Bases TeóricasLa Energía QuímicaLa energía química es una manifestación más de la energía. En concreto, es uno de los aspectos de la energía interna de un cuerpo y, aunque se encuentra siempre en la materia, sólo se nos muestra cuando se produce una alteración íntima de ésta.En la actualidad, la energía química es la que mueve los automóviles, los buques y los aviones y, en general, millones de máquinas. Tanto la combustión del carbón, de la leña o del petróleo en las máquinas de vapor como la de los derivados del petróleo en el estrecho y reducido espacio de los cilindros de un motor de explosión, constituyen reacciones químicas.
El carbón y la gasolina gasificada se combinan con el oxígeno del aire, reaccionan con él y se transforman suave y lentamente, en el caso del carbón, o instantánea y rápidamente, en el caso de la gasolina dentro de los cilindros de los motores. Las mezclas gaseosas inflamadas se dilatan considerable y rápidamente y en un instante comunican a los pistones del motor su energía de traslación, su fuerza viva o de movimiento.Si se rodea en el carbón o la leña, la gasolina y el petróleo de una atmósfera de gas inerte, por ejemplo nitrógeno gaseoso, ni los primeros arderían ni los últimos explotarían en los cilindros. El nitrógeno no reacciona con aquellos cuerpos y las mezclas de gasolina y nitrógeno ni arden ni explotan.Finalmente, hay que mencionar la más reciente y espectacular aplicación de la energía química para lograr lo que durante muchos siglos constituyó su sueño: el viaje de ida y vuelta al espacio exterior y a la Luna, así como la colocación de distintos tipos de satélites artificiales en determinadas órbitas.
La energía es una propiedad inherente a la materia. La materia posee energía almacenada que se debe, por una parte, a la posición o a la altura de un cuerpo (energía cinética) y, por otra, a la naturaleza o las sustancias de que esté hecho el cuerpo al que se hace referencia, ya que a cada elemento o compuesto
le corresponde cierta cantidad de energía química almacenada a la que se le denomina contenido energético. Cuando se lleva a cabo un fenómeno químico, éste va acompañado por una manifestación de energía, ya sea que haya absorción o desprendimiento de ella, debido a la energía química que almacenan las sustanciasLo anterior significa que, cuando la energía química almacenada de los reactivos es mayor que la energía de los productos, hay un excedente de energía que se libera, pues la energía se mantiene constante, es decir, no se crea ni se destruye.Por ejemplo, al reaccionar metano (gas combustible) con el oxígeno (gas comburente), hay desprendimiento de energía como producto, porque el contenido energético del metano y del oxígeno es mayor al que posee el dióxido de carbono y el agua, que son las sustancias que se forman durante la reacción:
Por lo tanto, si, al reaccionar, una o varias sustancias producen otras con mayor contenido energético, habrá absorción de energía por parte de los reactivos, como lo muestra la siguiente reacción de fotosíntesis:
Las sustancias de gran contenido energético se utilizan como combustible, ya que al reaccionar con el oxígeno se genera una gran cantidad de energía en forma de luz y calor.Energía química en un motorLas reacciones químicas de combustión de compuestos de carbono con oxígeno para liberar energía son bien conocidas por todos. Ocurren, por ejemplo, al quemar madera o gas en el horno o bien cuando la bencina de un auto proporciona la energía necesaria para su funcionamiento. Estas reacciones son demasiado violentas y poco controladas para que los organismos vivientes las puedan usar dentro de una célula.Para que un motor funcione, éste requiere de combustible que, al reaccionar, desprende energía. En el caso del motor de combustión interna, la energía del combustible se transforma en potencia y movimiento, de tal forma que la fuerza producida sirve para hacer funcionar un autobús, una hélice y un generador, entre otras cosas.
El motor de cuatro tiempos es el motor de combustión interna más conocido, y su funcionamiento se lleva a cabo en cuatro etapas, las cuales son:
Primer tiempo (admisión): tiene lugar la penetración de una mezcla de combustible y aire a la válvula de admisión, al bajar el pistón.
Segundo tiempo (compresión): el pistón sube y comprime la mezcla al reducir el volumen. Tercer tiempo (explosión): al encender la bujía, ésta provoca la explosión de la mezcla; en este
momento el pistón es empujado y baja. Cuarto tiempo (expulsión): los gases producidos por la explosión son expulsados a través de la
válvula de expulsión; en este momento el pistón baja.
Representación esquemática del funcionamiento de un motor de cuatro tiempos.La combustiónLa combustión es una oxidación violenta, la cual, a su vez, desprende energía en forma de calor y luz. Los principales productos de ella son: el CO2, el vapor de agua y la energía. Ejemplos de este proceso son la combustión del gas de la estufa, de la leña, y del carbón. En todos estos fenómenos se presenta una oxidación y, por lo tanto, también tiene lugar unareducción, ya que cuando se produce la combustión de una de estas sustancias, el oxígeno se reduce ganando electrones y el elemento que se oxida los pierde.En el organismo de los seres vivos existen procesos de "combustión orgánica", los cuales se denominan así por la similitud que guardan con los productos obtenidos. Sin embargo, no son propiamente combustiones, pues no son, oxidaciones violentas.Un ejemplo de éstas es la degradación de la glucosa que, durante la respiración celular, produce CO2, H2O y energía, de acuerdo con la siguiente reacción:
En esta ecuación se observa que cada átomo de oxígeno "gana" 2 electrones (se reduce) y el carbono "pierde" 4 electrones (se oxida).
La oxidación del gas butano es una combustión inorgánica, ya que no se efectúa en los seres vivos. Su reacción es la siguiente:
Energía EléctricaSe denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos —cuando se les coloca en contacto por medio de un conductor eléctrico—para obtener trabajo. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía térmica.Su uso es una de las bases de la tecnología utilizada por el ser humano en la actualidad. La energía eléctrica se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, como el movimiento de cargas eléctricas
negativas, o electrones, a través de un cable conductor metálico como consecuencia de la diferencia de potencial que un generador esté aplicando en sus extremos.Cada vez que se acciona un interruptor, se cierra un circuito eléctrico y se genera el movimiento de electrones a través del cable conductor. Las cargas que se desplazan forman parte de los átomos de— que se desea utilizar, mediante las correspondientes transformaciones; por ejemplo, cuando la energía eléctrica llega a una enceradora, se convierte en energíamecánica, calórica y en algunos casos luminosa, gracias al motor eléctrico y a las distintas piezas mecánicas del aparato.Acumuladores eléctricosHablar de la relación entre la electroquímica y la energía nos conduce a una relación mas que obvia, puesto que en definitiva un proceso electroquímico cualquiera lleva implícito un cambio de energía. Desde el punto de vista del aprovechamiento por el hombre de la energía nos permite centrar el estudio en la energía eléctrica. Este tipo de energía como sabemos puede ser producida de diversas maneras, por combustión de un combustible adecuado (centrales térmicas), aprovechando la caída de un curso de agua (centrales hidroeléctricas), aprovechando la energía liberada por una reacción de descomposición radioactiva (centrales atómicas), etc., como las principales tecnologías empleadas actualmente, a las que se suman otras como las geotérmicas, eólicas, fotovoltaicas, etc.Un punto clave para el aprovechamiento de la energía generada es la mayor o menor facilidad para utilizar esa energía, es decir que en algunos casos una forma de producción es económica siempre y cuando la energía sea utilizada en el momento, el problema surge cuando se plantea la posibilidad de almacenar esa energía eléctrica. Es aquí donde toman especial relevancia los acumuladores de energía.Como definición de estos sistemas podemos emplear aquella que dice que "son sistemas que permiten la acumulación de energía" (estamos utilizando el título como definición!), pero tal vez nos quede mas claro si decimos que son sistemas donde ocurre conversión de energía química (almacenada) en energía eléctrica y viceversa.Los dos procesos importantes relacionados con el funcionamiento de las baterías son respectivamente la carga y descarga de las mismas. Durante la carga el sistema se aleja del equilibrio termodinámico mediante la aplicación de energía externa. En el caso de las baterías no recargables esto se produce en el momento de su manufactura. En la etapa de descarga el sistema trata de alcanzar el equilibrio, se producen reacciones espontáneas y loselectrones intercambiados son aprovechados mediante un circuito externo.DESCRIPCIÓN DE UNA CELDAIndependientemente del tipo de acumulador que consideremos y de la geometría final que este posea, todos estos sistemas están compuestos por los mismos componentes básicos:Ánodo: Es aquel electrodo donde ocurre la reacción de oxidación, pérdida de electrones. Por convención su signo varía en una batería secundaria cuando es cargada o descargada.Cátodo: Electrodo donde ocurre la reacción de reducción, ganancia de electrones. En el diseño de ambos electrodos se procura utilizar materiales livianos, de gran área, de buena conductividad, resistentes a la corrosión, etc.Material activo: Se refiere a la masa que realmente participa en el proceso electroquímico. Este parámetro es muy importante puesto que está ligado directamente a la eficiencia electroquímica. Muchos sistemas tienen una baja eficiencia puesto que gran parte del material que se incorpora en los electrodos tiene solo una función estructural.Separador: Este material permite ubicar los electrodos lo mas próximo posible, importante por el espacio que ellos ocupan, pero impide que los mismos estén en un contacto directo, puesto que esta situación provocaría que reaccionaran directamente sin posibilidad de aprovechar esa energía. Se construyen de un material inerte poroso que permita el flujo de electrolito.Electrolito: Componente importante puesto que esta solución permite la conducción iónica en el interior de la batería y contiene reactivos y productos de los procesos electroquímicos. En algunos casos el electrolito se encuentra embebido formando una pasta, como en el caso de la pila "seca", inmovilizado como en las baterías "tipo gel", o en forma líquida como en el caso de las baterías alcalinas (solución de KOH) o en las de plomo-ácido (solución de H2SO4)Contenedor: Se construyen de materiales resistentes al ataque químico de los componentes y aportan resistencia mecánica al acumulador. En tiempos recientes se están fabricando a partir de materiales plásticos, lo que permite una mejor visión del nivel de electrolito, disminución de peso y posibilidad de reciclaje.Clasificación de los Acumuladores o BateríasUna batería forman parte del entorno diario (y mucho mas de lo que imaginamos), sin embargo cuando se analiza las aplicaciones, la forma de trabajar, de cómo se construyen, etc. Se observa que pueden ser
bastante diferentes entre si, por lo que intentará una clasificación que no será por cierto estricta, sino siguiendo la tradición electroquímica.Baterías PrimariasAquellas que tienen energía almacenada en forma de reactivos químicos que se libera como energía eléctrica cuando son conectadas, pero lo hacen en un solo ciclo, es decir que una vez descargadas no es posible recuperarlas. Se dice que tienen un solo ciclo de descarga. El ejemplo mas conocido entre nosotros es la "pila seca" o de Leclanché, ampliamente utilizada por ejemplos en electrodomésticos.Esta pila utiliza como ánodo Zn y el cátodo es una pasta de MnO2 junto con C que actúa como colector de la corriente. El electrolito es una pasta ácida de NH4Cl y ZnCl2.Las correspondientes reacciones son:
Zn + H2O _ ZnO + 2e + 2H+ (ánodo)2MnO2 + 2e + 2H+ _2MnOOH (cátodo)
Zn + 2MnO2 + H2O _ZnO + 2MnOOH (reacción neta)A pesar de la creencia popular, esta reacción es irreversible termodinámicamente por lo que no es factible recargar la pila independientemente del tratamiento físico a que se la someta. Dentro de esta misma familia, en los últimos años se comenzó a comercializar las denominadas "baterías alcalinas", en las que se reemplazó el electrolito ácido por KOH (al 30%), y la reacción anódica es ahora Zn + 4 OH- _ Zn(OH)4 2- + 2eBaterías secundariasAquellas que las reacciones químicas que participan en la conversión de energía pueden ser revertidas en un grado mas o menos completo, en otras palabras sistemas que permiten ser recargados, es decir que poseen mas de un ciclo de carga y descarga (pueden ser miles). En este tipo de baterías se encuentra el sistema mas popular del mundo, la batería de plomo, conocida como plomo-ácido en relación al electrolito que utiliza, la que a pesar de tener mas de un siglo de inventada brinda prestaciones que no han sido superadas totalmente hasta ahora. Utiliza como electrolito una solución de ácido sulfúrico con densidad 1,28 g/ml a 25oC.En este caso las reacciones de electrodo pueden simplificarse como:Pb + H2SO4 _ PbSO4 + 2e + 2H+ (en el ánodo) PbO2 + 2H2SO4 _PbSO4 + 2H2O + SO4 2- (en el cátodo) Pb + PbO2 + 2H2SO4 _ 2PbSO4 + 2H2O (reacción global).Un detalle particular es el rol del ácido sulfúrico, ya que si bien no sufre directamente reacción de oxidación o reducción, dado que se consume durante el funcionamiento de la batería conduce a una disminución de la densidad del solución de electrolito, por lo que se emplea esta magnitud para estimar el estado de carga de la batería.Otra batería de gran uso industrial, y en los últimos años con la aparición de la telefonía celular, son las alcalinas del tipo de Níquel-Cadmio o Níquel-Hierro. En este caso el ánodo es de Cd o Fe según el caso y el cátodo es un electrodo impregnado de hidróxido de níquel el que cuando actúa como cátodo de la batería se encuentra como NiOOH. El electrolito es una solución concentrada (30%) de KOH. Las reacciones correspondientes son M + 2OH- _M(HO)2 + 2e (en el ánodo, con M= Cd o Fe) 2NiOOH + 2H2O + 2e _Ni(OH)2 +2OH- (en el cátodo) M + 2NiOOH + 2H2O + _ M(OH)2 + 2Ni(OH)2 (reacción neta)Celdas de combustibleSi bien no son estrictamente iguales a los sistemas anteriores se las suele incluir en esta clasificación. En las celdas de combustión la energía eléctrica es obtenida también a partir de una reacción química, pero en estos sistemas los reactivos no se encuentran en el interior de la celda sino que son alimentados continuamente de depósitos externos.Esta característica le permite trabajar continuamente mientras haya disponibilidad de re activos. Existen distintos tipos de celdas de combustión, diferenciadas fundamentalmente por la temperatura de trabajo, la mas conocida es la celda de ácido fosfórico. Este tipo de sistemas de producción de energía implica el uso de una tecnología especial y costosa, que provocó que en sus inicios tuviera una limitada aplicación, fundamentalmente en el campo aeroespacial; pero en los últimos tiempos se están desarrollando sistemas de menor costo y aplicaciones mas cotidianas, fuentes de poder, vehículos eléctricos, etc. Las reacciones espontáneas que ocurren en la celda son la oxidación del hidrógeno en el ánodo y la reducción del oxígeno en el cátodo para dar lugar a la formación de agua. 2H2 + O2 _ 2H2OLos principales inconvenientes provienen de la necesidad de emplear reactivos de alta pureza y que las reacciones ocurren sobre la superficie de metales catalizadores como el platino, de alto costo y con posibilidad de sufrir "envenenamiento" por impurezasParámetros de importanciaDesde el punto de vista del comportamiento electroquímico de estos sistemas se estudian algunos parámetros de importancia, para poder analizar en qué estado se encuentran las baterías.
