Ing electrica

Baterías.
Definiciones: Dispositivo electroquímico el cual almacena energía en forma química, pudiendo obtenerse de ella energía en forma eléctrica. Conversión IRREVERSIBLE de: Energía Química ==► Energía Eléctrica Baterías 1arias o pilas Conversión REVERSIBLE de: Energía Química ◄==► Energía Eléctrica Baterías 2arias Descripción Física Unidad básica de construcción: celda electroquímica
Placanegativa: ánodo. Placa positiva: cátodo. Medio: electrolito.

Las baterías se comercializan en dos formas posibles: Celda Monobloque Monobloque: conjunto de celdas elementales en serie y paralelo de forma de lograr tensión y energía deseada. Todas las celdas básicas comparten el electrolito y el recipiente. Ejemplo: batería automotriz.

Principio de Funcionamiento.

1. Descarga. Química===> Eléctrica. Para iniciar el proceso de descarga se debe cerrar el circuito por medio de una carga eléctrica. Durante este proceso la celda o batería se comporta como una fuente de tensión de valor aproximadamente constante que “impulsa” las cargas eléctricas a través del circuito eléctrico. El material del ánodo reacciona con el electrolito liberando electrones formando un material D. Proceso deoxidación. El material del cátodo reacciona con el electrolito ganando electrones, formando un material C. Proceso de reducción. Ánodo: bB – ne -----> dD Cátodo : aA+ne ------> cC

2. Carga Eléctrica ==> Química Para iniciar el proceso de carga se debe conectar en bornes de la celda o batería una fuente de corriente. El material C reacciona liberando electrones y formando el material Aconstituyente del Cátodo. El material D reacciona ganando electrones y formando el material B constituyente del Ánodo. cC – ne -----> aA dD+ne ------> bB Observaciones: En todo el proceso aparece una “impulsión” de la carga eléctrica cuya manifestación exterior es una fem (tensión) entre el ánodo y el cátodo que es una medida de cuanta energía se le suministra a cada coulomb de carga que pasa por lacelda. Fem = f(materiales placas y electrolito) Como elemento de segundo orden la fem también depende de la temperatura. Ejemplos: Celdas Pb – Ácido: fem de celda ≈ 2.2 V Celdas Ni – Cd: fem de celda ≈ 1.2 V

Características Físicas relevantes: • El material de las placas y el electrolito determinan el valor de la FEM. • La superficie de contacto (material activo) con el electrolito determinan lacapacidad de almacenar energía de la celda. • La densidad del electrolito influencia en la velocidad de reacción (altas corrientes ==> altas densidades) • La temperatura a la que se somete una celda o batería ejerce una importante influencia en la tensión de la fem y por tanto en la vida útil de la misma. Medida de la Capacidad de una celda para almacenar energía. Es conocido que: Energía Eléctrica= V. I. T (VAh) Dado un tipo particular de celda la tensión esta impuesta. Entonces: la unidad de medida para la energía almacenada (C) en una celda electroquímica es el Ah. Modelo eléctrico de Batería. En términos ideales las baterías deberían mantener el voltaje constante durante todo el proceso de descarga y caer abruptamente al finalizar el mismo. Esto no es así y en realidad la tensión variadurante el proceso de descarga. Entonces: E = f(estado de carga, temperatura, ciclos descarga) Para modelar tales efectos se introduce el concepto de resistencia interna:

Baterías PB-Ácido. Cátodo (+): Dióxido de Pb Ánodo (-): Plomo metálico Electrolito: Ácido sulfúrico con cierta densidad.

Batería Cargada

Batería Descargada

Proceso de descarga: La reacción produce H2O cayendo por lotanto la densidad del Electrolito. Proceso de carga: La reacción absorbe H2O y libera hidrógeno. Consecuencias: 1) Bancos de baterías generan hidrógeno: Peligro de explosión. Se deben instalar en un lugar con adecuada ventilación. 2) La medida de la densidad del electrolito da idea del estado de carga de la batería. Esta medida se puede hacer solo en baterías abiertas.

3) En baterías...