Batería y Batería Electrónica: ¿Qué es un Batería, Cargador, Clases, Tipos

Una pila o batería eléctrica es un dispositivo que genera energía eléctrica mediante un procedimiento electroquímico.

Es necesario distinguir entre baterías recargables (acumuladores) y pilas o baterías desechables. La diferencia fundamental entre ambos tipos está en que las baterías recargables permiten revertir la reacción química en la que está basado su funcionamiento, mientras que las desechables no.

¿Qué es un Batería?

pilas alcalinas

Una pila seca, también llamada pila de celda seca, es uno de los tipos de pilas electroquímicasmás utilizadas para suministrar energía eléctrica a diferentes dispositivos sin necesidad de que se conecten a la red eléctrica. Las pilas AAA, AA, las pilas de botón, pilas de 9 voltios o de petaca, etc, todas ellas son pilas secas. También se puede llamar batería seca si bien el término batería es específico para denominar un conjunto de celdas electroquímicas unidas en serie y las pilas sólo disponen de un celda. Las baterías suelen emplearse en dispositivos con un alto consumo eléctrico dónde las pilas se quedan cortas.

Las pilas secas se caracterizan y se diferencia de otros tipos de pilas y baterías en que loselectrolitos, cuya reacción genera la corriente eléctrica que suministra la pila, se incorporan en polvo o en una pasta de bajo contenido en líquido. Por el contrario, las pilas de celdas húmedas tienen los electrolitos contenidos en un líquido.

Composición y estructura

Todas las pilas secas tienen unos componentes básicos. En el centro hay una barra llamada cátodoque normalmente está fabricada de carbono. Esta barra está recubierta de una pasta acuosa de electrolitos. Esta pasta puede estar fabricada con diferentes productos químicos, como NH4Cl (cloruro de amonio) o MnO2 (dióxido de manganeso), dependiendo del tipo de pila (alcalina, zinc-carbono, etc). A continuación de la pasta de electrolitos hay una capa de papel, cartón o material sintético que separa la capa más externa, un cilindro metálico llamado ánodo, fabricado normalmente de zinc.

Tipos

Los tipos de pilas secas más comunes son la pila de zinc-carbono y la pila alcalina. La pila de zinc-carbono es más barata pero de menor duración que la pila alcalina. Un tipo menos popular de pila y muy poco usada hoy en día es la pila de cátodo de plata.

  • Pila zinc-carbono: el cátodo es una varilla de carbono, le rodea una mezcla compactada de carbono y óxido de manganeso (MnO2). Esta mezcla está rodeada de una capa de papel que la separa del ánodo situado en la capa más externa. El ánodo es una carcasa de zinc que contiene una pasta acuosa de cloruro de amonio (NH4Cl) y cloruro de zinc (ZnCl2).

  • Pila alcalina: la mezcla del cátodo está formada por óxido de manganeso y carbono y en el ánodo hay una dispersión de polvo de zinc en un gel que contiene hidróxido de potasio. No se ha conseguido fabricar pilas alcalinas recargables.

Las pilas de níquel-cadmio (Ni-Cd), las pilas níquel e hidruro metálico (Ni-MH) y las pilas de ion litio (Li-Ion) son pilas secas recargables. Las pilas de ion litio se han popularizado en forma de baterías en gadgets y tecnología personal, como los teléfonos móviles, debido a su alto rendimiento, bajo efecto memoria (se pueden recargar muchas veces sin que pierdan eficacia), poco peso y poco tamaño. Las pilas Ni-Cd y Ni-MH se han popularizado en sustitución de las pilas AAA y AA cuándo se desea una fuente recargable; las pilas Ni-MH ofrecen muchas ventajas sobre las pilas Ni-Cd como el menor coste, mayor capacidad de carga, menor efecto memoria y menor contaminación pero tiene una tasa de autodescarga más elevada que las pilas Ni-Cd (alrededor del 30%).

¿Cómo funcionan?