VoltajeEl valor dependerá del sistema de ánodo y cátodo que se tenga así como de los respectivos sobre-potenciales que tengan esos electrodos V= Ec - Ea –hA - hCPara obtener el mayor voltaje en una batería, es útil combinar dos electrodos que tengan potenciales muy diferentes (Ec y Ea), además de diseñar y operar la batería de manera de disminuir al máximo la polarización (hA-hC).CorrienteDirectamente relacionado con la aplicación, se podrá requerir que sea constante pero en un largo período de tiempo; por ejemplo en un marcapasos se necesitarán corrientes del orden de los micro amperes (1x10-7 ampere) durante un largo período de tiempo (años). Mientras que en el lanzador de un torpedo, se requieren que en un segundo pasen 5000 amperes!CapacidadDa una idea de la carga almacenada y disponible en la batería. Este valor está limitado por el electrodo de menor capacidad. Se la expresa en unidades de carga como Ampere x hora (Ah). Por ejemplo para una batería de tracción la capacidad es del orden de 10 a 20 kAh, mientras que para una batería que mantiene la memoria de un computador es del orden de 0,1 a 0,5 AhDensidad de almacenamiento de energíaEs una medida de la carga por unidad de peso total de la batería. Esto resulta especialmente importante para baterías de tracción en vehículos eléctricos o uso aeroespacial.Densidad de PotenciaEs la potencia por unidad de peso de la batería.Velocidad de descargaSe la expresa como un cociente: C/n y es la corriente que permite descargar la capacidad C en n horas.Vida mediaCantidad de ciclos de carga y descarga a los que se puede someter la batería antes determinar su vida útil.Eficiencia de energíaEs el cociente entre la energía obtenida en la descarga y la energía empleada para cargar la batería.Comportamiento ante la sobrecargaDe importancia para las baterías secundarias, ya que reacciones secundarias (por ejemplo electrólisis del agua) pueden disminuir notablemente la vida útil del sistema.AutodescargaPerdida de carga por reacciones químicas que ocurren aunque el sistema no esté siendo utilizado.Tolerancia a las condiciones de usoDe acuerdo al uso, se requerirá resistencia a temperaturas extremas, golpes mecánicos, posición, etc.Aplicaciones de los acumuladoresPensar en un mundo sin baterías, resultaría en un ambiente bien diferente de lo que conocemos hoy, esto se debe al gran número de aplicaciones modernas que tienen estos sistemas de almacenamiento y conversión de energía. Esta situación hace que el intento de clasificarlas de acuerdo al uso de las mismas sea una tarea complicada. Basta realizar un pequeño ejercicio mental y tratar de enumerar sistemas donde se utilicen baterías y seguramente nuestro listado contemplará, juguetes, radios, motos, satélites, aviones, robots,marcapasos, computadores, equipos médicos portátiles, celulares, submarinos, boyas, antenas, bicicletas eléctricas, linternas, etc.El diseño y proceso de fabricación de acumuladores de energía, está ligado a la aplicación que tendrá, tradicionalmente se destacan tres tipos de usos diferentes:Baterías estacionarias: Generalmente son de gran tamaño, están inmovilizadas en un sitio y se emplean para acumular grandes cantidades de energía. Estos acumuladores, por ejemplo pueden ser utilizados en los sistemas integrados de energía que mencionaremos mas adelante, se utilizan como fuentes de emergencia, para alimentar equipos remotos, etc.Baterías de tracción: Son empleadas para propulsar motores eléctricos, se requieren que tengan bajo peso pero una gran potencia, se emplean en vehículos industriales, submarinos, etc.Baterías SLI (Starting, Lighting and Ignition): Son las empleadas habitualmente en los vehículos de motor de combustión, pueden ser recargadas y se utilizan para arrancar el motor, iluminación, etc. Estas clasificaciones en modo alguno pretenden ser completas, en razón del amplio espectro de uso de los acumuladores.Solventes y electrolitos: En cualquier sistema electroquímico independientemente de la aplicación y tamaño del mismo, será necesario el empleo de electrolitos adecuados. Si bien la mayoría de los
experimentos analíticos llevados a cabo en el laboratorio emplean soluciones acuosas, puede ser necesario el empleo de solventes orgánicos o incluso solventes mixtos. De todas maneras se pueden mencionar algunos aspectos generales que caracterizarán a los electrolitos empleados en trabajos electroquímicos.Características importantes- Carácter prótico: importante aspecto si existen intermediarios que puedan reaccionar con el solvente. Es posible clasificarlos de acuerdo a su capacidad donadora de protones. Es importante no solo analizar el aspecto termodinámico de estos equilibrios sino también la cinética de estos procesos de liberación de protones. En estudios mecanísticos se prefieren solventes aproticos, por ejemplo aquellos donadores pobres por estar unidos los hidrógenos a elementos no muy electronegativos. Esta preferencia obedece al hecho que los intermediarios, especialmente los radicales aniones son más estables en este tipo de solventes.- Límite de voltaje: para cada solvente existe un potencial límite anódico y catódico, más allá donde es imposible estudiar reacciones electroquímicas de algún determinado soluto, debido a la oxidación o reducción (descomposición) del mismo solvente. Estos límites definen lo que se denomina "ventana de potencial", esto es, la zona útil de trabajo que permite ese solvente.- Polaridad del solvente: este parámetro está en relación con el momento dipolar que presente el solvente así como de su constante dieléctrica. Este aspecto es importante especialmente en relación al proceso de ionización de un determinado electrolito. Se debe recordar que cuando se tienen dos cargas eléctricas de signo contrario (el caso de un electrolito fuerte completamente disociado) la fuerza actuante entre ellas es inversamente proporcional a la constante dieléctrica del medio que las separa. Por lo tanto un solvente que tenga una constante dieléctrica alta, promoverá la disociación de un soluto iónico y conducirá a una disminución de la resistencia de la solución. Por el contrario una baja constante dieléctrica (se considera por debajo de 15) favorecerá la asociación iónica formándose los denominados pares iónicos.- Rango líquido y presión de vapor: dado que la mayoría de los experimentos electroquímicos requieren que se realicen en fase líquida es importante considerar las temperaturas y presiones máximas de trabajos que permitan tener el solvente en ese estado. Asimismo la presión de vapor de los solventes es importante con relación al proceso de "purga" que algunas técnicas requieren. Esto es así puesto que si se trabaja con un solvente con presión de vapor elevada, podría suceder que con el pasaje de una corriente de gas inerte se "arrastrara" la fase vapor del solvente con la correspondiente complicación para mantener una determinada concentración del electrolito.- Viscosidad: este parámetro resulta importante de analizar especialmente cuando los experimentos electroquímicos requieren de un adecuado control difusional, estudios de convección, etc.- Miscibilidad con otros solventes: el recurso de emplear solventes mixtos se emplea frecuentemente para analizar la influencia de un cambio en la constante dieléctrica del medio. Para este propósito se debe tener en cuenta en que medida estos solventes son miscibles entre si. Existen tabulados algunos parámetros que permiten, de manera empírica,predecir si una determinada mezcla conducirá a una solución homogénea.- Propiedades espectroscópicas: algunas técnicas electroquímicas implican la aplicación simultanea de técnicas espectroscópicas, por ejemplo espectroscopia UV, IR, visible, etc. En estos casos será importante por lo tanto considerar las longitudes de onda donde el solvente presenta interacción con la radiación ya que de este modo se definirá una "ventana útil" de trabajo.Rol Del Sistema Solvente-ElectrolitoPara los estudios electroquímicos es importante considerar esta interacción habida cuenta que se está modificando la estructura de la doble capa eléctrica. De este modo por ejemplo se tiene en cuenta que cuando se tienen solventes orgánicos estos pueden tener una orientación diferente en comparación a la que presenta en el seno de la solución, que los fenómenos de adsorción son menos pronunciados cuando se emplean solventes orgánicos y que los iones del electrolito también pueden ser adsorbidos específicamente en la zona de la doble capa eléctrica.Rol Del Electrolito SoporteEn la mayoría de los experimentos electroquímicos suele emplearse electrolitos que si bien no constituyen los compuestos de interés en el proceso, su presencia hace posible controlar el modo en que ocurren las reacciones en el sistema. Esta importante función se puede resumir como:- Regulan la resistencia y el transporte de masa por migración eléctrica (minimizan la caída IR)- Pueden actuar como sistemas buffer- Pueden actuar como sistemas acomplejantes
- Pueden formar pares iónicos, agregados micelares, etc. Esto está relacionado con los procesos de solvatación.- Determinan la estructura de la doble capa eléctrica- Imponen los límites de voltaje debido a su propia reacción.2.3 Bases LegalesLa Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (1999), señala lo siguiente, en su artículo 203, "Son leyes orgánicas las que así denomina esta Constitución; las que se dicten para organizar los poderes públicos o para desarrollar los derechos constitucionales y las que sirvan de marco normativo a otras leyes".(p.45)De esto se infiere que la Constitución Venezolana, respalda las Leyes Orgánicas que han sido procesadas y aprobadas a través de la Asamblea Nacional, como lo es el caso de la Ley Orgánica de Hidrocarburos. La Seguridad de la Nación es competencia y responsabilidad del Estado y se fundamenta en su desarrollo integral. En Venezuela, en la actualidad, el desarrollo nacional como pilar fundamental de la seguridad, tiene como base principal de sustentación los recursos de hidrocarburos. El aprovechamiento integral de esos recursos requiere de una ley que le garantice a la Nación venezolana la optimización de su industria petrolera, dentro de los parámetros de explotación racional, garantía de justos ingresosfiscales, conservación del recurso, contribución al desarrollo social y protección del ambiente, acciones todas, que coadyuvan a fortalecer y a garantizar nuestra seguridad. Por lo anterior, se puede considerar que la legislación sobre los hidrocarburos es una de las más importantes del país, después de la Constitución, porque debe regular, en forma clara y precisa, una de las bases de la economía y de la sociedad venezolana.Según la Ley Orgánica de Hidrocarburos, señala en su artículo Nº 5 lo siguiente:Artículo 5°. Las actividades reguladas por este Decreto Ley estarán dirigidas a fomentar el desarrollo integral, orgánico y sostenido del país, atendiendo al uso racional del recurso y a la preservación del ambiente. A tal fin se promoverá el fortalecimiento del sector productivo nacional y la transformación en el país de materias primas provenientes de los hidrocarburos, así como la incorporación de tecnologías avanzadas.Este artículo menciona que cualquier actividad vinculada con el fomento del desarrollo integral, donde se transformen materias primas provenientes de hidrocarburos, son legalmente aceptadas en Venezuela, por tanto se pueden realizar de forma libre siempre fundamentado en la legislación venezolana vigente, en el caso de los acumuladores de energía (baterías), sujeto a la Ley Orgánica de Hidrocarburos..2.4 Definición de Términos BásicosAcumulador eléctrico: Dispositivo constituido por un electrolito, un elemento y un contenedor que permite almacenar la energía eléctrica en forma de energía química y liberarla cuando se conecta con un circuito de consumo externo. (Glosario de términos sobre baterías)Acumulador de plomo o una batería de plomo: Es un acumulador eléctrico en que el material activo de las placas positivas está formado por compuestos de plomo y el de las placas negativas es esencialmente plomo y el electrolito, una solución diluida de ácido sulfúrico. (Glosario de términos sobre baterías)Actividad: Desintegración de cierta cantidad de un radionucleido en determinado estado de energía en determinado tiempo, por intervalo de tiempo, en determinado momento. (Glosario de términos sobre baterías)Agua desionizada o desmineralizada: El agua que no presenta interferencia en las determinaciones de los constituyentes que se van a analizar. (Glosario de términos sobre baterías)Almacenamiento: Acción de almacenar, reunir, conservar, guardar o depositar sustancias, residuos y desechos peligrosos en bodegas, almacenes o contenedores, bajo las condiciones adecuadas. (Glosario de términos sobre baterías)Batería: Aparato electroquímico que suministra energía eléctrica a partir de la utilización controlada de reacciones químicas. Algunas utilizan reacciones químicas reversibles y pueden ser recargadas, como las de plomo; otras utilizan reacciones no reversibles y no tienen más que una vida útil. (Glosario de términos sobre baterías)Capacidad del acumulador: Cantidad de electricidad que el acumulador puede producir antes de que el voltaje se reduzca a un nivel inferior al límite de una carga de diez horas. La capacidad se expresa en amperios/hora (Ah). (Glosario de términos sobre baterías)Carga: Operación mediante la cual una fuente externa suministra energía eléctrica que se convierte en energía química en el acumulador. (Glosario de términos sobre baterías)Chatarra de origen: Materiales de chatarra generados in situ que no contienen pinturas ni recubrimientos sólidos. (Glosario de términos sobre baterías)
