Caso Práctico 2 baterías de Pb(Sb)-ácido

Caso práctico 2                                                  APC                

Un sistema de almacenamiento formado por cuatro baterías de Pb(Sb)-ácido de 24 Ah cada una conectadas en paralelo, opera a una tensión media de descarga de 12 V. El sistema está conectado a un circuito de carga que alimenta tres dispositivos cuyas potencias son, respectivamente, 280 W, 230 W y 130 W, y que se conectan en el orden indicado, con un tiempo de operación cada uno de 1 hora. Se observa que, sistemáticamente, el último dispositivo deja de funcionar antes de la hora de operación. Diagnostique las causas y proponga la solución óptima al problema.

Objetivos

El objetivo de este caso práctico consiste en evaluar el motivo por el que nuestro sistema ha dejado de trabajar antes de lo estimado.

Metodología y Fundamentos

Para llevar a cabo nuestra evaluación tenemos que tener claro con que estamos trabajando, y cuáles son sus características.

Una batería o acumulador de carga, es un sistema termodinámico que transforma la energía química en eléctrica de manera casi reversible. Al ser un proceso químico, implica que durante su funcionamiento habrá una transferencia de carga (en este caso iones) entre los diferentes materiales a través del electrólito y de portadores de carga (electrones) por un circuito externo.

Que la transformación sea casi reversible indica que, durante los ciclos de carga y descarga, tenemos irreversibilidades, es decir, pérdidas, asociadas a reacciones secundarias que tienen lugar en nuestra batería, así como al bloqueo superficial de nuestros electrodos, cortando la evolución de las reacciones.

Por otro lado, para conocer la carga disponible en nuestra batería, necesitamos el llamado valor de capacidad, medido en Ah. Este valor se proporciona en la etiqueta de datos pegada a nuestra batería, y siempre está asociado a un determinado tiempo llamado tiempo de descarga.

La capacidad de un acumulador no es un valor fijo, sino que depende de las condiciones de operación, es decir de la intensidad de corriente durante la descarga. Cuanto mayor sea la intensidad de la descarga menor será la capacidad, y viceversa.

Diseño Experimental

Como se ha indicado en el enunciado, el sistema constará de cuatro baterías de 24Ah cada una conectadas en paralelo, las cuales operan a una tensión media de descarga de 12 V. Este sistema está conectado a un circuito de carga que alimenta a tres dispositivos cuyas potencias son, respectivamente, 280 W, 230 W y 130 W, y que se conectan en el orden indicado, con un tiempo de operación cada uno de 1 hora. El montaje experimental será el siguiente:

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Figura 1. Montaje experimental

Con este montaje experimental procederemos a evaluar los tres dispositivos de manera individual. La finalidad de hacerlo así es poder evaluar la curva de descarga de las baterías.

Resultados y Análisis incluyendo cálculos realizados

Con los datos aportados en el enunciado vamos a proceder a calcular en primer lugar la intensidad de descarga a partir del voltaje (V), que lo conocemos, y la potencia (W=A·V), que también la conocemos.

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Una vez calculadas las respectivas intensidades de descarga, se podrá proceder a calcular los tiempos de descarga correspondientes a cada intensidad:

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El motivo por el que se multiplica por 4 es debido a que tenemos 4 baterías en paralelo. Cuando conectamos baterías en paralelo el voltaje se mantiene, pero la capacidad se suma.

Estos tiempos de descarga se corresponderían al tiempo que tardaría la batería en descargarse en función de la potencia del dispositivo que estemos usando, sin embargo, sabemos que este dato no es correcto ya que la capacidad de la batería no es la nominal, es decir, los 24 Ah, si no que tendrá otro valor que debemos calcular.

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