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A fin de poder comprender el funcionamiento del Protector de batería plomo ácido, debemos primero entender el funcionamiento de una batería de plomo ácido. Para explicarlo de la forma más sencilla y breve trataremos de utilizar un mínimo de formulas y términos especializados, aunque es obviamente imposible explicar totalmente lo dicho anteriormente sin entrar brevemente en el campo científico.

Las baterías (o acumuladores) de plomo ácido son una de las celdas de almacenamiento electroquimicas más antiguas. Desde su desarrollo por el científico Francés Gaston Plante en 1851, su nivel de densidad energética y características de carga/descarga han ido mejorándose apreciablemente, sin embargo hoy en día los elementos de las baterías modernas aun siguen siendo los mismos. Estas se encuentran disponibles en una gran variedad de tamaños desde 1-1000 Amperios-Hora (capacidad de la batería) y son por lo general la alternativa mas económica para la mayoría de las aplicaciones en comparación con cualquier otro tipo de acumulador, de ahí su popularidad y amplio uso. Existen básicamente tres tipos, siendo los más comunes existentes: los Flooded (Celdas Inundadas), AGM (Absorbed Glass Mat = Fibra de Vidrio Absorbida) y Gel, y a estos últimos dos generalmente también se les conoce como baterías selladas o VRLA (Valve Regulated Lead Acid = Plomo Acido Regulada con Válvula).

Las baterías de plomo ácido son utilizadas extensamente para almacenamiento de energía, sistemas de respaldo de energía, vehículos y maquinaria de tracción eléctrica, así como para arranque de motores de combustión. Debido a su precio y confiabilidad, las baterías de plomo ácido (y en particular las VRLA) son actualmente consideradas el tipo de acumulador de energía de preferencia, especialmente en el campo de vehículos eléctricos en donde la tecnología de batería esta experimentando un desarrollo considerable. Aun a pesar de esto, las baterías de plomo ácido aun exhiben desventajas como una baja densidad de energía, requieren de un alto grado de mantenimiento para funcionar de forma confiable, y su proceso de recarga es lento.

Para entender ambos procesos de carga y descarga que ocurren normalmente en una batería de plomo ácido, estos se pueden representar por medio de la siguiente formula que explica las dos reacciones básicas:

Puesto en palabras, esta formula significa que durante el proceso de descarga de la reacción tanto el material de la placa positiva (dióxido de plomo, o PbO2) y el plomo (Pb) de la placa negativa reaccionan con el ácido sulfúrico (H2SO4) para crear sulfato de plomo (2PbSO4), agua (H2O), y por supuesto la energía que se libera durante la descarga de la batería. El sulfato de plomo que se forma queda mayormente disuelto en el agua que se forma, sin embargo una porción siempre tiende a depositarse sobre las placas de la batería en forma de pequeños cristales. Es de hacer notar también que la producción de agua de esta reacción implica una disolución del ácido sulfúrico, lo cual hace que la batería sea mas propensa a congelamiento cuando se encuentra expuesta a bajas temperaturas y en estado de descarga.

Durante el proceso de carga la reacción se reversa: el sulfato de plomo y el agua son nuevamente convertidos electroquimicamente en ácido sulfúrico (los cristales de sulfato se disuelven en el agua), lo cual libera a su vez el plomo y el oxido de plomo, que retornan a sus respectivas placas. Esta reacción sucede gracias a una fuente de energía (carga) externa que se aplica a la batería.

Nota: el proceso de sulfatación a que se menciona se refiere siempre al efecto sobre las placas de la celda que están inmersas en el electrolito (ácido sulfúrico), y no debe confundirse nunca con el oxido de color blanco o azulado que a veces se aprecia sobre los bornes de la batería ya que esto sucede cuando el ácido entra en contacto con los mismos ya sea por una fuga de la caja de la batería, o un tapón de celda con sello defectuoso, etc. Sus causas y soluciones son muy distintas a las de la sulfatación de las placas, por lo tanto es un tema muy distinto al que nos concierne en este caso.