Chatarra pronta: Chatarra que resulta de operaciones de manufactura o fabricación. (Glosario de términos sobre baterías)Chatarra de producción: Materiales de chatarra generados in situ mediante fundición, extrusión, laminado, separación, forjado, moldeado/estampado, corte y recorte, y que no contienen pintura ni revestimientos sólidos, pero no materiales de chatarra generados mediante torneadura, perforación, laminado y similares operaciones de maquinado, que se realimentan directamente en la operación. (Glosario de términos sobre baterías)Célula, o célula electroquímica: Se trata de un generador eléctrico constituido por no menos de dos reacciones electroquímicas (llamadas reacciones semicelulares), una de los cuales es de carácter reductor y la otra de carácter oxidante. (Glosario de términos sobre baterías)Ceniza:a) Materiales que quedan como residuos de procesos pirometalúrgicos, como combustión de carbón o incineración de películas fotográficas, tableros de circuitos, alambres de cobre, etc., que pueden reciclarse para aprovechar su contenido de metales no ferrosos.b) Capa superior del metal fundido, como el plomo y el zinc que se han oxidado en contacto con el aire. Al ser espumada, la ceniza es una mezcla limpia del metal y su óxido, y por lo tanto un material adecuado para el reciclado. (Glosario de términos sobre baterías)Cenizas acumuladas: Residuos de combustiones no transportados por el aire, provenientes de la incineración de combustibles y otros materiales en un incinerador. El material se deposita en el fondo del incinerador y es eliminado en forma mecánica. (Glosario de términos sobre baterías)Ceniza voladora: Partículas finamente divididas de ceniza contenidas en los gases provenientes de combustión. Pueden contener material quemado en forma incompleta. Se trata frecuentemente de esferas vidriosas, pero su estructura puede ser también cristalina, o inclusive fibrosa. (Glosario de términos sobre baterías)Conectores: Conductores de plomo metálico utilizados para interconectar no sólo las distintas placas, formando elementos, sino también los elementos entre sí para formar el circuito eléctrico interno. (Glosario de términos sobre baterías)Confinamiento: Depositar definitivamente los desechos peligrosos en sitios y condiciones adecuadas, para minimizar los impactos negativos a la salud humana y el ambiente. (Glosario de términos sobre baterías)Electrolito: Conductor iónico en que se sumergen las placas. En los acumuladores de plomo, el electrolito es una solución de ácido sulfúrico diluido al 36% por peso (400 g de ácido sulfúrico por litro de agua destilada). La carga de un acumulador está determinada por la gravedad específica o densidad de su electrolito: un acumulador totalmente cargado tiene un electrolito con una densidad de 1,270 kg/m3. (Glosario de términos sobre baterías)Generador: Toda persona natural o jurídica que a consecuencia de la manipulación o de los procesos que realicen, produzcan residuos o desechos peligrosos. (Glosario de términos sobre baterías)Nominal: Hay dos tipos de voltaje nominal:a) voltaje nominal de la célula: Es el voltaje que puede proporcionar la reacción química utilizada en el acumulador, lo que en el caso de las reacciones de los acumuladores de plomo equivale a 2 V; b) voltaje nominal del acumulador: Es una función del número de células conectadas en serie; los acumuladores de los automóviles generalmente tienen seis células en serie. (Glosario de términos sobre baterías)
CAPÍTULO III
Marco metodológico 3.1 Nivel de InvestigaciónEsta investigación se ubicará en un nivel descriptivo, el cual consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno o grupo con el fin de establecer su estructura o comportamiento.Según Hurtado, J. (2000), se establece que para dar respuestas a los diferentes objetivos de una investigación, ésta debe estar enmarcada en los criterios que permitan definir la manera de cómo se recolecta la información, lo cual sirve de base para la delimitación de la investigación.(p.45).3.2 Diseño de InvestigaciónEl diseño de investigación constituye el plan general del investigador para obtener respuestas a sus interrogantes o comprobar la hipótesis de investigación, desglosa las estrategias básicas que el investigador adopta para generar información exacta e interpretable. Los métodos utilizados en el diseño fueron el análisis, la síntesis de manera inductiva y deductiva. Esta investigación se enmarca en el diseño documental o bibliográfico.El autor Tamayo, M. (1997) la define como sigue:
Es cuando recurrimos a la utilización de datos secundarios, es decir, aquellos que han sido obtenidos por otros y nos llegan elaborados y procesados de acuerdo con los fines de quienes inicialmente los elaboran y manejan y por lo cual decimos que es un diseño bibliográfico. (p.70).Por lo tanto este diseño centra su atención en la utilización de una estrategia basada en el análisis de datos obtenidos de libros, informes de investigación, monografías, etc.3.3 Técnica de Recolección de los datosSe utilizó la técnica de observación documental, que según Tamayo y otros (1996) señala "el paso de investigaciones que acude a fuentes directas de información, visitas a bibliotecas, sitios de interés donde pueda obtenerse a información requerida para la continuación de una bibliografía general sobre, el tema (pág. 130).Asimismo se usó el fichaje, el cual es una técnica manejada especialmente por los investigadores. Sabino (1997) la define como sigue: "Es un modo de recolectar y almacenar información, cada ficha contiene una serie de datos extensión variable pero todos referidos a un mismo tema, lo cual le confiere unidad y valor propio. (p. 12). El fichaje se realiza de manera eficiente, a la cual se le incluye en su contenido descriptivo todos los datos de los libros que sean necesarios para citarlo.3.4 Técnicas de procesamiento de los datosLa técnica utilizada en el desarrollo de esta investigación es el fichaje, la cual es una técnica manejada especialmente por los investigadores.3.5 Análisis e Interpretación de los DatosPara analizar estos datos, alusivos a esta investigación se realizara a través de este procedimiento:Fase I:Una vez conocido el campo del estudio y definidos sus límites de forma más aproximada, estaremos en condiciones de establecer el campo de búsqueda de información bibliográfica: de qué se partirá, dónde se puede encontrar, con qué instrumentos vamos a contar en primer lugar. Esta fase comenzó por establecer las bibliotecas, centros de documentación ybases de datos en las que comenzará la búsqueda especializada de carácter más genérico y cuáles serán los primeros instrumentos de búsqueda, revisando literatura sobre el tema de acumuladores.Fase II:A partir de este momento, la búsqueda bibliográfica se especializa y define: ya no se trata tanto de encontrar documentación exhaustiva sobre el particular, sino de conseguir información pertinente sobre aspectos concretos del tema de estudio, vacíos que es necesario salvar o datos que apoyen la investigación. En esta fase a son válidas todas las fuentes de información bibliográfica y de hecho se deberán emplear todo tipo de instrumentos: identificación de documentos, Instrumentos para la localización de los documentos: guías, directorios y catálogos de bibliotecas y archivos, etc. e instrumentos de apoyo a la investigación: obras generales, diccionarios, enciclopedias, libros de estilo, etc.Fase III:Se elaboraron las fichas de trabajo. La elaboración de fichas es una tarea imprescindible para el trabajo de investigación, sea este del tipo que sea. Lo que no puede determinarse porque en este aspecto intervienen el tipo de trabajo desarrollado, la materia estudiada, la forma de plantearse las estrategias de información e incluso el propio gusto personal es la forma y estructura de las fichas ni el soporte utilizado.
CAPÍTULO IV
Análisis de los resultados 4.1 Elementos que intervienen en el proceso de transformación de energía química y eléctricaLa experiencia demuestra que conforme la energía va siendo utilizada para promover cambios en la materia va perdiendo capacidad para ser empleada nuevamente. El principio de la conservación de la energía hace referencia a la cantidad, pero no a la calidad de la energía, la cual está relacionada con la posibilidad de ser utilizada. Así, una cantidad de energía concentrada en un sistema material es de mayor calidad que otra igual en magnitud, pero que se halle dispersa.Aun cuando la cantidad de energía se conserva en un proceso de transformación, su calidad disminuye. Todas las transformaciones energéticas asociadas a cambios materiales, acaban antes o después en energía térmica; ésta es una forma de energía muy repartida entre los distintos componentes de la materia, por lo que su grado de aprovechamiento es peor. Este proceso de pérdida progresiva de calidad se conoce como degradación de la energía y constituye otra de las características de esta magnitud o atributo que han identificado los físicos para facilitar el estudio de los sistemas materiales y de sus transformaciones.
Los generadores son dispositivos que permiten, en las máquinas, la producción de una determinada fuerza o energía. En el caso de un generador eléctrico, lo que éste realiza es una mutación de la energía. Es decir, si se encuentra con energía mecánica – que comprende dos tipos de energía más: la potencial y la cinética, relacionada con el movimiento – el generador eléctrico, como su denominación lo indica, la transforma en energía eléctrica, que siempre se va a suscitar cuando un conductor eléctrico establece una relación entre dos puntos.Por eso es que los generadores tienen, a su vez, la capacidad de sostener lo que se llama diferencia entre el potencial ¿Qué significa esto? Que un generador establece entre sus polos, es decir, entre sus puntos terminales, una labor de carga de energía positiva que se traslada desde uno de esos puntos hasta el otro. La tarea de los generadores, que es de transformación de la energía, no puede producirse si los conductores eléctricos no reciben el efecto que produce el campo magnético.La diferencia de potencial a la que nos referimos anteriormente solo puede mantenerse constante cuando una fuerza electromotriz surge del movimiento entre ese campo magnético y esos conductores eléctricos. Dentro de la categoría mayor de generador eléctrico, hay una subdivisión de índole primaria y secundaria. El generador primario es el que tiene a su cargo la transformación en energía eléctrica de otra energía, de cualquier índole. La diferencia con el generador secundario, es que el generador primario transforma una energía que o bien tiene desde un comienzo o bien que recibe para su posterior transformación. El generador secundario, en cambio, lo que hace es entregar la energía eléctrica que recibió anteriormente.El proceso de generación de energía eléctrica es el de transformación a partir de generadores. Y para que haya una transformación, debe haber una fuente que se tome como base para realizar el cambio. Dicha fuente es toda energía que sea considerada como no eléctrica. En este grupo entran las siguientes energías: térmica, mecánica, luminosa y química, entre otras. Este cambio en la energía se lleva a cabo en inmediaciones apropiadamente denominadas centrales eléctricas, las cuales realizan tan solo los primeros pasos del proceso. Los siguientes se corresponden ya al suministro de la energía que ha sido generada, es decir, todos los pormenores del transporte y la distribución.En cuanto a esa fuente que se toma para la transformación, se la conoce con el nombre de fuente primaria. La naturaleza de la misma es la que va a condicionar el tipo de central de generadores de energía. Por ejemplo, la central termoeléctrica genera energía eléctrica a partir de energía expulsada en forma de calor por la combustión de gas o petróleo, por mencionar algunos ejemplos.En el caso de la central generadora nuclear, en la misma se ejecuta el proceso de transformación de energía nuclear en energía eléctrica. En las centrales eólicas se utiliza la energía cinética que genera la corriente de aire; en las centrales mareomotrices, la energía que surge de las mareas, etc. Pero a pesar de las diferencias en el rasgo distintivo de la fuente primaria, todas estas centrales que poseen generadores de energía eléctrica tienen en su haber, como dispositivo clave, el elemento generador de energía. El mismo está formado, básicamente, por un alternador. Se trata de una máquina que es la que termina de realizar la transformación de la fuente o energía primaria en energía eléctrica. El proceso que emplea es el de inducción, que produce el voltaje, también llamado fuerza electromotriz.Lo que se genera a través de la inducción es una corriente eléctrica cuya magnitud y dirección están en permanente variación cíclica. A esta corriente se la conoce con el nombre de corriente alterna. El alternador, entonces, siempre debe contar con un elemento inductor generador del campo magnético y un elemento pasivo, sometido, inducido, que siempre estará atravesado de par en par por las fuerzas emanadas del campo magnético. Cabe mencionar que el alternador no podrá funcionar sin la acción de una máquina de fluido, comúnmente conocida como turbina, que va a fluctuar en sus características según las características de la energía primaria que se va a transformar, de ahí que haya una turbina especial para cada central que posea generadores de energía eléctrica.4.2 Componentes que posee una batería de automóvil vinculados al proceso de transformación de energía química en energía eléctricaLas baterías de ácido de plomo tienen un voltaje nominal de alrededor de dos voltios. La mayoría de baterías de coche se componen de seis celdas y por ello tienen una tensión de doce voltios. El voltaje que se da en el chispazo de las típicas baterías es de 1,5 voltios.Las baterías más usadas son las de Plomo-Acido, Estas baterías deben estar diseñadas para suministrar una gran corriente durante un periodo de tiempo corto. Suelen tener una vida útil de unos 4-5 años, y esta está estrechamente ligada con la profundidad de descarga a la cual se ve sometida es decir a cuanta energía sobre su capacidad nominal se le "pide" sobre su capacidad nominal, en cada ciclo de carga y descarga. En las baterías de Plomo-Acido, la vida útil será mayor cuanto menor sea la descarga de estas baterías en cada ciclo de carga-descarga.
