Baterías: Características y Tipos

Baterías: Características

• La tensión nominal (V) depende del tipo de célula (plomo-ácido, litio, níquel-cadmio) y de la cantidad de células asociadas.
• La capacidad (Ah) indica la capacidad de energía de una batería y cuánto puede suministrar a los consumidores
• Una batería de 80Ah descargando 80A no durará exactamente 1 hora, la capacidad no es lineal.
• El parámetro Cx precisa la capacidad real, donde "x" es el tiempo en horas.
• Una batería C20-80Ah puede entregar 80Ah en 20 horas, es decir, 4A por hora a 27°C, hasta alcanzar su tensión de descarga (10.5V en baterías de 12V).
• Intensidad de descarga (CCA) es la cantidad de amperios que puede suministrar en 30 segundos a 0°C sin que la tensión de cada celda baje de 1.2V.
• CCA representa el máximo ritmo de entrega de energía en un corto período.
• El valor CCA es crucial para alimentar equipos de alto consumo.

Tipos de Baterías

Baterías de Plomo-Ácido (Húmedas)

• Son comunes en barcos, con electrolito líquido.
• Estas baterías son adecuadas para el arranque de motores y generadores.
• Ventajas: disponibilidad, bajo costo, alto poder de arranque y fácil comprobación del estado de carga.
• Desventajas: Emisión de gases, alta autodescarga, requieren mantenimiento y recarga de agua, deben montarse en posición vertical.
• Las baterías de bajo mantenimiento utilizan plomo-calcio para reducir la autodescarga y los gases.

Baterías Selladas (VRLA)

• No requieren mantenimiento y regulan la presión de gases por válvula.
• Tipos de baterías selladas (VRLA):
  • Baterías de Gel: Tienen electrolito en gel, baja autodescarga, larga duración, pero no son aptas para grandes descargas instantáneas.
  • Baterías AGM (Absorbed Glass Mat): Tienen electrolito absorbido en fibra de vidrio, soportan descargas profundas, buena capacidad de arranque y no requieren sistema de carga especial.
  • Baterías AGM con tecnología espiral: Mayor capacidad de corriente en poco tiempo, ideales para molinetes, hélices y cabestrantes.

Baterías de Litio (LiFePO4)

• Ofrecen mayor eficiencia, menor peso, rápida carga, mayor vida útil y menor pérdida de energía.
• Tienen estabilidad en la tensión de descarga y continuidad de corriente.

Selección de Baterías para Embarcaciones

• Se necesitan baterías de arranque para altas descargas en poco tiempo, y baterías de servicio o ciclo profundo para descargas continuas.
• Las baterías híbridas son adecuadas para embarcaciones con motores pequeños.
• Las baterías de plomo-ácido duran más si se mantienen bien, aunque se recomienda baterías de gel o AGM para evitar la autodescarga en barcos de uso esporádico.

Medidas de Protección Eléctrica

Sobreintensidad

• Una sobreintensidad ocurre cuando la corriente eléctrica supera el valor nominal del circuito.
• Cortocircuito es un aumento exagerado de la intensidad al conectar dos o más puntos de un circuito, debido a una conexión accidental con baja impedancia.
• Sobrecarga es un exceso de corriente en un circuito eléctrico por aumento de consumo sin defecto, produciendo sobrecalentamiento y daños.

Medios de Protección

• Fusibles (cortacircuitos-fusible)
• Interruptores magnetotérmicos

Dispositivos de protección para motores

• Disyuntor magnético
• Disyuntor-motor

Fusibles

• Interrumpen la corriente si la intensidad supera un límite seguro
• Son económicos, compactos y seguros, pero no son reajustables y pueden dejar fases activas en circuitos trifásicos.

Composición de fusibles

• Cartucho fusible: Necesita ser sustituido tras su activación
• Base portafusibles: Aloja el cartucho fusible, aísla y permite su conexión

Interruptores automáticos magnetotérmicos

• Combinan protección térmica contra sobrecargas y protección magnética contra cortocircuitos.
• Son más precisos y reutilizables que los fusibles.
• Tienen un mayor costo y menor capacidad de maniobras.

Interruptores diferenciales

• Detectan fugas de corriente y desconectan automáticamente la instalación en caso de un defecto, evitando riesgos de electrocución.

Protección contra Choques Eléctricos

• Los contactos eléctricos peligrosos pueden ser directos o indirectos.
• Los contactos directos ocurren cuando alguien toca una parte activa del sistema eléctrico.
• Para evitar los contactos directos, se usan aislamientos, envolventes protectoras y barreras físicas.
• Los contactos indirectos ocurren cuando un defecto de aislamiento hace que una carcasa metálica quede bajo tensión.
• Para evitar los contactos indirectos, existen las siguientes soluciones:
  • Desconexión automática de la alimentación: Se usan interruptores diferenciales que cortan la corriente al detectar fugas.
  • Uso de equipos Clase II: Estos equipos tienen doble aislamiento.
  • Pequeña Tensión Funcional (PTF): Se usan voltajes bajos (≤50V) en entornos húmedos o riesgosos.

