Comportamiento entre cargador y bateria.

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Comportamiento entre cargador y bateria.

Mensaje  Rebollin el Vie Nov 21, 2008 1:52 am

Explicación aportada por nuestro compañero arcachofo y que expongo en este tema por considerarlo muy interesante y didactico para entender mejor las relaciones entre cargadores (o generadores electricos)y los acumuladores (o baterías).

Hola a todos...
Solo aclarar algunas cosas sobre la capacidad del generador respecto a la batería:
Respecto a la tensión que tiene que proporcionar el generador depende de varias cosas, primero aclarar que la batería tiene un límite de corriente máxima que depende del tipo, capacidad y nivel de carga de la batería, normalmente se usa la tensión máxima como referencia ya que la tensión en los bornes sube proporcionalmente a la corriente que está entrando,...

Por ejemplo supongamos una batería de plomo-acido 12V/100AH (AmperiosxHora) en reposo con un voltímetro conectado que nos mide 12 V... lo que nos indica que tiene muy poca carga, quizás un 20% (a plena carga nos marcaría unos 12,8 V) osea unos 20 AH.

Entonces le conecto un generador que inyecta pongámosle 10A, la tensión va a subir rapidamente a pongamosle 12.5 V.

Ahora desconecto el generador... la tensión va a bajar rapidamente otra vez a 12 V, ya que solo ha estado unos segundos conectado, la cantidad de energía que ha entrado a la batería es muy poca.

Conecto un generador que entrega 20 A... la tensión va a subir rapidamente pongámosle a unos 13 V,... lo dejamos conectado y vemos que la tensión va subiendo lentamente, de manera que después de dos horas el voltímetro marca quizas unos 14 V.

Entonces desconecto el generador y veo que la tensión baja rapidamente hasta estabilizarse en 12.5 V... lo que nos indica que ahora la batería tiene más carga, concretamente han entrado 20 A x 2 Horas, osea 40 AH, con lo que ahora contiene 60 AH de carga... un 60%.

Ahora conecto una serie de bombillas que consumen en total 10 A... veo que la tensión baja rapidamente a unos 12 V... las desconecto y la tensión vuelve rapidamente a los 12.5 V... las vuelvo a conectar y vuelve a los 12 V... las dejo conectadas y veo que la tensión baja lentamente de manera que a las 3 horas marca unos 11.5 V, las desconecto y la tensión sube rapidamente hasta estabilizarse en unos 12.2 V... la tensión en reposo ha vuelto a bajar, lo que nos indica que ha vuelto a disminuir la carga pero no tanto como al principio, concretamente hemos gastado 10 A x 3Horas = 30 AH, con lo que ahora tiene unos 30 AH de carga.

Ahora voy a lo bestia y conecto un generador que proporciona 200 A... la tensión sube rapidamente.. hasta los 18 V !!!!!... el agua de la batería empieza a "hervir" debido a la electrolisis, osea está produciendo hidrógeno y oxígeno, eso parece una olla express, trozos del material de las placas empiezan a romperse, la temperatura sube y las placas empiezan a deformarse, el fondo de la batería se llena de trozos de sulfato de plomo y plomo poroso desprendido... esto hace que pase todavía más corriente, se produce un cortocircuito, se funde más plomo, la presión sube... y.... vamos a dejarlo en que lo desconectamos ahí y nos quedamos con una batería inservible.

Al final lo realmente importante es no sobrepasar la tensión máxima, en este caso de unos 14.5 V, (aunque hay baterías que tienen otras características y necesitan cargas a ritmo muy lento), este punto de llegar a los 14.5 V depende del nivel de carga de la batería... si está muy vacía necesita más Amperios para llegar y si está muy llena con muy pocos A llega a la tensión máxima.

Como referencia el generador no debe ser mayor en Amperios a la capacidad de la batería en AH, pero normalmente en sistemas solares o eólicos la capacidad de baterías es mucho mayor que la capacidad máxima de generación... tanto como 50 veces.