El ánodo de una pila seca tiene dos terminales, uno es el polo positivo y otro el polo negativo. Cuándo una carga se conecta a los terminales de la pila tiene lugar una reacción química entre los electrolitos del ánodo y los electrolitos del cátodo produciendo una corriente de electronescon un voltaje nominal de 1,5 voltios. Esta electricidad es conducida a través de un colector hacia el circuito del dispositivo conectado.

Cada grupo de ánodo-electrolitos-cátodo recibe el nombre de celda o célula electroquímica. Se pueden conectar varias de estas celdas dentro de una misma batería o conectando varias pilas en serie para producir un voltaje superior. La reacción química que se produce en cada celda cuándo se produce electricidad va consumiendo los reactantes hasta que están agotados, momento en el que la pila ya no producirá más energía eléctrica. Las pilas y baterías recargables se pueden conectar a un dispositivo especial que revierte la reacción química permitiendo que la pila vuelva a funcionar.

Manejo y desecho de las pilas agotadas

Los productos químicos con los que se fabrican pilas y baterías son muy contaminantes y perjudiciales para el medio ambiente. Por este motivo siempre han de ser llevadas a un centro de reciclaje y gestión de residuos apropiado. Nunca tires una betería ni una pila directamente al cubo de basura de tu casa. Guarda las pilas agotadas y cuándo tengas unas cuántas acude a un punto de recogida de pilas y baterías, seguro que hay muchos en tu ciudad y cerca de tu casa.

Junto al desecho correcto de las pilas agotadas es muy aconsejable el uso de pilas recargables. Hace años las pilas recargables eran muy caras así como los dispositivos para cargarlas y el ahorro era a largo plazo. Hoy en día las pilas recargables son bastante baratas, puedes encontrar packs de pilas y cargador por menor del doble de lo que cuestan unas pilas secas normales. Con usar las pilas recargables 3 o 4 veces ya estás ahorrando dinero y reduciendo considerablemente la cotaminación potencial al medio ambiente.

Galería

Esquema pial alcalina

Funcionamiento de una pila alcalina

Esquema de una pila zinc-carbono

Esquema de funcionamiento de una pila zinc-carbono

Pila alcalina de manganeso abierta

Pila alcalina de manganeso abierta

pilas alcalinas

Diferentes tamaños de pilas alcalinas

Cargador de batería

Un cargador de baterías es un dispositivo que se utiliza para almacenar energía en un acumulador secundario, o recargable, mediante la conexión a un sistema productor o transmisor de electricidad. Los cargadores actuales presentan diferentes diseños y cubren distintas funciones de acuerdo con la corriente de carga de entrada o del formato de la batería que se quiere reutilizar.

Los cargadores de baterías que actualmente se pueden encontrar en el mercado son alrededor de una decena de tipos, que cubren las necesidades de las aplicaciones domésticas e industriales, y, cuyo desarrollo se orienta hacia la mejora de las capacidades de carga, la prolongación de su vida útil y la seguridad y sencillez de empleo. 

Cargadores de baterías podemos encontrarlos simples, de acción 'de goteo' o de proceso lento, con temporizador de carga, los formatos llamados inteligentes, los denominados rápidos, los de pulso, los inductivos, los basados en conexiones USB o los solares que cargan por acción de la energía que se puede recoger de paneles fotovoltaicos.

El cargador de baterías simple es un sencillo dispositivo que no tiene en cuenta ni la carga de la pila que se ha de volver a regenerar, ni el tiempo que se precisa para completar la acción. Normalmente mantienen tensiones y corrientes constantes. Se trata, por tanto, de un elemento accesorio sencillo y barato. Los cargadores sencillos tardan más tiempo en recargar las baterías para evitar los efectos del exceso de carga que puede llegar a estropear la misma pila. 

