Evaluación de la respuesta operacional de acumuladores eléctricos. Sistema de carga variable

ALMACENAMIENTO Y PILAS DE COMBUSTIBLE                                                        Juan Die

MASTER EN ENERGIA

Informe Práctica 2:

Evaluación de la respuesta operacional de acumuladores eléctricos. Sistema de carga variable

Objetivo de esta práctica:

 El objetivo principal de esta práctica es observar el comportamiento del acumulador a lo largo de un tiempo de descarga frente a una carga variable. Para ello vamos a calcular la profundidad de descarga (DOD) determinando antes la carga que se descarga con distintas resistencias.

Realización Experimental:

En esta práctica vamos a estudiar el comportamiento que presenta un acumulador eléctrico frente a una carga variable. Esto lo haremos conectando el acumulador a diferentes resistencias durante un determinado periodo de tiempo, mientras medimos el voltaje y la intensidad durante la descarga.

Una vez tomados estos valores para las cuatro resistencias durante el tiempo establecido, ya tenemos todo lo necesario para realizar nuestros cálculos, normalizando antes la carga extraída a 30 minutos para poder comparar así la profundidad de descarga (DOD) entre los cuatro casos.

En la realización de esta práctica vamos a utilizar una batería de plomo-ácido con una capacidad nominal de 9 Ah y un tiempo de descarga de referencia de 20 horas.

A esta batería conectaremos, durante periodos de 5, 10, 15 y 30 minutos, cuatro resistencias diferentes que harán de carga variable y mediremos el voltaje en función del tiempo. Para caracterizar la batería.

El factor corrector de la capacidad se obtiene a partir de la siguiente expresión:

𝑓 = 0,6924(𝑡D)0,1701 

En donde 𝑡𝐷 representa el tiempo de descarga para una cierta intensidad de descarga 𝐼𝐷, y se expresa:

𝑡𝐷 = 𝐶𝑛 / 𝐼𝐷 

Con esto podemos calcular la capacidad real de la batería para esa intensidad de descarga, sabiendo que el factor de corrección nominal para nuestra batería es de

𝑓𝑛 = 1,152

 𝐶𝑟 = 𝐶𝑛 𝑓 / 𝑓𝑛 

Por último, podemos obtener la profundidad de descarga, utilizando el tiempo de descarga que hemos aplicado en cada caso, 𝑡𝑜𝑝:

𝐷𝑂𝐷 = 𝐼𝐷𝑡𝑜𝑝 / 𝐶𝑟 

También podemos calcular la carga restante en el dispositivo de la siguiente manera

 𝑆𝑂𝐶 = 1 − 𝐷OD

[pic 1]

Resultados Obtenidos:

Una vez explicada la forma en la que se realizan los cálculos a partir de los datos experimentales (ver anexo 1), se exponen, en las tablas 1 y 2, los resultados obtenidos:

Tabla 1: Valor experimental de la intensidad de descarga y los resultados obtenidos del tiempo de descarga, del factor de corrección de capacidad y de la capacidad real para cada descarga.

Tabla 2. Tiempo de operación experimental; tiempo de operación normalizado a 30 minutos; DOD o profundidad de descarga para el tiempo de operación original.

Podemos también obtener el porcentaje de capacidad que le queda a la batería después de haberse descargado para cada resistencia:

Tabla 3. SOC y SOC acumulado de la batería durante el proceso de descarga

A partir de estos resultados, se pueden extraer algunas conclusiones. Si se pone el foco sobre la capacidad real, Cr, se observa que, a mayor resistencia, esta va a ser mayor. Esto se debe a que la intensidad de descarga es inversamente proporcional a la resistencia y, cuanta menos intensidad de descarga, más carga va a ser capaz de entregarnos la batería, aunque se tarde más en vaciar por completo. Esto se puede entender también teniendo en cuenta que, como la capacidad nominal es de 9 Ah y el tiempo de referencia de 20 horas, la intensidad de descarga ideal será de 0,45 A. Es decir, cuanto más se acerque la intensidad a este valor, más carga podemos extraer de la batería, hasta el valor máximo de 9 Ah.

Si ahora se analizan los resultados de la profundidad de descarga o DOD, es necesario hacerlo fijándonos en la normalizada a 30 minutos. Se puede observar la tendencia ascendente que lleva según la resistencia va disminuyendo. Este es un resultado coherente, ya que, a menor resistencia, se trabaja con una intensidad mayor, lo que implica una mayor cantidad de cargas por segundo. Este hecho repercute en la profundidad de descarga de dos formas: la primera, como a menor intensidad se tiene una mayor capacidad real, el porcentaje de batería que se ha descargado en 30 minutos es menor, y, la segunda, que, en 30 minutos, se descarga más la batería a una intensidad alta que a una intensidad baja.

Conclusiones

La principal conclusión del estudio debe ser que, si queremos aprovechar al máximo la capacidad de una batería, debemos hacerlo a una intensidad baja, aunque esto implique que tarde más tiempo en alcanzar el 100% de carga y, al contrario, si queremos cargar una batería al 100% rápidamente, sabemos que nos va a dar una cantidad de energía más limitada. Aquí es donde comienzan las dudas entre si se requiere una mayor capacidad, lo que nos dará más autonomía, o un tiempo de carga menor, lo que acortará su tiempo de uso.

Tabla 1: Datos experimentales

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