Puesta a Tierra y Protección del Circuito

• El circuito de protección desvía corrientes de fuga y evita descargas eléctricas.
• El circuito está compuesto por conductores de protección, estructuras metálicas conectadas a tierra y electrodos enterrados.
• La puesta a tierra se realiza con:
  • Electrodos en anillo: Cable de cobre sin aislante en la cimentación del edificio.
  • Electrodos de pica: Varillas de cobre enterradas, y conectadas entre sí.
• Todos los elementos de protección se identifican con el símbolo IEC-5019, las letras PE o colores verde-amarillo.
• La continuidad del circuito de protección debe mantenerse incluso al desmontar partes de la máquina.

Protección contra Caídas de Tensión y Tensiones Residuales

• Los equipos eléctricos operan entre el 90% y el 110% de su tensión nominal.
• Si una caída de tensión pone en riesgo su funcionamiento, se instala un dispositivo de mínima tensión.
• En sistemas con condensadores, pueden quedar cargas peligrosas luego de la desconexión.
• Se usan resistencias de descarga para reducir la tensión a menos de 120V en menos de 5 segundos, o se coloca una etiqueta de advertencia si esto no es posible.

Circuito de Potencia en Máquinas Industriales

• El circuito de potencia recibe, distribuye y controla la alimentación eléctrica en máquinas industriales.
• Su función principal es permitir la conexión y desconexión de los receptores eléctricos de forma segura y eficiente.
• Evita daños por sobrecarga o cortocircuitos.

Estructura del Circuito de Potencia

• El circuito de potencia inicia en el punto de recepción de la alimentación externa y se compone de los siguientes elementos:
  • Aparatos de seccionamiento: Abren y cierran el circuito, tienen posiciones estables (abierto “O” y cerrado “I”), y bloqueo en posición abierta para seguridad.
  • Circuito de control: Actúa sobre el circuito de potencia para accionar motores o dispositivos eléctricos.
  • Circuito de potencia: Conduce la corriente necesaria para el funcionamiento del motor o receptor eléctrico.
• Los motores deben estar protegidos según la norma IEC 204.
• IEC 204 exige protecciones contra sobrecargas y cortocircuitos, y la capacidad de separar manualmente el motor del circuito general.

Control y Protección de Motores

• Los motores eléctricos están sujetos a condiciones adversas tales como sobrecargas, cortocircuitos o fallos eléctricos.
• Se utilizan dispositivos de maniobra y protección para evitar daños.

Dispositivos de Maniobra

• Permiten la conexión y desconexión de la corriente que alimenta a un motor, se acciona manual o automáticamente mediante un circuito de mando.
  • Interruptores y seccionadores: aíslan eléctricamente el motor.
  • Contactores: relés electromecánicos utilizados en maniobras automatizadas, robustos y controlan grandes intensidades.
  • Interruptores estáticos: Usan semiconductores en lugar de contactos mecánicos, conmutación rápida y sin desgaste.
  • Equipos electrónicos: control de velocidad, arranque progresivo y frenado controlado.

Protección contra Cortocircuitos

• El objetivo es detectar y cortar rápidamente corrientes anormales que superen 10 veces la intensidad nominal del motor.
  • Fusibles: cortan el paso de corriente si supera un límite seguro.
  • Interruptores automáticos magnetotérmicos: detectan aumentos súbitos de corriente y abren el circuito.
  • Disyuntores magnéticos y disyuntores-motor: protegen los motores.

Protección contra Sobrecargas

• Se utilizan relés térmicos antes de que el calor generado por una sobrecarga dañe el motor o sus aislantes.
  • Relés térmicos: detectan aumentos graduales de temperatura y cortan la corriente antes de que se produzcan daños.
  • Disyuntores-motor: combinan protección térmica y magnética, ajustando la intensidad de corte.

Dispositivos de Protección y Regulación para Motores

• Se utilizan distintos dispositivos de protección y control para el buen funcionamiento de los motores.

Disyuntor-Motor

• Integra tres funciones:
  • Seccionamiento e interrupción: permite la conexión y desconexión manual del motor.
  • Protección contra sobrecargas: tiene un dispositivo térmico con biláminas.
  • Protección contra cortocircuitos: incluye un dispositivo magnético con núcleo móvil dentro de una bobina.

Relés de Protección

• Monitorean el estado del motor y previenen fallos.
  • Relé térmico: protege contra sobrecargas y bloqueos prolongados del motor.
  • Relé de sondas PTC: usa sensores de temperatura dentro del motor para detectar sobrecalentamientos.
  • Relé multifunción: combina varias protecciones en un solo dispositivo y puede comunicarse con sistemas automatizados.
• Algunos relés protegen contra fallos de fase, sobretensiones y defectos de aislamiento.

Configuraciones de Circuitos de Potencia para Motores Trifásicos

• Se utilizan distintas configuraciones eléctricas según la potencia del motor y el nivel de automatización.

Mando Manual (Para motores de hasta 4 kW)

• Interruptores y fusibles: protección básica.
• Disyuntor motor: permite ajustar la intensidad de corte.

Mando Automático (Para motores de más de 4 kW)

• Contactor + Disyuntor-motor: control remoto y protección avanzada.
• Contactor + Relé térmico + Disyuntor magnético: seguridad en motores de alta potencia.
• Fusibles + Contactor + Relé térmico: solución económica.
• Algunas configuraciones incluyen contactores con funciones integradas que combinan seccionamiento, corte en carga y protección.

Este material describe las características clave de las baterías, incluyendo tensión nominal y capacidad. Explica cómo interpretar la capacidad de descarga y el parámetro Cx. Además, introduce los tipos de baterías de plomo-ácido.