  

Los cargadores de baterías lentos, por su parte, son cargadores sencillos con sistemas de carga que realimentan la batería recargable muy despacio. Con estas baterías, nunca hay problemas de sobrecarga. Por ejemplo, las baterías se pueden dejar indefinidamente en los recargadores sin riesgo alguno. Es su sistema de seguridad y una garantía de funcionamiento eficiente.

Los cargadores con temporizadores son unos dispositivos que desde el comienzo de la década de los noventa se popularizaron para su empleo en pequeños equipos portátiles. Con el tiempo, y con el aumento de la capacidad de carga de las pilas recargables, los sistemas de estos recargadores se han convertido paradójicamente en fuente de problemas. En su día, se vendían en paquetes, cargadores y pilas juntos. 

Así, los cargadores sólo podían operar con las pilas que acompañaba el fabricante, cuando el nivel de carga de las pilas fue aumentando, los cargadores se volvieron insuficientes para alcanzar los niveles de cargas adecuados para las nuevas pilas que salían al mercado. Este es un defecto que los consumidores reprocharon a las industrias suministradoras de las primeras pilas de niquel-cadmio
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Los cargadores inteligentes son, en su género, los más efectivos. Porque un cargador inteligente, puede controlar la tensión de batería, la temperatura y el tiempo de carga para determinar el nivel óptimo de corriente que se necesita para la recarga. De este modo, incluso en las baterías del tipo Ni-Cd y las del formato NiMH, el voltaje introducido en la baterías aumenta lentamente durante el proceso de carga hasta que la batería está completamente cargada. Después, la tensión disminuye y el cargador deja de cargar porque está completada la carga de energía. 

Estos cargadores reciben la denominación de 'delta-V' porque su referencia de recarga es el voltaje. Un problema común con estos cargadores es que la cuantificación de los 'delta-V' puede llegar a ser muy variable, incidiendo sobre la eficiencia misma del sistema de recarga. Así, se llegan a dar casos en cargadores inteligentes que continúan cargando después de haber completado toda la carga de la batería. La solución de algunos fabricantes para estos casos anómalos ha sido el diseño de diferentes modos de corte de energía para evitar sobrecargas. 

Un típico cargador rápido e inteligente carga una batería hasta un 85% de su capacidad máxima en menos de una hora, luego el sistema cambia a carga lenta, e invierte varias horas en alcanzar el límite máximo de la carga de la batería
.

Los cargadores rápidos, por su parte, cargan con mayor velocidad pero también presentan circuitos de control para no dañar los elementos sensibles de las pilas. Por ejemplo, algunos modelos añaden sistemas refrigeración para mantener la temperatura de las baterías dentro de unos márgenes de seguridad.

Los llamados cargadores de pulso controlan la intensidad de la carga, la frecuencia de la carga y, por supuesto, su voltaje. Esta tecnología opera con cualquier tipo de baterías, con todos los voltajes y con las capacidades y la química de las baterías actualmente en uso. Una de las ventajas de los cargadores de pulso es que se evitan los riesgos de sobrecalentamiento de las baterías.

Los cargadores inductivos, por su parte, utilizan la inducción electromagnética para cargar las baterías. Un dispositivo de carga emite energía electromagnética que se adapta como electricidad y que se almacena en las baterías. Ésto se logra sin la necesidad de contactos metálicos entre el cargador y la batería.

Los cargadores basados en los sistemas USB son otros de los modelos más corrientes emplean los cables standard usados en los puertos de contacto de ordenadores portátiles y teléfonos móviles y los aprovechan para generar cargas de bajo voltaje para pilas que se utilizan en pequeños equipos. 

Los cargadores de baterías solares aprovechan la energía captada por paneles fotovoltaicos que convierten la radiación solar en energía eléctrica. Esta energía eléctrica va directamente a las baterías que se recargan. Normalmente, se usan para empleos muy limitados como la alimentación de las baterías pequeñas para caravanas, casas de campo, electrónica de gran consumo o usos domésticos.