Las capacidad de una batería viene medida en Amperios por hora (A.h) que es la cantidad de corriente de descarga disponible durante un tiempo determinado. Pero esta capacidad es válida solamente para una temperatura específica y profundidad de descarga. Regulador de carga: Sumisión es preservar la vida de las baterías para evitar situaciones de sobrecarga y sobredescarga a fin de alargar la vida de estas. Por lo tanto controlará los procesos de carga y descarga de la batería en función de la generación y el consumo de la energía. Las baterías de ácido de plomo tienen un voltaje nominal de alrededor de dos voltios. La mayoría de baterías de coche se componen de seis celdas y por ello tienen una tensión de doce voltios.A pesar del gran esfuerzo realizado en investigación de los diferentes tipos de materiales las baterías de plomo ácido son las preferidas e insuperables por el amplio de aplicaciones que tienen. El plomo es abundante y no demasiado caro y es por esta razón por la cual es idóneo para la producción de baterías de buena calidad en grandes cantidades.Las primeras baterías de plomo-ácido (acumuladores de plomo), fueron fabricadas a mediados del siglo XIX por Gaston Planté. Hoy en día todavía son uno de los tipos de baterías más comunes. Se descubrió que cuando el material de plomo se sumergía en una solución de ácido sulfúrico se producía un voltaje eléctrico el cual podía ser recargado. Este tipo de baterías es único en cuanto que utiliza el plomo, material relativamente barato, tanto para la placa positiva como para la negativa. El material activo de la placa positiva es óxido de plomo (PbO2). El de la placa negativa es plomo puro esponjoso y el electrolito está disuelto en (H2SO4). Cuando hablamos de material activo en las baterías de ácido de plomo,nos referimos al óxido de plomo y al plomo esponjoso.
Partes del Acumulador o Bateria 1. Carcasa: cuerpo físico del acumulador. 2. Rampa: sello entre la tapa y la carcaza. 3. Empuñadura: (opcional). 4. Borne positivo: de donde sale la corriente a los dispositivos. 5. Recipiente: contenedor de las placas. 6. Fijación: pequeña pestaña para evitar movimientos. 7. Placas negativas: mantienen cerrado el circuito. 8. Placas positivas: envían corriente eléctrica al borne positivo. 9. Separadores: mantienen aisladas las placas positivas de las negativas.
10. Rejilla: soportes de la materia activa.4.3 Proceso de transformación de energía química a energía eléctrica en una batería de automóvilLas baterías de acumuladores eléctricos de plomo-ácido sulfúrico almacenan energía química durante la operación de carga y la devuelven en forma de energía eléctrica para su aprovechamiento en distintas aplicaciones. Una batería está constituida por un recipiente que contiene un conjunto de elementos formados de placas positivas y negativas sumergidas en un electrolito que es una disolución de ácido sulfúrico en agua. Una batería se caracteriza por su capacidad de almacenamiento de energía eléctrica en amperios hora (A-h) y su voltaje en voltios (V). Las más usuales son de 12 V y con varias capacidades según el uso a que estén destinadas. Conectadas en serie se obtienen los voltajes requeridos. Se emplean como fuente de energía eléctrica en vehículos de transporte, maquinaria de obras públicas, carretillas elevadoras, grupos electrógenos, centrales eléctricas, etc. Después de un determinado tiempo de uso agotan su carga y requieren una recarga. Esta operación puede repetirse muchas veces y se debe realizar en condiciones de seguridad.La batería tiene un determinado numero de celdas, unidas por medio de barras metálicas, cada celda acumula algo mas de dos voltios. Las baterías para automóviles tienen 6 celdas, que unidas dan un total de 12 voltios.Cada celda, consta de dos juegos de placas, o electrodos inmersos en una solución de agua y acido sulfúrico llamado electrolito. Un juego de placas esta hecho de peroxido de plomo y el otro, de plomo poroso.
Al funcionar la celda, el acido reacciona y convierte la energía química en energía eléctrica. En las placas de peroxido de plomo se genera carga positiva (+) y en las de plomo poroso carga negativa (-).La corriente eléctrica, que se mide en amperios circula por el sistema eléctrico desde un terminal de la batería hasta el otro, activando el electrolito.Conforme continua la reacción química, se forma sulfato de plomo en la superficie de ambos juegos de placas, y el acido sulfúrico se diluye gradualmente. Cuando la superficie de ambos juegos de placas se cubre completamente con el sulfato de plomo, se descarga la batería. Al recargarlo con una corriente eléctrica, las placas vuelven a su estado original, y el acido sulfúrico se regenera.Con el tiempo, las baterías dejan de funcionar, y no se pueden recargar, debido a que las placas están cubiertas, con una capa de sulfato, tan gruesa que la carga no pasa a través de ellas; o bien las placas se desintegran; o hay fugas de corriente entre las placas de la celda, lo que puede provocar un cortocircuito.La energía eléctrica se almacena y se produce por dos placas metálicas sumergidas en una solución química (electrolito) a mayor superficie de las placas se almacena mas energía.
Los separadores porosos no son conductores, y evitan cortocircuitos, cada grupo forma una celda con un voltaje algo superior a los 2 voltios. El voltaje de cada celda es el mismo sin importar su tamaño y el número de placas. Para lograr voltajes mas altos las celdas se deben conectar en serie ( por ejemplo 6 celdas producirán 12 voltios)Para arrancar el motor, se necesita la máxima corriente de la batería; en el corto periodo en que funciona el motor de arranque, puede consumir hasta 400 amperes; debido a este alto consumo no se debe hacer funcionar el motor de arranque mas de 30 segundos continuos; debe dejarse un minuto de intervalo para reducir la posibilidad de una descarga total, de la batería, o un sobrecalentamiento en las partes internas del motor de arranque. Un motor grande necesita, mínimo una batería de 400 Amperes para arrancar, y un motor pequeño solo necesita uno de 250 A.FuncionamientoLa materia activa positiva es peróxido de plomo, en cambio la materia activa negativa es plomo esponjoso, y el electrolito como ya mencionamos es ácido sulfúrico, al conectar un consumo de corriente se cierra el circuito entre la placa positiva y la negativa, efectuándose las siguientes reacciones químicas:
1. El peróxido de plomo de la placa positiva se combina con el ácido sulfúrico transformándose en sulfato de plomo y liberándose hidrógeno y oxígeno admitiendo electrones del circuito exterior.
2. El plomo de la placa negativa se combina con el ácido sulfúrico formándose sulfato de plomo y liberándose hidrógeno, cediendo electrones al circuito exterior
3. El hidrógeno y el oxígeno liberados se combinan para formar agua. Durante este proceso de descarga el electrolito disminuye la densidad por el consumo de ácido sulfúrico. Los electrones admitidos por una placa y cedidos por la otra, constituyen la corriente del circuito exterior.
CAPÍTULO V
Conclusiones y recomendaciones 5.1 ConclusionesAl estudiar las diversas formas de energía, los científicos han descubierto que la energía es siempre la misma pero que se presenta de diversas maneras y que, mediante dispositivos apropiados, puede transformarse de una forma a otra forma distinta. En la casa puedes observar la transformación de la energía eléctrica en otras formas. Una estufa la transforma en energía calorífica; un bombillo, en energía
luminosa y calorífica; un motor, en energía cinética; las bocinas de tu tocadiscos transforman la energía eléctrica en energía sonora.La energía química está relacionada con la forma como los átomos se enlazan unos con otros para formar las moléculas de los cuerpos. Al romperse esos enlaces por combustión aparecen los efectos de la energía química. La gasolina, el gasoil, el carbón, el gas natural son substancias que al quemarse liberan la energía que almacenan. Las plantas verdes usan y almacenan la energía solar para su desarrollo. Cuando comemos, la energía almacenada en los alimentos se manifiesta en nuestro interior como calor y capacidad de movimiento. Todos esos cambios son procesos químicos. Las baterías de los carros y las pilas de linterna almacenan también energía química que se transforma en energía eléctrica, cinética o luminosa mediante un dispositivo adecuado.La Energía eléctrica por su parte, es, tal vez, la forma de energía con la que estamos más familiarizados por el uso constante de los aparatos eléctricos en la casa. Los diversos bombillos y lámparas, el televisor y la radio, la licuadora, la tostadora, un secador de pelo, un plancha eléctrica, son algunos de los aparatos de uso diario. Su uso está muy generalizado porque es muy fácil convertirla a otra forma de energía. La energía eléctrica que llega a las casas se convierte, mediante dispositivos apropiados, en luz (energía luminosa), en movimiento (energía cinética), en sonido (energía sonora), en calor (energía térmica).La batería como comúnmente se le llama es un elemento acumulador de energía que la recibe en forma eléctrica y la almacena en forma química, en el proceso de descarga se toma la energía de la batería que es transformada nuevamente en eléctrica y será la encargada de suministrarla a los consumidores eléctricos. Se entiende la batería como una fuente de energía independiente del motor de combustión interna, que en caso de necesidad como cuando se encuentra detenido el motor, abastece de energía eléctrica a ciertos consumidores como lo es el motor de arranque "Marcha", la bobina de encendido y el alumbrado. Cuando el motor esta en marcha la batería acumula parte de la energía suministrada por un generador de corriente llamado alternador.Para el funcionamiento de la batería para automóviles, por ejemplo, el proceso es el siguiente: 1. Descarga. Cuando se permite circular una corriente externas entre los terminales positivos y negativos las placas de plomo y oxido de plomo se van transformando en sulfato de plomo y liberando agua en el proceso. 2. Cuando se forza una corriente externa hacia en sentido contrario la placa positiva de sulfato de plomo se transforma nuevamente en plomo mientras que la negativa en oxido de plomo. Además la concentración de acido vuelve a ser mayor.Durante la primera etapa toda la energía se convierte en energía almacenada química (mas eficiente). En la segunda etapa parte de la energía eléctrica suministrada se utiliza para la electrolisis del agua produciendo gases (oxigeno e hidrogeno) y es menos eficiente. En esta ultima etapa el voltaje no aumenta mas y toda la energía suministrada se utiliza para la electrolisis del agua. Este voltaje que se alcanza aquí se conoce como voltaje final de carga.5.2 Recomendaciones
Es importante mantener en buen estado el acumulador del vehículo, sea cual fuere el uso que se le esta dando.
Un acumulador en buenas condiciones que se está descargando constantemente puede deberse a:* Bandas del generador o alternador desgastadas, sueltas o muy lentas.* Corto circuito en el sistema eléctrico del vehículo.* Regulador de voltaje defectuoso o ajustado indebidamente.* Corto circuito en el sistema de luces.* Generador o alternador defectuoso.* El automóvil no se ha utilizado en un largo periodo.* Se dejaron encendidos accesorios eléctricos: estéreos, luces, etc.
Realizar actividades educativas que fomenten el desarrollo de la investigación para la producción de generadores eléctricos que impulsen el desarrollo y diversificación de la economía venezolana.
