Baterías aviación cap.1

Tecnología de las baterías

Definición y Clasificación

La batería es un dispositivo que almacena energía en forma electroquímica y es el más ampliamente usado para almacenar energía en una variedad de aplicaciones.

Una batería consta, en realidad, de varios elementos idénticos, siendo cada uno de estos elementos un acumulador. De ahí el nombre de batería de acumuladores, ya que batería significa reunión o conjunto de elementos de iguales características. Examinemos la batería de acumuladores.

Veamos ahora los elementos de que consta:

a) Una caja o recipiente general de la batería con tantos compartimentos interiores, idénticos entre sí, como número de elementos o acumulador tenga. De este modo, cada compartimento aloja conjunto de un acumulador y el recipiente general compone la batería o grupo de acumuladores. Este recipiente recibe el nombre de monobloc, denominándose así a los recipientes con varios compartimentos internos, destinados cada uno de ellos contener un elemento de acumulador.

En el fondo de estos recipientes hay unas nervaduras interiores que sobresalen de él y que cumplen una doble misión:

• 1º, servir de apoyo a las placas, para lo cual éstas tienen en su parte interior unos salientes u orejetas que, montados en posición, se apoyan sobre dichas nervaduras interiores del recipiente.
• 2º, crear en el fondo de recipiente un espacio libre para que puedan depositarse los sedimentos de la materia activa de la placas durante su funcionamiento, evitando así peligro de cortocircuito entre placas cuando la cantidad de material sedimentado sea considerable.

La caja o monobloc se construye de ebonita, goma dura, plástico adecuado o materiales análogos, que ofrezcan resistencia al ácido y sean consistentes.

b)           Placas positivas, cada una de las cuales está formada por una rejilla de plomo o de una aleación de plomo y antimonio, la cual es portadora de la materia activa positiva, consistente en peróxido de plomo, de característico color pardo-rojizo.

Cada placa positiva está intercalada entre dos negativas, de modo que las placas extremas de cada elemento son siempre negativas y, frecuentemente, tienen menos espesor que las demás placas negativas normales comprendidas entre cada dos positivas, ya que necesitan menor cantidad de materia activa al realizarse sus reacciones solamente por una cara (la que ofrece a la placa positiva adyacente).

El hecho de que cada placa positiva deba estar entre cada dos negativas obedece al motivo de que las reacciones sobre las placas positivas son más violentas, así como el desprendimiento de materia activa, por lo cual, si la reacción se realizara solamente en una de sus caras, la placa se deformaría por el desequilibrio entre dichas caras.

Resulta, pues, que cada elemento o acumulador de una batería tiene siempre una placa negativa más que positiva, es decir, el grupo de placas negativas tiene una placa más que el grupo de placas positivas, sumando en total, entre ambos grupos, un número impar de placas; de este modo, en un elemento que contenga 7 placas, 4 de ellas son negativas y 3 positivas. Lo mismo sucedería con un elemento de 13 placas, en que 7 son negativas y 6 positivas, e igualmente en cualquier elemento de batería, sea cual fuere su número total de placas.

c)            Placas negativas. Están formadas por una rejilla de características similares a las de la positiva. Estas rejillas negativas son portadoras de la materia activa negativa, consistente en plomo esponjoso, y se caracterizan por su color gris.

d)           Separadores. La misión del separador es impedir que exista contacto alguno entre las placas de polaridad opuesta (positiva y negativa) de un mismo elemento.

e)           Conectador de placas, puente o “peine”. Este elemento sirve de conexión para los grupos de placas (positivas o negativas), pues a él van soldadas con plomo las distintas placas de la misma polaridad que constituyen un elemento.

Parte integrante de este punto o “peine” es un pistón o vástago cilíndrico, que sobresale por uno de los agujeros extremos de la tapa del elemento (el vástago del peine positivo sobresale por el agujero de un extremo de la tapa y por el del otro extremo el del peine negativo). Estos vástagos son, pues, los terminales del elemento (bornes), que servirán para conectarlo en serie con los demás elementos del conjunto que forma la batería, excepto el vástago positivo del elemento de un extremo de la batería y el vástago negativo del elemento del otro extremo de la misma, los cuales constituyen los terminales o bornes de la batería descrita.

f)            Tapas de los elementos. Se construyen de material similar al de la caja de la batería y están destinadas a sellar, por su parte superior, cada uno de los compartimentos o vasos en que se han alojado los elementos o pares de grupos de placas. Estas tapas presentan tres orificios, destinados: los dos de los extremos, a dar salida a los vástagos de los peines para su posterior conexión con los elementos adyacentes, y el del centro, convenientemente roscado, para el llenado y rellenado del elemento, así como para control e inspección.

g)            Puentes de conexión entre elementos. Tienen la finalidad de unir en serie los elementos, cada uno con el siguiente. Son de plomo y se sueldan, también con plomo, a los vástagos de los peines, uniendo el negativo de un elemento con el positivo del contiguo, el negativo de éste con el positivo del siguiente, y de este modo todos los elementos de la batería, dejando aislados el positivo del elemento de un extremo y el negativo del elemento del otro extremo de la batería, los cuales constituyen los bornes de la batería, como hemos dicho.