Clases de batería

Se le denomina batería, batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente acumulador, al dispositivo que almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad; este ciclo puede repetirse por un determinado número de veces. Se trata de un generador eléctrico secundario; es decir, un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso de carga.

Con el término pila, en castellano, se suele denominar a los generadores de electricidad no recargables. Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas — en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo, adosados lateralmente, "en batería", como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. De esta explicación se desprende que cualquiera de los dos nombres serviría para cualquier tipo, pero la costumbre ha fijado la distinción. Ahora también existen pilas recargables, que se pueden recargar y volver a usar pero con un número limitado de veces.

Generalmente las pilas se pueden dividir en dos grandes tipos, las pilas primarias y las pilas secundarias. Las pilas primarias son aquellas que se agotan y son desechadas, las secundarias son las que pueden recargarse, esta clase de pilas son llamadas baterías.

Tipos de baterías


Ejemplo de batería estacionaria.

En diferentes fases de desarrollo se encuentran baterías de distintos tipos, algunos de los cuales son:

- Plomo ácido (Pb-ácido)
- Níquel-Cadmio (Ni-Cd)
- Níquel-Zinc (Ni-Zn)
- Zn-Cloro (Zn-Cl2)

De todos los acumuladores más del 90% del mercado corresponde a las baterías de plomo ácido, que en general, y siempre que pueda realizarse un mantenimiento, son las que mejor se adaptan a los sistemas de generación fotovoltaica. Dentro de las de plomo ácido se encuentran las de Plomo-Calcio (Pb-Ca) y las de Plomo-Antimonio (Pb-Sb). Las primeras tienen a su favor una menor autodescarga, así como un mantenimiento mas limitado, mientras que las de Pb-Sb de tipo abierto y tubular se deterioran menos con la sucesión de ciclos y presentan mejores propiedades para niveles de baja carga. Este segundo tipo de baterías soporta grandes descargas y siempre tienen, atendiendo a las condiciones de uso, una vida media de diez o quince años.

Por su implantación a nivel comercial tiene también cierta importancia los acumuladores de Níquel-Cadmio, que entre otras ventajas frente a las de plomo ácido presentan la posibilidad de ser empleados sin elemento regulador, la posibilidad de permanecer largo tiempo con bajo estado de carga, la estabilidad en la tensión suministrada y un mantenimiento mucho más espaciado en el tiempo. Sin embargo, su coste se cuadruplica y su baja capacidad a régimen de descarga lenta, desaconseja su uso en gran parte de las aplicaciones fotovoltaicas.

Todas estas baterías pueden presentarse en forma estanca, conocidas como libres de mantenimiento o sin mantenimiento, lo que es beneficioso para algunas aplicaciones. No obstante, presentan una duración muy limitada frente a los acumuladores abiertos, no existen en el mercado acumuladores estancos de alta capacidad y son más caros que los abiertos.

El resto de baterías no presenta en la actualidad características que hagan recomendable su empleo en sistemas de electrificación fotovoltaica.

Es relación a las baterías deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

- Instalar las baterías en lugares ventilados, evitando la presencia de llamas cerca de las mismas.

- Ajustar el nivel del electrolito hasta la altura recomendada por el fabricante, utilizando siempre agua destilada, nunca agua del grifo y teniendo especial precaución para no tocarlo ni derramarlo.

- Una vez conectadas las baterías, las bornas deben cubrirse con vaselina.

- No utilizar las baterías del sistema fotovoltaico para arrancar vehículos.

- No debe utilizarse conjuntamente baterías de distintos tipos cuando no estén preparadas para ello.

- Con el fin de prevenir posibles cortocircuitos debe respetarse la polaridad, las herramientas deben estar adecuadamente protegidas y las baterías o los terminales deben estar cubiertos para prevenir cortocircuitos accidentales por caída de objetos.

- Las baterías deben estar colocadas por encima del nivel del suelo.


Ejemplo de bateria estanca.


Colocación de las baterias.

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