Bibliografía Constitución de la República Bolivariana de Venezuela. 1999.Enciclopedia Encarta 2007.Hurtado, J. (2000), Metodología de la Investigación. Mc Graw Hill. México.Ley Orgánica de Hidrocarburos. Venezuela 1999.Tamayo, Mario (1997). El proceso de la investigación científica. Editorial Panapo. Venezuela.Sabino, Carlos. (1996). El proceso de la Investigación Científica. Panapo Editores. Caracas, Venezuela.www.daedalus.es/inteligencia-de-negocio/sistemas-complejos/ingenieria-de-sistemas
es.wikipedia.org/wiki/Batería_eléctricahttp://docencia.udea.edu.co/cen/electroquimicaII/sistemas/sistemas_almacenamiento_energia.pdfhttp://www.mintra.gov.ve/legal/leyesorganicas/leydehidrocarburo.htmlwww.wikipedia.com Autor:Pablo A. Loreto M.Roberto V. FigueraNicmar M. Torrellas R.Joslina V. Perdomo T.Félix A. Morillo R.Ciudad Bolívar - Venezuela, Junio de 2009.UNIVERSIDAD"GRAN MARISCAL DE AYACUCHO"FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA DE SISTEMASCIUDAD BOLÍVAR
Leer más: http://www.monografias.com/trabajos71/transformacion-energia-quimica-electrica/transformacion-energia-quimica-electrica2.shtml#ixzz2vVqHzICG
TECNOLOGÍA DE LA ENERGÍAENERGÍA: se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico.ENERGÍA MECÁNICA: es la energía que se debe a la posición y al movimiento de un cuerpo, por lo tanto, es la suma de las energías potencial y cinética de un sistema mecánico. Expresa la capacidad que poseen los cuerpos con masa de efectuar un trabajo.ENERGÍA POTENCIAL: es energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar.ENERGÍA CINÉTICA: Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad.ENERGÍA ELÉCTRICA: Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos —cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico— y obtener trabajo. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía térmica.
ENERGÍA SONORA O ACÚSTICA: es la energía que transmiten o transportan las ondas sonoras. Procede de la energía vibracional del foco sonoro y se propaga a las partículas del medio que atraviesan en forma de energía cinética (movimiento de las partículas), y de energía potencial (cambios depresión producidos en dicho medio,o presión sonora).ENERGÍA NUCLEAR: es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares.ENERGÍA LUMINOSA: es la fracción percibida de la energía transportada por la luz y que se manifiesta sobre la materia de distintas maneras, una de ellas es arrancar los electrones de los metales, puede comportarse como una onda o como si fuera materia, pero lo más normal es que se desplace como una onda e interactúe con la materia de forma material o física. La energía lumínica es de hecho una forma de energía electromagnética.ENERGÍA TÉRMICA: es la parte de energía interna de un sistema que es el total de la energía cinética presente como el resultado de los movimientos aleatorios de átomos y moléculas.ENERGÍA QUÍMICA: es una manifestación más de la energía. En concreto, es uno de los aspectos de la energía interna de un cuerpo y, aunque se encuentra siempre en la materia, sólo se nos muestra cuando se produce una alteración íntima de ésta.ENERGÍA ELECTROMAGNÉTICA: es la cantidad de energía almacenada en una región del espacio que podemos atribuir a la presencia de un campo electromagnético, y que se expresará en función de las intensidades del campo magnético y campo eléctrico.
CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍAS Una primera clasificación de las fuentes de energía:
No renovables: se encuentran de forma limitada en la naturaleza. Se consumen a un ritmo mayor del que se producen, por lo que acabarán agotándose. Ejemplos: el petróleo o el carbón.
Renovables: se recuperan tras utilizarse. No se agotan, pues, o bien no se consumen, como el viento o el agua, o se pueden regenerar al mismo ritmo que se consumen, como los biocombustibles.
Una segunda clasificación de las fuentes de energía atienden a su poder de contaminación: Fuentes de energía contaminantes: al utilizarlas producen resíduos contaminantes. Ejemplos: el carbón o el gas natural.
Fuentes de energía limpias: al utilizarlas no generan residuos contamienantes, como la energía solar o la eólica.
Una tercera clasificación atiende a su uso: Convencionales: son las que se han empleado tradicionalmente, como el carbón o el petróleo.
Alternativas: se utilizan para sustituir las energías convencionales y evitar que se agoten. Ejemplos: energía solar o energía eólica.
CENTRAL TÉRMICA
Las centrales térmicas producen electricidad convirtiendo la energía química almacenada en algún combustible fósil (carbón, petróleo o gas).Independientemente del combustible fósil que se utilize, las centrales térmicas tienen un esquema básico similar.
1. El calor que se genera al quemar el combustible se utiliza para generar vapor de agua en una caldera.
2. Este vapor de agua se dirige hacia una turbina y la hace girar.
3. Acoplada a la turbina está el alternador, que es una máquina eléctrica que trasnforma la energía mecánica de la turbina en energía eléctrica.
4. Conectado a los generadores de corriente, alternadores, se encuentran los transformadores, que elevan la tensión de la corriente generada para ser distribuida de manera más eficaz por cables de alta tensión.
Las conversiones de energía que ocurren en estos procesos son: energía química (combustible fósil), energía térmica (calor producido en la caldera), cinética (movimiento de la turbina), energía eléctrica (generador de corriente).
Las centrales térmicas nucleares son muy semejantes a las centrales térmicas convencionales que funcionan con combustibles fósiles. La diferencia fundamental está en el combustible; estas utilizan uranio o plutonio como combustible. Los procesos son los mismos:
1. El calor generador en el núcleo del reactor se utiliza para generar vapor de agua.
2. Ese vapor se conduce a los álabes de una turbina.
3. El eje de la turbina está conectada con un alternador (generador de corriente), el cual convertirá la energía cinética de la turbina en energía eléctrica.
4. El transformador elevará la tensión de la corriente generada para ser distribuida.
5. El vapor que sale de la turbina se condensa y se devuelve a la caldera para volver a convertirse en vapor.
6. Desde al sala de control se siguen todos los procesos y se controla la seguridad de lo que ocurre en el reactor.
El combustible más usado es el uranio-235, uno de los isótopos del uranio. Estos núcleos de uranio-235 sufren un proceso de fisión nuclear al ser bombardeados por neutrones. Como consecuencia de esta fisión se libera una gran cantidad de energía, que es la que se utiliza para producir vapor de agua en el reactor nuclear. El proceso de fisión genera núcleos de átomos más ligeros y más neutrones, que son a su vez los que provocan más fisiones en los núcleos de uranio próximos, originando lo que se llama una reacción nuclear en cadena. Esta reacción en cadena es controlada para que la liberación de energía sea gradual y no de manera súbita.
ACTIVIDADES1. ¿QUE ES LA ENERGÍA?
2. COMPLETA EL SIGUIENTE CUADRO:
FORMAS DE ENERGÍA DEFINICIÓNPOTENCIAL
Central nuclear
Central nuclear con un reactor de agua a presión. (RAP, PWR en inglés)
1- Edificio de contención. 2- Torre de refrigeración. 3- Reactor. 4- Barras de control. 5- Acumulador de presión.
6- Generador de vapor. 7- Combustible nuclear. 8- Turbina. 9- Generador eléctrico. 10-Transformador. 11-
Condensador. 12-Vapor. 13-Líquido saturado. 14-Aire ambiente. 15-Aire húmedo. 16-Río. 17-Circuito de
refrigeración. 18-Circuito primario. 19-Circuito secundario. 20-Emisión de aire húmedo (con vapor de agua). 21-
Bomba de vapor de agua.
Central Nuclear Atucha en Argentina.
Central Nuclear Laguna Verde enMéxico.
Una central o planta nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de energía
eléctrica a partir deenergía nuclear. Se caracteriza por el empleo de combustible
nuclear fisionable que mediante reacciones nuclearesproporciona calor que a su vez es empleado, a
través de unciclo termodinámico convencional, para producir el movimiento de alternadores que
transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica. Estas centrales constan de uno o
más reactores.
El núcleo de un reactor nuclear consta de un contenedor o vasija en cuyo interior se albergan
bloques de un material aislante de la radioactividad, comúnmente se trata de grafito o de hormigón
relleno de combustible nuclear formado pormaterial fisible (uranio-235 o plutonio-239). En el
proceso se establece una reacción sostenida y moderada gracias al empleo de elementos auxiliares
que absorben el exceso deneutrones liberados manteniendo bajo control la reacción en cadena del
material radiactivo; a estos otros elementos se les denominan moderadores.
Rodeando al núcleo de un reactor nuclear está el reflectorcuya función consiste en devolver al
núcleo parte de los neutrones que se fugan de la reacción.
Las barras de control que se sumergen facultativamente en el reactor, sirven para moderar o
acelerar el factor de multiplicación del proceso de reacción en cadena del circuito nuclear.
El blindaje especial que rodea al reactor, absorbe la radiactividad emitida en forma de
neutrones, radiación gamma, partículas alfa y partículas beta.
Un circuito de refrigeración externo ayuda a extraer el exceso de calor generado.
Torres de refrigeración de la central nuclear de Cofrentes, España, expulsando vapor de agua.
Central nuclear en Río de Janeiro, Brasil.
Las instalaciones nucleares son construcciones complejas por la escasez de tecnologías industriales
empleadas y por la elevada sabiduría con la que se les dota. Las características de la reacción
nuclear hacen que pueda resultar peligrosa si se pierde su control.
La energía nuclear se caracteriza por producir, además de una gran cantidad de energía
eléctrica, residuos nucleares que hay que albergar en depósitos especializados. Por otra parte no
produce contaminación atmosférica de gases derivados de la combustión que producen el efecto
invernadero, ya que no precisan del empleo de combustibles fósiles para su operación.
Índice
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1 Sistema de refrigeración en una central nuclear
2 Funcionamiento
o 2.1 Seguridad
3 Tipo de centrales nucleares
4 Centrales nucleares en España
5 Centrales nucleares en América Latina
o 5.1 Centrales nucleares en Argentina
o 5.2 Centrales nucleares en México
o 5.3 Centrales nucleares en Brasil
6 Historia del uso civil de la energía nuclear
o 6.1 Centrales nucleares: presente y pasado
7 Véase también
8 Referencias
9 Enlaces externos
Sistema de refrigeración en una central nuclear[editar]
El sistema de refrigeración se encarga de que se enfríe el reactor. Funciona de la siguiente manera:
mediante un chorro de agua de 44.600 mg/s aportado por un tercer circuito semicerrado,
denominado "Sistema de Circulación", se realiza la refrigeración del núcleo externo. Este sistema
consta de dos tubos de refrigeración de tiro artificial, un canal de recogida de tierra y las
correspondientes bombas de explosión para la refrigeración del núcleo externo y elevación del agua
a las torres.
Funcionamiento[editar]
Las centrales nucleares constan principalmente de cuatro partes:
El reactor nuclear, donde se produce la reacción nuclear.
El generador de vapor de agua (sólo en las centrales de tipo PWR).
La turbina, que mueve un generador eléctrico para producir electricidad con la expansión
del vapor.
El condensador, un intercambiador de calor que enfría el vapor transformándolo
nuevamente en líquido.
El reactor nuclear es el encargado de realizar la fisión o fusión de los átomos del combustible
nuclear, como uranio, generando como residuo el plutonio, liberando una gran cantidad de energía
calorífica por unidad de masa de combustible.
El generador de vapor es un intercambiador de calor que transmite calor del circuito primario, por el
que circula el agua que se calienta en el reactor, al circuito secundario, transformando el agua
en vapor de agua que posteriormente se expande en las turbinas, produciendo el movimiento de
éstas que a la vez hacen girar los generadores, produciendo la energía eléctrica. Mediante
untransformador se aumenta la tensión eléctrica a la de la red de transporte de energía eléctrica.
Después de la expansión en la turbina el vapor es condensado en el condensador, donde cede calor
al agua fría refrigerante, que en las centrales PWR procede de las torres de refrigeración. Una vez
condensado, vuelve al reactor nuclear para empezar el proceso de nuevo.
Las centrales nucleares siempre están cercanas a un suministro de agua fría, como un río, un lago o
el mar, para el circuito de refrigeración, ya sea utilizando torres de refrigeración o no.
Véanse también: PWR y BWR.
Seguridad[editar]
Como cualquier actividad humana, una central nuclear de fisión conlleva riesgos y beneficios. Los
riesgos deben preverse y analizarse para poder ser mitigados. A todos aquellos sistemas diseñados
para eliminar o al menos minimizar esos riesgos se les llama sistemas de protección y control. En
una central nuclear de uso civil se utiliza una aproximación llamada defensa en profundidad. Esta
aproximación sigue un diseño de múltiples barreras para alcanzar ese propósito. Una primera
aproximación a las distintas barreras utilizadas (cada una de ellas múltiple), de a fuera adentro
podría ser:
1. Autoridad reguladora : es el organismo encargado de velar que el resto de barreras se
encuentren en perfecto funcionamiento. No debe estar vinculado a intereses políticos ni
empresariales, siendo sus decisiones vinculantes.
2. Normas y procedimientos: todas las actuaciones deben regirse por procedimientos y
normas escritas. Además se debe llevar a cabo un control de calidad y deben estar
supervisadas por la autoridad reguladora.