Lo anteriormente descrito es la forma en que las reacciones se dan normalmente cuando la batería está nueva y sus placas aun están «limpias». Existen varios factores que son gradualmente degenerativos que entran a jugar un papel determinante a medida que la batería se va utilizando, y que tienen influencias determinantes sobre la reducción de capacidad, o incluso la destrucción irreversible de la batería. Estos factores son: exceso de temperatura, vibración mecánica, desgaste/agotamiento del material de las placas, y por ultimo la sulfatación de las mismas. De estos cuatro factores, el proceso de sulfatación es prácticamente el único que es reversible, y donde los beneficios del Protector de batería plomo ácido son determinantes, ya que según la información técnica proporcionada por la asociación de fabricantes de acumuladores de plomo ácido de los EEUU, ocho (8) de cada diez (10) baterías de plomo ácido en uso se dañan debido a sulfatación de sus placas. En otras palabras, prácticamente el 80% de las baterías que se descartan por falta de capacidad debido a la reducción del área útil de las placas debido a sulfatación pueden haberse salvado, y su vida extendido con el uso temprano del Protector de batería plomo ácido. Incluso un buen porcentaje de las baterías ya afectadas muy probablemente se pueden recuperar en un tiempo prudencial aplicándoles un Protector de batería plomo ácido.

La sulfatación de la batería es el mayor problema cuando se usan baterías de plomo ácido con electrolito líquido. El proceso de descarga debido al uso normal forma un depósito de sulfato de plomo en ambas placas. Normalmente, este depósito está constituido por pequeños cristales, que se descomponen fácilmente durante el proceso de recarga, disolviéndose en el electrolito. Sin embargo si el balance energético no puede ser alcanzado para la mayoría del tiempo que el sistema permanece activo, el depósito de sulfato de plomo comienza a crecer en espesor. La corriente de carga no consigue desprenderlo totalmente, reduciéndose la superficie activa de las placas, lo que acorta rápidamente la vida útil del acumulador. Este mecanismo toma lugar, asimismo, en baterías que permanecen en depósito por largo tiempo, sin ser recargadas. La posibilidad de sulfatación de las placas se incrementa, si la carga extraída de la batería no se repone en un periodo de tiempo corto por medio de una carga, y también se acelera cuando la temperatura del electrolito se eleva.

A continuación se presentan tres estados de la placa de una batería en donde se muestra claramente el estado inicial de la batería nueva, así como el efecto de la sulfatación avanzada. Por ultimo se presenta el estado de recuperación de una batería después de haber sido tratada por un periodo de tiempo con el Protector de batería plomo ácido.

La placa de plomo de una batería se fabrica de manera que presente la mayor área posible de superficie a fin de maximizar el contacto y reacción con el electrolito (el ácido). Debido a esto las placas son por naturaleza altamente porosas (ver foto a la izquierda). Cuando la batería se descarga, ya sea por uso normal al suplir corriente para su aplicación, o durante periodos de desuso, se forman pequeños cristales de sulfato sobre las placas de plomo. El sulfato es un producto normal de la reacción química entre las placas de plomo y el electrolito. La mayor parte del sulfato se vuelve a disolver en el electrolito cuando la batería es recargada, sin embargo siempre hay un leve residuo que se mantiene sobre las placas, y con el pasar del tiempo, después de muchos ciclos de carga y descarga, los residuos de sulfato tienden a acumularse e incrementar el grosor y densidad de la capa acumulada. Este residuo sofoca la batería, la hace difícil de cargar, e imposibilita que la misma pueda entregar la corriente especificada. La razón es que los cristales de sulfato actúan como aislantes, y efectivamente van poco a poco reduciendo el área útil de la placa de plomo que puede ser expuesta a la reacción con el electrolito.

