Curso básico De Manejo De Sustancias Quimicas

1. Batería

1.1 Principio de la batería

La batería es un dispositivo electroquímico que convierte la energía química en energía eléctrica a través de operaciones químicas de la electricidad. Se clasifica en celdas primarias y celdas secundarias.

1.1.1 Celda Primaria

Cuando una placa de cobre y una placa de zinc son colocadas en una solución de ácido sulfúrico diluido, el zinc será derretido por el sulfuro para convertirse en un ión de zinc (Zn++) teniendo electricidad positiva (+), por lo tanto, la carga eléctrica negativa (-) será coleccionada en la placa de zinc. El ión de hidrógeno (H+) se moverá a la placa de cobre al ser rechazado por el ión de zinc. Por lo tanto, el ión de hidrógeno será la carga positiva (+) en la placa de cobre, de este modo la placa de cobre tendrá carga positiva. Como resultado, se producirá una diferencia de voltaje entre la placa de zinc y la placa de cobre.

Al conectar una carga externa (resistor) entre la placa de cobre y la placa de zinc, una corriente eléctrica fluirá desde la placa de cobre hacia la placa de zinc a través de la carga externa. Usando este mecanismo, la energía química será convertida en energía eléctrica. Para la celda primaria, después de haberse descargado una vez, es imposible que sea recargada de nuevo.

Fig. 1-1. Principio de la Celda Primaria

1.1.2 La Celda Secundaria

Este tipo recibe el nombre de batería de almacenamiento. Puede recuperar la función de batería recargándola después de haberse descargado. En los vehículos, esta celda secundaria es la más usada. Cuando las cargas eléctricas son conectadas a los terminales de la batería, se producirá un voltaje por la reacción química entre las placas de electrodos y el electrolito de la batería.

La batería de almacenamiento, es la batería ácida de plomo en la cual el ácido sulfúrico diluido es usado para el electrolito, el peroxido de plomo es usado por la placa positiva (ánodo) y el plomo puro es usado por la placa negativa (cátodo).

Fig. 1-2 Principio de la Batería de Plomo-Acido

1.2. Objetivo de la Batería

La batería puede hacer la energía eléctrica desde la energía química en los materiales usados por las placas de electrodos y el electrolito (esto se llama la descarga). Puede también almacenar la energía eléctrica como energía química (esto se llama la carga). Los requisitos para la batería son los siguientes

• Debe ser pequeña de tamaño, liviana y debería durar por mucho tiempo.

• Debería resistir las condiciones de vibración fuerte y fácil de usar.

• Debería tener gran capacidad y debe ser de costo económico.

Las funciones de la batería para el vehículo deben satisfacer las siguientes condiciones

• Debe cubrir la capacidad de carga eléctrica de los dispositivos de operación.

• Cuando el alternador funciona mal, la batería debería usarse como fuente eléctrica durante el funcionamiento de los vehículos.

• Debería controlar el balance entre la salida del alternador y la carga de acuerdo al estado de funcionamiento.

Sin embargo, la batería no es la fuente principal de los dispositivos eléctricos de los vehículos. Sólo tiene un rol auxiliar cuando el motor es arrancado y cuando la salida eléctrica del alternador es menor que la salida de la batería. Por lo tanto, el rol más importante de la batería es arrancar el motor en condiciones optimizadas.

1.3 Los tipos de batería

La batería usad en la mayoría de los autos es la celda secundaria (batería de almacenamiento o batería galvánica) posible de ser cargada y descargada de las cuales se pueden mencionar

1.3.1 La Batería Acida de Plomo

Este tipo de batería está formada por peróxido de plomo (PbO2) como la placa del electrodo positivo (+) (ánodo), el plomo de descarga (Pb) como la placa (cátodo) del electrodo negativo y el ácido sulfúrico diluido (H2SO4) como el electrolito. Las ventajas y desventajas de esta, son las siguientes:

(1) Las ventajas de la batería ácida de plomo

• Es menos peligrosa que otros tipos porque la reacción química de ella se produce con temperatura ambiente.

• Tiene alta confiabilidad y bajo costo.

(2) Las desventajas de la batería ácida de plomo

• La densidad de la energía es de alrededor de 40Wh/kgf, más baja que las otras.

• Tiene corta duración y el tiempo de carga es mayor que en otras.

1.3.2 La Batería Alcalina (Batería Ni-Cd)

En la batería alcalina, hay una batería de Ni-Fe y una batería de Ni-Cd. El bi níquel hidróxido [2NiO(OH)] y hierro (Fe) son usados en la batería Ni-Fe y el bi níquel hidróxido [2NiO(OH)] y el Cadmio (Cd) son usados en la batería Ni-Cd como placa anódica (+) y placa catódica (-) respectivamente. El hidróxido de potasio (KOH) es usado por el electrolito. El electrolito es solamente usado para mover los electrones y no usados en la reacción química para cargar y descargar, de manera que la gravedad específica casi no cambiará. El cuerpo está hecho de una hoja de acero cubierta con níquel o plástico.

El voltaje medido es alrededor de 1.2V por celda, y el voltaje en estado de carga es de 1.35V por celda. El voltaje disminuirá hasta 1.1V en la operación de descarga. Las ventajas y desventajas de la batería alcalina son las siguientes:

(1) Las ventajas de la batería alcalina

• Puede resistir las condiciones de trabajo difíciles tales como sobrecarga, sobre descarga y larga duración.

• Tiene buen rendimiento en relación de descarga alta

• Tiene una gran densidad de salida.

• Tiene larga duración (10~20 años).

• Tiene corto tiempo de carga.

(2) Las desventajas de la batería alcalina

• Tiene baja densidad de energía, alrededor de 25~35 Wh/kgf.

• El costo del metal usado por el electrodo es muy caro.

• Es difícil suministrar como producto en masa.

1.4 Estructura de la batería de plomo-ácido y operación de carga y descarga

1.4.1 Estructura de la batería de plomo-ácido

La composición básica de la batería de plomo-ácido son dos tipos de electrodos de metal que tienen características diferentes de ionización y el electrolito en la caja. Hay una diferencia de voltaje eléctrico entre el ánodo (+) y el cátodo (-). Como se muestra en la Fig. 1-3, cuando una carga eléctrica es conectada entre estos electrodos, la corriente eléctrica fluirá desde el electrodo (+) que tienen un valor de voltaje más alto hacia el electrodo (-) que tiene voltaje eléctrico más bajo

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