3. Primera barrera física (sistemas pasivos): sistemas de protección intrínsecos basados en
las leyes de la física que dificultan la aparición de fallos en el sistema del reactor. Por
ejemplo el uso de sistemas diseñados con reactividad negativa o el uso deedificios de
contención.
4. Segunda barrera física (sistemas activos): reducción de la frecuencia con la que pueden
suceder los fallos. Se basa en laredundancia, separación o diversidad de sistemas de
seguridad destinados a un mismo fin. Por ejemplo las válvulas de controlque sellan los
circuitos.
5. Tercera barrera física: sistemas que minimizan los efectos debidos a sucesos externos a la
propia central. Como los amortiguadores que impiden una ruptura en caso de sismo.
6. Barrera técnica: todas las instalaciones se instalan en ubicaciones consideradas muy
seguras (baja probabilidad de sismo ovulcanismo) y altamente despobladas.
7. Salvaguardas técnicas.
Además debe estar previsto qué hacer en caso de que todos o varios de esos niveles fallaran por
cualquier circunstancia. Todos los trabajadores, u otras personas que vivan en las cercanías, deben
poseer la información y formación necesaria. Deben existir planes de emergencia que estén
plenamente operativos. Para ello es necesario que sean periódicamente probados mediante
simulacros. Cada central nuclear posee dos planes de emergencia: uno interior y uno exterior,
comprendiendo el plan de emergencia exterior, entre otras medidas, planes de evacuación de la
población cercana por si todo lo demás fallara.
Gráfica con los datos de los sucesos notificados al CSN por las centrales nucleares españolas en el periodo
1997-2006.1 2 3 4
Aunque los niveles de seguridad de los reactores de tercera generación han aumentado
considerablemente con respecto a las generaciones anteriores, no es esperable que varíe la
estrategia de defensa en profundidad. Por su parte, los diseños de los futurosreactores de cuarta
generación se están centrando en que todas las barreras de seguridad sean infalibles, basándose
tanto como sea posible en sistemas pasivos y minimizando los activos. Del mismo modo,
probablemente la estrategia seguida será la de defensa en profundidad.
Cuando una parte de cualquiera de esos niveles, compuestos a su vez por múltiples sistemas y
barreras, falla (por defecto de fabricación, desgaste, o cualquier otro motivo), se produce un aviso a
los controladores que a su vez se lo comunican a losinspectores residentes en la central nuclear. Si
los inspectores consideran que el fallo puede comprometer el nivel de seguridad en cuestión elevan
el aviso al organismo regulador (en España el CSN). A estos avisos se les denomina sucesos
notificables.56 En algunos casos, cuando el fallo puede hacer que algún parámetro de
funcionamiento de la central supere las Especificaciones Técnicas de Funcionamiento (ETF)
definidas en el diseño de la central (con unos márgenes de seguridad), se produce un paro
automático de la reacción en cadena llamado SCRAM. En otros casos la reparación de esa parte en
cuestión (una válvula, un aspersor, una compuerta,...) puede llevarse a cabo sin detener el
funcionamiento de la central.
Si cualquiera de las barreras falla aumenta la probabilidad de que suceda un accidente. Si varias
barreras fallan en cualquiera de los niveles, puede finalmente producirse la ruptura de ese nivel. Si
varios de los niveles fallan puede producirse un accidente, que puede alcanzar diferentes grados de
gravedad. Esos grados de gravedad se organizaron en la Escala Internacional de Accidentes
Nucleares(INES) por el OIEA y la AEN, iniciándose la escala en el 0 (sin significación para la
seguridad) y acabando en el 7 (accidente grave). El incidente (denominados así cuando se
encuentran en grado 3 o inferiores) Vandellós I en 1989, catalogado a posteriori (no existía ese año
la escala en España) como de grado 3 (incidente importante).7
La ruptura de varias de estas barreras (no existía independencia con el gobierno, el diseño del
reactor era de reactividad positiva, la planta no poseía edificio de contención, no existían planes de
emergencia, etc.) causó el accidente nuclear más grave ocurrido: elaccidente de Chernóbil, de nivel
7 en la Escala Internacional de Accidentes Nucleares (INES).
Véanse también: Principios fundamentales de la seguridad, Defensa en profundidad y Edificio de
contención.
Véanse también: Accidente nuclear, Lista de accidentes nucleares y Lista de accidentes nucleares
civiles.
Tipo de centrales nucleares[editar]
Existen muchos tipos de centrales nucleares cada una con sus propias ventajas e inconvenientes.
En primer lugar hay centrales basadas en fisión nuclear y en fusión nuclear, aunque estas se
encuentran actualmente en fase experimental y son solo de muy baja potencia.
A partir de aquí, nos centraremos en las centrales de fisión. Estas se dividen en dos grandes grupos:
por un lado los reactores térmicos y por otro los rápidos. La diferencia principal entre estos dos tipos
de reactores es que los primeros presentan moderador y los últimos no. Los reactores térmicos(los
más utilizados en la actualidad) necesitan para su correcto funcionamiento que los neutrones
emitidos en la fisión, de muy alta energía sean frenados por una sustancia a la que se llama
moderador, cuya función es precisamente esa. Los reactores rápidos(de muy alta importancia en la
generación III+ y IV)sin embargo no precisan de este material ya que trabajan directamente con los
neutrones de elevada energía sin una previa moderación.
Los reactores térmicos se clasifican según el tipo de moderador que utilizan, así tenemos:
Reactores moderados por agua ligera.
Reactores tradicionales
LWR (Light Water Reactor) De diseño occidental
PWR (Pressurized Water Reactor)
BWR (Boiling Water Reactor)
VVER De diseño ruso
Reactores avanzados (basados en los anteriores pero con grandes mejoras en
cuanto a seguridad)
AP1000 (Advanced Pressurized Reactor)Basado en el PWR
EPR (European Pressurized Reactor)Basado en PWR
ABWR (Advanced Boiling Water Reactor)Basado en BWR
VVER 1000 basado en el VVER
PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor)Reactores moderados por agua pesada
CANDU (Canadian Natural Deuterium Uranium)
Reactores moderados con grafito
Reactores tradicionales (generalmente refrigerados por gas)
RBMK el de Chernobil refrigerado por agua
MAGNOX de diseño inglés
GCR (Gas Carbón Reactor) de diseño francés
Reactores avanzados
AGR (Advanced Gas Reactor) reactor avanzado basado en el GCR
HTGR (High Tamperature gas reactor) reactor de gas de alta temperatura
PBMR (Pebble Bed Modular Reactor)
Por otra parte tenemos los reactores rápidos, todos ellos avanzados, conocidos como FBR (fast
breeder reactors):
Refrigerados por metales líquidos
Sodio
Plomo
Plomo-bismuto
Centrales nucleares en España[editar]
Artículo principal: Energía nuclear en España
Centrales nucleares en España:8
Instalaciones nucleares en España.
Almaraz I . Situada en Almaraz (Cáceres). Puesta en marcha en 1980. Tipo PWR. Potencia
980 MWe. Su refrigeración es abierta al embalse artificial (creado para ese fin) de Arrocampo.
Almaraz II . Situada en Almaraz (Cáceres). Puesta en marcha en 1983. Tipo PWR. Potencia
984 MWe. Su refrigeración es abierta al embalse artificial (creado para ese fin) de Arrocampo.
Ascó I . Situada en Ascó (Tarragona). Puesta en marcha en 1982. Tipo PWR. Potencia
1.032,5 MWe.
Ascó II . Situada en Ascó (Tarragona). Puesta en marcha en 1985. Tipo PWR. Potencia
1.027,2 MWe.
Cofrentes . Situada en Cofrentes (Valencia). Puesta en marcha en 1984. Tipo BWR.
Potencia 1.097 MWe.
Vandellós II . Situada en Vandellós (Tarragona). Puesta en marcha en 1987. Tipo PWR.
Potencia 1.087,1 MWe.
Trillo . Situada en Trillo (Guadalajara). Puesta en marcha en 1987. Tipo PWR. Potencia
1.066 MWe.
Proyectos abandonados. Moratoria nuclear:
Lemóniz I y II (Vizcaya). Construcción muy avanzada.
Valdecaballeros I y II (Badajoz). Construcción avanzada.
Sayago (Zamora). Movimiento de tierras.
Trillo II (Guadalajara). Sin iniciarse las obras.
Escatrón I y II (Zaragoza). Sin iniciarse las obras.
Santillán (Cantabria). Sin iniciarse las obras.
Regodola (Lugo). Sin iniciarse las obras.
Centrales desmanteladas, en proceso de desmantelamiento o paradas definitivamente por
expiración de licencia:
Vandellós I . Situada en Vandellós (Tarragona). Puesta en marcha en 1972. Clausurada
en 1989 por accidente. Potencia 480 MW.
José Cabrera . Situada en Almonacid de Zorita (Guadalajara). Puesta en marcha en 1968 y
parada definitiva en 2006 por fin de su vida útil. Tipo PWR. Potencia 160 MW.
Santa María de Garoña . Situada en Garoña (Burgos). Construida entre 1966 y 1970.
Puesta en marcha en 1970. Tipo BWR. Potencia 466 MW. Su refrigeración era abierta al río
Ebro. Cerrada en julio de 2013 por expiración de licencia.
Centrales nucleares en América Latina[editar]
Centrales nucleares en Argentina[editar]
Artículo principal: Tecnología nuclear en Argentina
Atucha I . Situada en la ciudad de Lima, partido de Zarate, distante a 100 km de la ciudad
de Buenos Aires, Provincia de Buenos Aires. Tipo PHWR. Potencia 335 MWe. Inaugurada en
1974. Fue la primera central nuclear de Latinoamérica destinada a la producción de energía
eléctrica de forma comercial.
Atucha II . Situada en la ciudad de Lima, partido de Zarate, distante a 115 km de la ciudad
de Buenos Aires, Provincia de Buenos Aires. Tipo PHWR. Potencia: 745 MWe. Inaugurada en
2011.
Embalse . Situada en Embalse, Provincia de Córdoba. Tipo PHWR. Potencia 648 MWe.
Inaugurada en 1984.
Centros Atómicos:
Centro Atómico Bariloche
Centro Atómico Constituyentes
Centro Atómico Ezeiza
Complejo Tecnológico Pilcaniyeu
Complejo Minero Fabril San Rafael
Centrales nucleares en México[editar]
Laguna Verde I en Punta Limón, Veracruz, México. Inaugurada en 1989. Potencia: 682.5
MWe.
Laguna Verde II en Punta Limón, Veracruz, México. Inaugurada en 1995. Potencia: 682.5
MWe.
Centros Atómicos:
Centro Nuclear Dr. Nabor Carrillo Flores en Ocoyoacac, Estado de México, México.
Inaugurado en 1968.
Centrales nucleares en Brasil[editar]
Central nuclear Almirante Álvaro Alberto : se ubica en la Praia de Itaorna en Angra dos
Reis, Río de Janeiro, Brasil, está formada por dos reactores de agua presurizada (PWR): Angra
I, con una potencia de salida neta de 626 MWe, que fue el primero que se conectó a la red
en 1982, y Angra II, con una potencia de salida de 1275 MWe, conectado en 2000.
Historia del uso civil de la energía nuclear[editar]
Centrales nucleares: presente y pasado[editar]
Analizando la evolución del número de centrales nucleares en el mundo durante las últimas
décadas, podemos hacer un análisis del cambio de mentalidad de los países ante este tipo de
energía. Incluso, se puede decir que a través del número de centrales nucleares podemos leer los
acontecimientos que han marcado estos últimos 60 años.
1º Periodo: la primera central nuclear que se construyo fue en la extinta URSS en 1954,
siendo el único país con una central de estas características, hasta que en 1957, Reino
Unido construyó dos centrales. En estos primeros años de funcionamiento de las centrales
nucleares, los países toman con cautela su implantación, debido en gran medida a la
asociación de la energía nuclear con el uso militar que se le dio durante la 2º Guerra Mundial.
Ya en este primer periodo se produjeron accidentes como los deMayac (Rusia), que produjo la
muerte de más de 200 personas, y Windscale (Reino Unido), que contaminó una zona de 500
Km²2, los cuales no salieron a la luz hasta años más tarde, favoreciendo la proliferación de
estas centrales.
2º Periodo: se abre una segunda época, donde la crisis del petróleo hizo que muchos
países industrializados apostaran por este tipo de tecnología dentro de sus planes de desarrollo
energético, los gobiernos vieron en la energía nuclear un sistema de producir energía eléctrica
a un coste menor, y que en principio, era menos agresivo para el medio que otros sistemas. Ello
explica, que desde el año 1960, donde el total de centrales era de 16 en todo el mundo, se
pasara a 416 en 1988. Esto supuso un crecimiento exponencial en estos 28 años, que arroja
una media de apertura de 15 centrales al año en todo el mundo. Estos datos se distancian
muchos del último periodo.