En la imagen de la derecha se puede detallar una placa que ya esta casi completamente cubierta por cristales de sulfato. Esta batería solo podría de entregar una fracción de su capacidad de corriente, y debería ser reemplazada. El problema es que en una batería típica de plomo ácido, las placas de plomo en sus celdas desean ser ejercitadas. Esto es, que idealmente desean ser recargadas completamente y en el menor tiempo posible después que fueron descargadas, aunque la descarga solo hay sido parcial. Si en cambio no se repone inmediatamente y en su totalidad la carga utilizada, o se les deja sin uso en estado de carga parcial, el ácido lentamente creara una capa de sulfato que eventualmente causara que la batería se vuelva «débil» debido a la progresiva reducción de área útil en las placas que puede mantenerse en contacto con el ácido. Esta debilidad se deriva directamente de el sulfato de plomo es un aislante bastante efectivo, y a medida que la película de sulfato se va incrementando a través del paso de semanas o meses de in desuso, la resistencia interna de la batería va aumentando cada vez mas. Finalmente esta resistencia aumentara al punto donde la mayoría del voltaje de la batería se perderá debido a la resistencia interna y muy poco llegara al punto donde se requiere utilizar, por ejemplo el motor de arranque de un automóvil.

Un factor que también contribuye a la destrucción prematura de la batería son los métodos de carga convencionales. La sulfatación al inhibir la capacidad de la batería de recibir y entregar corriente acelera el proceso de destrucción ya que al ser cargada una batería sulfatada, esta se calienta, lo cual incrementa la perdida de agua, que es parte esencial de la mezcla de electrolito. La perdida de agua trae como causa que el sulfato se redeposite sobre las placas en forma de partículas duras y quebradizas. Esto trae como consecuencia la distorsión de la celda, cortos circuitos internos entre los elementos de la celda, y eventualmente daños mecánicos. Los problemas de carga son especialmente aparentes en maquinaria y vehículos industriales eléctricos debido a que se ven sometidos a frecuentes ciclos de carga diarios. Muchos sistemas de carga tienen limitaciones debido a que sus algoritmos son fijos y no toman en cuenta el problema de la sulfatación. Incluso los cargadores «inteligentes» por etapas trabajan de una forma que las baterías son desgastadas prematuramente debido a la acumulación de depósitos de sulfato.

En esta ultima fotografía de la izquierda se puede apreciar la superficie de una placa de batería que ha mantenido conectada al Protector de batería plomo ácido por un tiempo extendido desde que se determino que la misma sufría de degeneración por acumulación de sulfato. Se puede ver que los cristales de sulfato han sido sustancialmente eliminados, y se ha logrado además restituir la capacidad de la batería ya que la mayor parte de la superficie de la placa nuevamente esta disponible para generar electricidad. Además se ha logrado mantenerla en buen estado ya que se impide la nueva acumulación de nuevos depósitos. Se ha comprobado que el Protector de batería plomo ácido permite recuperar la capacidad incluso de baterías con depósitos muy pronunciados de sulfato devolviéndoles en muchos casos incluso su máxima capacidad. En los casos que el Protector de batería plomo ácido se conecta tempranamente al ciclo de vida de una batería nueva, esta se mantendrá en condiciones optimas de funcionamiento año tras año ya que será constantemente acondicionada por medio de la prevención de la formación de cristales de sulfato en la superficie de las placas y maximizar el área útil en la estructura de las placas. De esta forma también se minimizan factores como la distorsión de las celdas, o daños y cortocircuitos internos.

La técnica de pulso electrico resonante compuesto es una logración de la investigación de Daceen, es una técnica más avanzada en el ambito internacional en la desulfatación online y offline. Sabemos que las frecuencias de resonancia de los cristales sulfatos y las pacas son diferentes, seleccionamos la mejor frecuencia de pulsos y intensidad de la corriente de pulso, con nuestra técnica, los pulsos inteligentes romperán la union de los cristales, y disuelven de nuevo en la solución de electrólitos. Garantizan que no daña a las placas, tener una recuperación perfecta.

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