La tensión del generador puede ser mucho mayor que la de batería, por ejemplo las placas solares se suelen hacer de más de 20 V para sistemas a 12 V, sin embargo algunos generadores producen tensiones solo un par de voltios mayores que la batería.
Esto es debido a la resistencia interna del generador, para explicarlo voy a poner dos ejemplos de generadores que entregan la misma potencia pero con resistencias internas distintas:

Generador A:
- Tensión de salida a circuito abierto = 27 V (sin conectar a nada)
- Resistencia interna: 3.5 Ohm

Al conectarlo a una batería de 12 V las tensiones se estabilizan en 13 V, podríamos saber la corriente que está entrando con este cálculo:

- Caida de tensión en el generador = 27 - 13 = 14 V

Corriente que pasa por el generador y por tanto por la batería ya que están en serie:

I = V / R ---> I = 14 / 3.5 ---> I = 4 A

Potencia que está entrando a las baterías:

P = V x I ---> P = 13 x 4 ---> P = 52 W

Potencia que se está disipando dentro del generador en forma de calor:

P = V x I ---> P = 14 x 4 ---> P = 56 W

Potencia total generada, por tanto potencia mecánica que debemos aplicar al generador:

P = V x I ---> P = 27 x 4 ---> P = 108 W ( = 52 + 56 )



Generador B:
- Tensión de salida a circuito abierto = 15 V (sin conectar a nada)
- Resistencia interna: 0.5 Ohm

- Caida de tensión en el generador = 15 - 13 = 2 V

Intensidad de corriente en el circuito:

I = V / R ---> I = 2 / 0.5 ---> I = 4 A

Potencia que está entrando a las baterías:

P = V x I ---> P = 13 x 4 ---> P = 52 W

Potencia que se está disipando dentro del generador en forma de calor:

P = V x I ---> P = 2 x 4 ---> P = 8 W

Potencia total generada, por tanto potencia mecánica que debemos aplicar al generador:

P = V x I ---> P = 15 x 4 ---> P = 60 W ( = 52 + 8 )

Como vemos los dos generadores entregan 52 W (4A) a las baterías con distintas tensiones a circuito abierto, la diferencia es que el que tiene menor resistencia interna es mucho más eficiente que el otro, esto se traduce en que necesita menor "empuje" para aportar la misma cantidad de energía eléctrica a las baterías....

Al final siempre me enrollo más de lo que pensaba,... espero que se haya entendido, cualquier duda no hay más que preguntar.

Saludos.
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Re: Comportamiento entre cargador y bateria.

Mensaje  ramirotorres el Mar Nov 25, 2008 5:31 pm

La verdad, excelente. Un placer leer tus explicaciones, y se nota una claridad de conceptos admirable.

Hago una pregunta acá, pero si lo consideran pertinente muévanla.

He leído que los autos eléctricos usan capacitores o condensadores (no se si son lo mismo) para almacenar la energía generada por el freno regenerativo (usan el motor como alternador al momento de frenar para recuperar parte de la energía). La explicacion de por qué usan capacitores es que las baterías no se cargan bien con grandes corrientes de corta duración (creo que eso va de acuerdo a lo que explicaste mas arriba), y con ellos pueden ir "administrándola" para cargar las baterías de la manera mas eficiente posible. Ahora mis preguntas (creo que ya he demostrado no saber NADA de electrónica, asique puedo estar proponiendo barbaridades):

1-Este sistema no puede ser útil para otros sistemas en el que momentáneamente se genere demasiada energía?
2-La energía en los capacitores, se almacena de manera química como en las baterías o es otro fenómeno?
3-Si no es químico, no conviene usar esa energía directamente en el motor (o lo que sea), en vez de cargar baterias que siginifica convertirla en quimica, para despues volver a convertirla en eléctrica, y posteriormente en mecánica?
4-La energía de un capacitor se puede almacenar indefinidamente?

Bueno, tengo algunas mas pero no quiero abusar, aunque creo que ya lo hice.

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Re: Comportamiento entre cargador y bateria.

Mensaje  Rebollin el Mar Nov 25, 2008 6:49 pm

La pregunta de si se usan capacitores (prefiero llamarlos condensadores que me es mas cotidiano) en la recuperación de energía en las frenadas en algunos modelos de coches, tengo entendido que si. El motivo, como bién has dicho, es la velocidad de carga y descarga de estos frente a las baterías, (se recargan en las frenadas y se descargan en los arranques del vehiculo).