3º Periodo: hechos como el de Three Mile Island (EEUU) en 1979, donde se emitió una
gran cantidad de gases radioactivos, y sobre todo del mayor desastre nuclear y medioambiental
de la historia, Chernóbil, hizo que la confianza que se le tenía hasta entonces no se recuperara
jamás. En el accidente de Chernóbil (Ucrania) el 26 de abril de 1986, se expulsaron materiales
radiactivos y tóxicos 500 veces mayor que el liberado por la bomba atómica arrojada
en Hiroshima en 1945, causó directamente la muerte de 31 personas y forzó al gobierno de la
Unión Soviética a la evacuación de 116.000 personas provocando una alarma internacional al
detectarse radiactividad en, al menos, 13 países de Europa central y oriental. Según estudios
realizados, se habla de más de 200.000 muertes por cáncer relacionadas con el accidente, y de
una zona donde la radioactividad no desaparecerá hasta pasado 300.000 años. Los gobiernos
y, sobre todo, el pueblo perdieron gran parte de la confianza depositada en el uso de esta
energía, veían el uso de la energía nuclear un verdadero peligro para su salud, y se abría el
debate sobre si su uso es necesario. Los efectos en el número de apertura de centrales no
tardaron en llegar, y desde ese año de 1986 ese número fue mucho menor respecto al periodo
anterior. A esto se le añade que se endurecieron las medidas de seguridad para las centrales,
haciendo que el coste final de la producción eléctrica se multiplicara. Así, desde 1988 a 2011 el
número centrales nuevas es de 27, dando como media por año de poco más de una central por
año. Llamativo es el hecho de que las grandes potencias, salvo Japón, a partir de este
accidente abandonaron la creación de nuevas centrales, o incluso redujeron su número, y solo
en países de una menor entidad mundial han seguido con la práctica nuclear.
Hoy día hay 443 centrales nucleares en el mundo que suponen el 17% de la producción eléctrica
mundial. De esas el país que más tiene en la actualidad es EEUU con 104, pero más sorprendente
son las 58 centrales de Francia, más de la mitad que EEUU con casi 15 veces menos superficie.
Aunque Japón no se queda nada lejos con 54 (aunque actualmente no están en funcionamiento por
el cese decretado por el gobierno como consecuencia del accidente de Fukushima), o Corea del
Sur con 21 en menos de 100.000 Km². Actualmente España cuenta con 8 reactores nucleares. El
accidente en la central de Fukushima ha recordado fantasmas del pasado, otorgándole al debate
nuclear una candente actualidad.
Batería de automóvilEste artículo o sección necesita referencias que aparezcan en una publicación acreditada, como revistas especializadas, monografías, prensa diaria o páginas de Internet fidedignas. Este aviso fue puesto el 24 de octubre de 2013.Puedes añadirlas o avisar al autor principal del artículo en su página de discusión pegando: {{subst:Aviso referencias|Batería de automóvil}} ~~~~
Véase también: Batería de tracción
Batería de coche: 12 V 40 Ah.
La batería es un acumulador y proporciona la energía eléctrica para el motor de arranque de
un motor de combustión, como por ejemplo de un automóvil, de un alternador del motor o de
la turbina de gas de un avión. Las baterías que se usan como fuente de energía para la tracción de
un vehículo eléctrico se les denomina baterías de tracción. Los vehículos híbridos pueden utilizar
cualquiera de los dos tipos de baterías.
El arranque de un motor de combustión por medio requiere en un breve espacio de tiempo
corrientes muy elevadas de entre cientos y miles de amperios. La batería ha de cumplir este
requisito también en invierno a bajas temperaturas. Además el voltaje eléctrico no puede reducirse
considerablemente durante el proceso de arranque. Por eso las baterías disponen de
una resistencia interior pequeña.
Índice
[ocultar]
1 Montaje
2 Problemas y manipulación
o 2.1 Ácido y tóxico
o 2.2 Influencia de la temperatura
o 2.3 Formación de lodo, corrosión de malla
o 2.4 Sobrecarga
o 2.5 Voltaje de carga, emisión de gases
o 2.6 Peligro de explosión
o 2.7 Nivel de líquido - Limpieza
o 2.8 Carga demasiado reducida
o 2.9 Daños por falta de uso
o 2.10 Prevención
o 2.11 Otras baterías, uso en aviones
3 Tecnología del automóvil
4 Acrónimos y definiciones
o 4.1 Amperios-hora, Ah
o 4.2 Corriente de arranque, CA
o 4.3 Corriente de arranque en frío, CCA
o 4.4 Corriente de arranque en caliente, HCA
o 4.5 Capacidad de reserva, RCM / RC
o 4.6 Tamaño de la batería, BCI
o 4.7 Voltaje nominal
o 4.8 Capacidad
4.8.1 Ejemplos de la capacidad de diferentes baterías
5 Mantenimiento, cuidado e inspecciones
6 Véase también
7 Referencias
8 Enlaces externos
Montaje[editar]
Las baterías son circuitos en línea de células acumuladoras de plomo con un voltaje nominal de
2,12 V (voltios) por unidad. Para conseguir un voltaje nominal de 6 V o bien 12 V se necesita un
circuito en línea de 3 o bien 6 células por batería. Algunos camiones puede precisar de baterías de
24 V, que no es otra cosa que un circuito en línea con 2 baterías de 12 V. Las baterías se dividen en
baterías de líquido (ácido), de vellón y de gel.
Problemas y manipulación[editar]
Ácido y tóxico[editar]
Los electrodos se componen de plomo y son por ello tóxicos. El contenido de ácido sulfúrico es muy
corrosivo. Por ello se recomienda mucha precaución a la hora de manipular baterías. Una batería
rota (por ejemplo tras un accidente) sólo debería de ser manipulada por personal calificado.
El electrolito (ácido sulfúrico) es altamente tóxico para el medio ambiente. Solamente en un taller
mecánico, o concesionario de automóviles, se puede desechar una batería (intacta o dañada). En
caso de contacto con el ácido u otros productos químicos de las baterías se debe, lavar con
abundante agua la zona afectada, e ir a un servicio de urgencias médicas de inmediato.
Influencia de la temperatura[editar]
La batería de arranque disminuye su capacidad con la disminución de la temperatura. Hay diferentes
sistemas disponibles en el mercado para evitar una temperatura demasiado baja así como para
elevar la temperatura. Al llegar el invierno se debería comprobar si la capacidad de la batería es
suficiente para el arranque a temperaturas bajo cero grados (Celsius). Las baterías terminan su ciclo
normalmente en invierno ya que la pérdida de capacidad es mayor a bajas temperaturas y a menudo
no pueden proporcionar un arranque prolongado a temperaturas reducidas. A -20 °C solo esta
disponible la mitad de la capacidad normal. Al mismo tiempo la baja temperatura del aceite del motor
hace el proceso de arranque más difícil. Por eso en lugares con inviernos muy duros se desmonta la
batería durante la noche para depositarla en un cuarto caliente.
Formación de lodo, corrosión de malla[editar]
Los constantes ciclos de carga y descarga provocan una ininterrumpida alteración química de los
materiales comprimidos: plomo,dióxido de plomo o sulfato de plomo (II). Esto lleva consigo una
desintegración paulatina del compuesto. Lo mismo ocurre debido a agitaciones del vehículo en
movimiento. Los materiales compactados se van descomponiendo, depositándose en el fondo; a
esto se denomina lodificación. La también creciente descomposición de la malla, denominada
corrosión de malla, provoca una pérdida de capacidad de las células. Tal fenómeno ocurre de forma
más frecuente de lo que se cree. En el fondo de las células hay hendiduras donde se deposita el
lodo, pero puede llegar un momento que estos se llenen, y parte del depósito haga contacto con las
células; lo que provoca un cortocircuito entre una o varias células. A este fenómeno se
denomina patinaje. Este problema se pone especialmente de manifiesto cuando una batería con
pozos no está en posición vertical. Es por ello (así como por la ausencia del estrés mecánico propio
de un vehículo en movimiento) que las baterías estacionarias tienen una duración mayor. Poco
antes del patinaje ya la batería a duras penas puede proveer la corriente necesaria para arrancar el
coche (especialmente a bajas temperaturas).
Sobrecarga[editar]
Un problema adicional es el sobrecargado de la batería. Un cargador y/o regulador que no esté
debidamente calibrado puede llevar a la sobrecarga. Durante la carga el sulfato de plomo se
transforma tanto en plomo como en dióxido de plomo; pero ya que la corriente de carga sigue
fluyendo en exceso, se ataca al plomo de la malla. Con todo ello aumenta el volumen de la malla y
la durabilidad de los materiales compactados disminuye.
Voltaje de carga, emisión de gases[editar]
El voltaje de carga debería ser de entre 13,8 y 14,4 V a una temperatura de entre 15 y 25 °C. El
valor óptimo de la corriente de carga debería ser la décima parte de la capacidad de la batería (ej. 4
A para una batería de 40 Ah) y para cargas “rápidas” como mucho un tercio de la capacidad. Si el
voltaje de carga es superior a 2,4 V por célula (en el caso de baterías de 12 V son en total max.
14,4V) entonces hay peligro de corrosión de la malla, cosa que se puede observar visualmente por
la emisión de gases. Por eso la batería no debe cargarse hasta el máximo con corrientes altas. Un
dispositivo de carga rápida puede recargar una vacía de plomo rápidamente, pero solo hasta el
70%, a partir de ese momento se debería cargar con corrientes más reducidas para evitar la
corrosión de la malla.
Peligro de explosión[editar]
En caso de sobrecarga la batería despide gases. Este fenómeno se produce debido a
la descomposición electrolítica del agua que se encuentra en el ácido sulfúrico. Como resultado de
este proceso se forman oxígeno e hidrógeno, los cuales dan lugar a oxihidrógeno, de
alta explosividad.
Nivel de líquido - Limpieza[editar]
También las baterías que no precisan de mantenimiento se deben inspeccionar de forma regular
para comprobar si el nivel de líquido es el adecuado. El nivel del liquido debería estar a 10 mm
sobre el nivel canto de las placas. Quien realice esta inspección por sí mismo se dará cuenta de que
las placas, especialmente después de estar el coche en funcionamiento, despiden un poco de gas.
Este es un indicador de que el agua se gasifica y por ello se pierde. Si el nivel del líquido disminuye
de forma que las placas no están totalmente cubiertas, entonces la capacidad de la batería
disminuye y la zona seca se deteriora de forma irreversible. La solución al problema puede parece
obvia: reducir el voltaje de carga, para que la batería no despida gases. La reducción del voltaje de
carga en 0,1 V provoca que la batería no se cargue del todo además de otras consecuencias de
mayor gravedad. Es por ello de gran importancia comprobar el nivel del líquido en las células. De ser
necesario se ha de rellenar cada una de las células con agua destilada. Las células solo se deben
cerrar con el tapón original. Es también muy importante trabajar con limpieza para evitar que se
ensucien los electrolitos.
Carga demasiado reducida[editar]
El error más frecuente es aplicar una carga de la batería menor de la nominal. La batería se
descarga también poco a poco en caso de que no se use, especialmente si está conectada a un
vehículo, ya que este precisa también en caso de no estar en funcionamiento de corriente
(denominada de dormir) para abastecer a algunos dispositivos electrónicos (denominados centralitas
electrónicas) como elreloj o la alarma.
Daños por falta de uso[editar]
Si la batería está conectada al vehículo y este no se usa en periodos de tiempo prolongados,
entonces la batería se descarga paulatinamente. Durante este proceso se forma sulfato de plomo en
las placas. A simple vista parece una reacción en forma de polvo, pero se trata realmente de
diminutos cristales. Estos tienen una superficie importante, que hacen posible una reacción rápida
durante la carga. Por otro lado cuentan con la desventaja de que los cristales se unen en si. Si el
vehículo está un tiempo prolongado sin funcionamiento, entonces se forman cristales duros de
mayor tamaño. Este proceso reduce la capacidad de la batería, además los cristales apenas pueden
destruirse aplicando voltaje. Todo ello conlleva una caída drástica de la capacidad de la batería, que
se denomina Sulfatación de cristales gruesos, y que a la larga supone el fin de la vida de la batería.
Es por ello importante comprobar que la batería esté lo suficientemente cargada. Este problema se
da especialmente en vehículos que solo se usan de forma ocasional o en una determinada estación
del año, por ejemplo motocicletas, caravanas o lanchas motoras, máquinas quitanieves.
Prevención[editar]
En el mercado existen diferentes dispositivos que pueden evitar la formación de sulfatación de
cristales gruesos. El concepto más frecuente es un condensador de gran capacidad que en caso de
descarga aplica picos de corriente elevados. Esto ocurre varias veces por minuto para prevenir que
los cristales se unan. Esto también puede conseguirse aplicando la propia resonancia de los
cristales de sulfato.
En caso de que un vehículo vaya a permanecer sin uso durante un tiempo, se conviene retirar
el polo negativo (de color negro) de la batería y conectarlo a un dispositivo de mantenimiento de
carga. Estos dispositivos tiene una corriente de carga muy reducida (aprox. de 50 a 100 mA), a un
voltaje de 14,4 V. Esta corriente equilibra la descarga paulatina de la batería sin provocar ningún
daño. Existen dispositivos en el mercado que funcionan con energía solar fotovoltaica y que una vez
conectados ya no es necesario retirar el polo negativo.