h)           Tapones de llenado y salida de gases. Van roscados en la parte central de la tapa de cada elemento y desempeñan las dos misiones siguientes:

• 1.º          Quitándolos, dejan al descubierto la boca de llenado de cada elemento, a través del cual se vierte el electrólito cuando la batería es nueva y se le da la carga de formación, o el agua para compensar la evaporación y descomposición durante la carga en funcionamiento normal de la batería.
• 2.º          Sirven de respiraderos y de cámaras de decantación del electrólito, pues son huecos, impidiendo que innumerables gotitas de aquél sean arrastradas al exterior por el hidrógeno y el oxígeno desprendidos durante la carga. Para conseguir este fin se diseñan y construyen diversidad de tipos de tapones, aunque la mayoría de ellos son muy semejantes entre sí. Fundamentalmente son huecos, como hemos dicho, teniendo en su parte inferior (la que penetra en el orificio del elemento) uno o varios orificios y en la parte exterior otro orificio pequeño, suficiente para la salida de gases desprendidos durante el funcionamiento. De este modo, las gotitas de electrólito que puedan ser arrastradas por los gases desprendidos, al penetrar en la cavidad interior del tapón hueco, se condensan en su pared, volviendo a caer en el interior del elemento por su propio peso, mediante goteo.

Procede señalar que las baterías instaladas en aviones aptos para el vuelo invertido van dotadas de tapones especiales antiderramables, que consisten en lo siguiente: En el interior del tapón hueco se aloja un sencillo dispositivo que cierra una válvula obturadora del orificio interior del tapón cuando la batería se inclina un cierto número de grados, en cuyo momento el electrólito se derramaría por los orificios del tapón si no estuviera dotado de tal dispositivo. De este modo, cuando el avión se inclina demasiado respecto a la horizontal, o cuando realiza un vuelo invertido o una maniobra que lo requiera, el dispositivo antiderramable cie­rra automáticamente toda comunicación del ele­mento con el exterior, evitando el derramamiento de electrólito, y cuando de nuevo recobra la ho­rizontal normal, se abre otra vez, permitiendo la aireación.

El sistema más usado es alojar en el interior del tapón una pieza de plomo troncocónica que con la batería en posición normal se apoya sobre una base mayor. En el centro de dicha base se sujeta un tirante o bieleta que por su otro extremo está unida a la válvula, que, según los tipos, es cónica o plana. De este modo, cuando el tronco de cono pierde su estabilidad respecto a su base de apoyo y tiende a caer de costado, la bieleta tira de la válvula, cerrándola, y cuando recobra el tapón la posición vertical, vuelve el tronco de cono a su estabilidad sobre la base, abriendo de nuevo la válvula.

Estos tapones están provistos de una junta de goma resistente al ácido, sobre la rosca, de modo que convenientemente apretados aseguran una perfecta estanqueidad contra derramamientos por su rosca y asiento.

Con los elementos descritos, queda formada la batería, cada uno de cuyos vasos aloja un grupo de placas positivas y negativas interpuestas unas con otras y aisladas entre sí, por los separadores, como puede verse en la figura.

Existen dos tipos básicos de baterías:

•Batería primaria: su reacción electroquímica es irreversible, es decir, después de que la batería se ha descargado no puede volver a cargarse.

•Batería secundaria: su reacción electroquímica es reversible, es decir después de que la batería se ha descargado puede ser cargada inyectándole corriente continua desde una fuente externa. Su eficiencia en un ciclo de carga y descarga está entre el 70% y 80%.

Funcionamiento Básico

En general el funcionamiento de una batería, se basa en una celda electroquímica.

Las celdas electroquímicas tienen dos electrodos: El Ánodo y el Cátodo.

El ánodo se define como el electrodo en el que se lleva a cabo la oxidación y el cátodo donde se efectúa la reducción.

Los electrodos pueden ser de cualquier material que sea un conductor eléctrico, como metales, semiconductores.

Para completar el circuito eléctrico, las disoluciones se conectan mediante un conductor por el que pasan los cationes y aniones, conocido como puente de sal (o como puente salino).

Los cationes disueltos (K+) se mueven hacia el Cátodo y los aniones (Cl-) hacia el Ánodo para que las disoluciones de neutralicen.

La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo porque existe una diferencia de potencial eléctrico entre ambos electrolitos.

Tres características que definen una batería:

• La cantidad de energía que puede almacenar
• El número de Wh puede calcularse multiplicando el valor del voltaje nominal por el número de Ah.
• La máxima corriente que puede entregar (descarga). Se especifica como un número fraccionario, por ejemplo para C=200[Ah] una de tipo C/20=10A quiere decir que la batería puede entregar 10A por 20 horas.
• La profundidad de descarga que puede sostener.

Representa la cantidad de energía que puede extraerse de una batería. Este valor está dado en forma porcentual.

Para saber más: Sistema eléctrico del avión

Bibliografía:

Andres Restrepo