El motivo de por qué no se usan condensadores en lugar de baterías para el motor, es por lo que bién preguntas, se van descargando solos aunque no tengan nada conectado, otro motivo es la capacidad de almacenamiento por volumen y peso de estos frente a las baterías.

La forma de acumular electricidad en los condensadores es mediante dos láminas separadas entre si por un dielectrico (o aislante) de muy poco espesor, lo que hace que entre ambas placas se acumule la energía electrica por atracción creandose la diferencia de potencial o voltaje entre ambas láminas. La capacidad de amperaje que puede almacenar, está en ralación directa con su tamaño, midiendose en faradios que resulta ser una medida muy grande por lo que se mide en sus derivadas mas pequeñas de mili, micro, nano, pico (faradios).

No sé donde, no hace mucho, leí una noticia de que estaban estudiando unos nuevos condensadores que no se descargaban y que servirian muy bien para autos eléctricos aunque creo que aún tenian problemas de tamaño o peso.
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Re: Comportamiento entre cargador y bateria.

Mensaje  ramirotorres el Miér Nov 26, 2008 12:47 am

Tenes idea de que características tiene el ciclo de carga de los condensadores?

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Re: Comportamiento entre cargador y bateria.

Mensaje  arcachofo el Miér Nov 26, 2008 12:03 pm

Pues los condensadores se cargan muy rápido, casi instantaneamente... lógicamente tardan un tiempo, pero es muy corto, por ejemplo un condensador de 1000 uF (microfaradios) a traves de una resistencia de 1 Ohm tarda una milésima de segundo en cargarse ; claro que 1000 uf es una cantidad de electricidad muy pequeña (a bajas tensiones), aún así si cargaras 1000 condensadores de estos en paralelo tardarían 1 S en cargarse... aunque tendría que ver a cuantos AH corresponden en realidad.

La carga se produce en una escala logarítmica (o algo por el estilo), es decir en el primer momento se comporta como si tubiera resistencia 0 y entra un montón de corriente y a medida que sube el voltaje la resistencia interna del condensador va aumentando y va pasando cada vez menos corriente.

Otra característica de los condensadores es que a diferencia de las baterías pueden almacenar carga eléctrica a cualquier voltaje (siempre por debajo de su máximo) y se pueden descargar hasta 0 si hace falta, osea que también puede almacenar energía por tensión, lo que lo hace mucho más versatil que las baterías.

Su principal problema es su tamaño y sobre todo que la carga no dura mucho tiempo, por eso es util para almacenar ciertas cantidades de energía durante cortos periodos de tiempo, pero no como para almacenar grandes cantidades durante largos periodos.
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Re: Comportamiento entre cargador y bateria.

Mensaje  arcachofo el Lun Dic 01, 2008 5:52 am

Bueno.. ya encontré la equivalencia entre Faradio y AH... conclusión: 1 Faradio no es casi nada...
aquí esta explicado: http://www.electronica-basica.com/que-es-un-capacitador.html

Resumiendo: 1 AH=3600 F ... una típica pila recargable de 2800 mAH = 2.8 AH = 10080 F

Esto serían 10080 condensadores de 1F , el mayor que yo he visto es de 4700 uF = 0.0047 F, aunque sé que existen condensadores de varios Faradios y seguramente de mucho más, pero los condensadores se suelen usar en electrónica para almacenar pequeñísimas cantidades de energía que estabilicen la alimentación por ejemplo, o también precisamente para producir "retardos", ya que el tiempo que tardan en cargarse es bastante exacto... y para otras cosas, pero eso no biene a cuento; entonces los valores utilizados no suelen pasar de 1000 uF (microfaradios).

Al final todo son medidas "compatibles", osea, un condensador de 1 F, a traves de 1 Ohm, tarda 1 S en cargarse a 1 V , pasando una corriente (media) de 1 A, lo que supone una carga de 1 AS (Amperio x Segundo) o lo que es lo mismo 1 C (Culombio). Esto creo que es lo que se llama "medidas internacionales".
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