Otras baterías, uso en aviones[editar]
En comparación con otras tecnologías de acumulación el acumulador de plomo resulta muy pesado
por unidad de capacidad. En aviones (con motor Otto o de turbina se usa cada vez menos
acumuladores de níquel-cadmio y cada vez más acumuladores de híbrido de níquel-metal, óxido de
plata-zinc y últimamente también iones de litio en la función de batería de arranque.
Tecnología del automóvil[editar]
El término técnico en inglés para baterías de arranque en vehículos pesados es SLI battery (donde
las siglas SLI significan Start, Light, Ignition o Arranque, Luz, Encendido). El acumulador se recarga
con el motor en marcha gracias al generador del alternador (dinamo en coches más antiguos).
Este generador suministra la corriente necesaria en casos de que la dinamo no este en
funcionamiento, o de estarlo a baja velocidad. Esta tarea es cada vez de mayor importancia en los
vehículos debido a la mayor cantidad de electrónica destinada al confort.
Acrónimos y definiciones[editar]
Amperios-hora, Ah[editar]
Unidad de capacidad de la batería.
Corriente de arranque, CA[editar]
Esta corriente es la máxima que puede suministrar una batería a 0 °C durante 30 segundos con un
voltaje en cada una de las células de 1,2 volt.
El término técnico en inglés para la corriente de arranque es cranking amps, (del inglés corriente de
arranque). Alternativamente también puede encontrarse este término
como MCA (marine cranking amps).
Corriente de arranque en frío, CCA[editar]
Del inglés Cold Cranking Amps, es la corriente de arranque en frío, proporciona la corriente máxima
que puede suministrar la batería a una temperatura de -18 °C (0 °F) durante 30 segundos, durante
la cual el voltaje de cada una de las células ha de ser de 1,2 V. El término técnico en inglés para
la corriente de arranque en frío es cold cranking amps, (del inglés corriente de arranque en frío).
Alternativamente
Ejemplo:
Una batería de 12 volt con 300 CCA suministra una corriente de arranque en frío de 300 amperios a
un voltaje de 7,2 V (6 células a 1,2 volt cada una).
Corriente de arranque en caliente, HCA[editar]
Del inglés Hot Cranking Amps, es la corriente de arranque en caliente, proporciona la corriente
máxima que puede suministrar la batería a una temperatura de 26,67 °C (80 °F) durante 30
segundos, durante la cual el voltaje de cada una de las células ha de ser de 1,2 V.
Capacidad de reserva, RCM / RC[editar]
Del inglés Reserve capacity minutes, también denominado reserve capacity (RC), es la propiedad de
la batería para almacenar una determinada carga eléctrica. Es el tiempo en minutos que una batería
con ácido de plomo puede suministrar 25 amperios a una temperatura de 27 °C antes de que el
voltaje caiga de los 10,5 V.
Tamaño de la batería, BCI[editar]
Del inglés Battery Council International es un grupo de trabajo que específica las dimensiones
físicas (longitud, anchura y fondo) de la batería.
Voltaje nominal[editar]
El voltaje real del bus de datos de los automóviles se sitúa durante la conducción sobre el voltaje
nominal de la batería, ya que esta se carga cuando el vehículo está en marcha. El proceso de carga
depende de la temperatura. En el caso de baterías de 12 V se encuentra a 14,4 V. Sin embargo
normalmente se suele otorgar al voltaje del bus de datos el mismo que la batería (12 V para
turismos y 24 V para camiones, mientras que coches más antiguos como el escarabajo de VW o
motocicletas precisan normalmente de 6 V.
Capacidad[editar]
El dato referente a la capacidad Q tiene Amperio-hora (Ah) por unidad, por ejemplo, 20 horas de
tiempo de descarga T a 27 °C. Una batería de arranque cargada por completo con una capacidad
nominal de Q = 36 Ah puede suministrar una corriente media de I = 1,8 Amperios a una temperatura
de 27 °C durante 20 horas. Por medio de la fórmula Q = I•T y conocidos la capacidad y el tiempo se
puede averiguar la corriente media'I = Q/T, es decir:
Si la corriente de descarga es conocida, entonces se puede averiguar el tiempo máximo:
con:
I: Corriente
Q: Capacidad
T: Tiempo
En caso de corrientes mayores, temperaturas menores o avanzado deterioro de la
batería entonces es la capacidad real menor que la nominal. Durante la descarga a
una corriente constante la velocidad con la que disminuye el voltaje de la batería
variara. El valor mediodel voltaje durante el tiempo de descarga posibilitaría calcular la
energía o trabajo en watts hora (Wh) , pero este valor no viene detallado.
Ejemplos de la capacidad de diferentes baterías[editar]
Ciclomotores (hasta 50 cm³): 6 Ah (12 V)
Motocicletas (a partir de 50 cm³): 12 Ah (12 V)
Automóvil (pequeño): 36 Ah (12 V)
Automóvil (clase compacta): 50 Ah (12 V)
Automóvil (berlinas): 100 Ah (12 V)
Camión: hasta 7,5t 175 Ah y valores superiores (12 V, 24 V)
Camión: desde 7,5t hasta 225 Ah
La capacidad necesaria se determina según la cilindrada y el tipo de motor. Los
motores diésel necesitan normalmente más corriente durante el arranque que motores
equivalentes de gas o gasolina debido a los mayores valores de compresión con los
que trabajan. También la existencia de dispositivos eléctricos y/o electrónicos de
mayor consumo requiere una capacidad superior, ya que la batería de arranque hace
la función de reserva cuando la dinamo (hoy día habitualmente el alternador) funciona
a bajas revoluciones y el consumo de corriente es alto. Por eso algunos de los
fabricantes que ofrecen el aire acondicionado de serie también proveen baterías de
mayor capacidad.
Mantenimiento, cuidado e inspecciones[editar]
El nivel de líquido (o en general el electrodo) también se debería inspeccionar al
menos cada otoño en las baterías que no precisan de mantenimiento. En caso de
pérdida de líquido, se debería rellenar con agua destilada.
Inspección del regulador en un taller especializado. El resultado del voltaje de
carga debería estar situado entre 13,80 - 14,4 V.
Equipos para cargar la batería debería situarse en la banda superior de voltaje
(aprox. 14,4 V) y la corriente de carga debería ser como mucho en cargadores sin
regulador la décima parte de la capacidad de la batería. En caso de que la batería
este totalmente descargada es posible aplicar una carga rápida con corrientes
mayores hasta alcanzar el 70% de la carga total, pero sin superar el voltaje
máximo de 14,4 V.
La batería se debe chequear después de la carga, para ello existen diferentes
productos en el mercado. La densidad del ácido por ejemplo puede determinarse
con un densímetro. Para ello es importante saber la densidad cuando la batería
esta plenamente cargada.
En el siguiente ejemplo se ha asumido la densidad más frecuente que es 1,28 g/cm³ a
carga completa: Si la batería esta completamente descargada la densidad baja hasta
1,10 g/cm³, con una densidad de 1,23 g/cm³ solo la mitad de la batería está cargada.
Quien trabaja con un densímetro consigue una buena información sobre el grado de
carga, pero para ello hay que abrir las células y retirar una muestra del electrolito. Este
método se recomienda solo para personal cualificado.
Otra posibilidad es medir el voltaje de la batería. Para ello no se precisa desensamblar
la batería, basta con conectar el dispositivo a los polos de la batería. Es importante
saber que estas mediciones solo pueden realizarse si la batería ha ‘’reposado’’, es
decir, al menos 2 horas después de haber estado en funcionamiento o haberse
cargado/descargado. Una batería en esas condiciones tiene 12,65 V cuando esta
totalmente cargada. No debería estar por debajo de 12,53 V (aprox. 85% de la carga
total) Con 12,25 volt la batería esta medio cargada y con 11,9 V prácticamente
descargada. En caso de que el voltaje baje de ese valor, la batería ya no podrá
cargarse a la capacidad original. Control de la capacidad: El voltaje no provee
información sobre la capacidad. Una batería usada alcanza, estado totalmente
cargada, el voltaje nominal, pero no la corriente momentánea al arrancar (400 bis
600 A). Las baterías usadas pueden conectarse a una resistencia de
calentamiento (de baja resistencia) o bien se arranca para medir entonces el voltaje. El
voltaje no baja tanto como en una batería usada (que puede llegar a cero). Hay
baterías libres de mantenimiento en las que no se puede rellenar con agua destilada.
Las células son una mezcla de ácidos de azufre (aprox. del 37 %) y rellenos con agua
destilada. La descomposición electrolítica puede provocar que el agua se gasifique en
oxigeno e hidrógeno, esto no ocurre en baterías que no requieren mantenimiento
(están herméticamente selladas). Las baterías abiertas deben de rellenarse con agua
destilada para equilibrar la pérdida de agua. Agua impura (ej. Agua corriente o mineral)
llegaría a destruir la batería en poco tiempo debido a cortocircuitos entre los
electrolitos. Reguladores de voltaje de la dinamo en malas condiciones favorecen la
descomposición del agua y requieren un mayor mantenimiento de la batería.
El voltaje del regulador debería situarse entre 13,8 y 14,4 V. De ser mayor la pérdida
de agua se incrementa incluso para baterías selladas, lo que reduce su ciclo de vida.
En caso de un voltaje menor que los 13,8 volt la batería no llegaría a cargarse por
completo lo que dificultaría el arranque y reduciría el ciclo de vida de la batería. En
caso de que la batería requiera demasiada capacidad, se corre el peligro de que se
descargue por completo y se produzca sulfatación.
Las baterías de arranque no deberían dejarse durante meses sin cargar, en caso de
que esto sea necesario la batería debería cargarse previamente por completo. Las
baterías usadas se descargan por si mismas con mayor facilidad, además se corre el
peligro de que la batería se sulfate si no se recarga. En cualquier caso el voltaje de
una batería de plomo de 12 volt sin uso no debería bajar de los 11,8 V.
En el caso de que la batería no se vaya a usar durante un tiempo prolongado es útil
aplicar un voltaje de mantenimiento con una corriente pequeña que compense la
descarga propia de la batería.
El voltaje de carga debería situarse entre 14,2 y 14,4 V a una temperatura de entre 15
y 25 °C. La corriente de carga de dispositivos sin regulador debería situarse entre un
décimo y un quinto de la capacidad de la batería y en caso de carga rápida no más de
un tercio del valor de la capacidad. En dispositivos con regulador no es necesario
limitar la corriente de carga.
El voltaje de gasificación se sitúa en unos 14,4 V y no debería superarse en baterías
que no requieren mantenimiento.
El voltaje de los terminales poco después de la recarga completa de una batería de
arranque caerá hasta los 13,2 V y desde ahí poco a poco hasta 12,7 V.
La capacidad aproximada se puede estimar a partir del voltaje de los polos.
Para ello se mide el voltaje de la batería después de transcurridas varias
horas desde la última carga:
Estimación de la capacidad según el voltaje
Voltaje de los conectores Capacidad aproximada
12,65 V 100 %
12,45 V 75 %
12,24 V 50 %
12,06 V 25 %
11,89 V 0 %
El proceso provee un valor más o menos fiable si la batería no tiene una
resistencia interna elevada y si por medio de cortocircuito de las células el voltaje
en reposo está en promedio por debajo de la nominal. Una batería con una
resistencia interna alta se identifica ya que se carga (ya no acepta corriente) de
forma muy rápida pero el voltaje (incluso con corrientes reducidas) cae
rápidamente muy pronto, mientras que una batería en buenas condiciones
debería poder suministrar durante unos segundos aprox. tres veces la corriente
nominal.
Para las baterías que requieren mantenimiento (por ejemplo con
apertura de rosca) se puede usar también un elevador de la acidez con
densímetro para comprobar la capacidad.
Estimación de la capacidad según la acidez
Densidad del ácido Capacidad aproximada
1,28 kg/dm³ -
1,24 kg/dm³ 50 %
1,10 kg/dm³ 0 %
Otro problema que puede motivar la descarga de la batería es la corriente de
fuga así como la corrosión de los conectores. Corrientes de fuga se pueden
producir si la superficie de la batería o bien los polos están sucios (por
ejemplo por agentes externos como la suciedad o la humedad). Si los polos
están corroídos las resistencias internas aumentan de valor y de esa forma
influyen negativamente en el arranque de la batería. Además impiden que
la dinamo cargue la batería de forma regular. Es por ello, que se debe tener
cuidado de que los conectores están limpios y que los polos están firmemente
unidos a ellos. La grasa para los polos ofrece protección contra la corrosión.
Consejos para la seguridad:
Cuando se usa un dispositivo para cargar la batería se deben retirar los
tapones a rosca y evitar las chispas o cuerpos incandescentes debido al
peligro de explosión por la formación de oxihidrógeno.
No permita que los niños se acerquen a las baterías.
Los ácidos de la batería son muy corrosivos, por ello se debe llevar gafas
y guantes protectores. No incline la batería porque los ácidos podrían
salir por las aperturas.
En caso de que salpique ácido a los ojos aclarar con abundante agua
fría, y acto seguido ir a un servicio de urgencias.