Descripción completa
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Sistemas Eléctricos de la Máquina Introducción En esta unidad veremos la batería y los sistemas de carga y de arranque. Objetivos Al terminar esta unidad, el estudiante podrá explicar la función de la batería, probar la batería para determinar su funcionamiento correcto, explicar la operación de un sistema de carga, probar el sistema de carga y sus componentes para determinar su funcionamiento correcto, explicar la operación del sistema de arranque y probar el sistema de arranque y sus componentes para determinar su funcionamiento correcto. Material de referencia Manual de servicio de la batería Procedimiento de prueba de la batería Tablas de regímen/duración de carga de la batería Probador de carga de la batería 4C911 Sistemas de carga y arranque para máquinas equipadas con conector de diagnóstico Uso del analizador de batería 177-2330
SEBD0625 SSHS7633 SEHS9014 SEHS9249 SSNR2947 NEHS0764
Artículos de Información Técnica "Procedimiento de arranque con cables auxiliares" 28 de mayo, 1990 "Mantenimiento preventivo para las baterías” 27 de marzo, 1989 "Procedimiento para reemplazo de baterías o cables de las baterías" 1 de mayo, 1989 "Las baterías de libre mantenimiento requieren diferentes procedimientos de localización y solución de problemas" 20 de junio, 1988
Unidad 4: Sistemas Eléctricos de la Máquina
UNIDAD 4
Unidad 4
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Fundamentos de los Sistemas Eléctricos
Videos Cómo probar una batería Cat Prueba del alternador del motor Prueba del motor de arranque del motor Analizador de arranque y carga 6V2150 Herramientas 1U7297 Probador de la batería (Hidrómetro) 177-2330 (127-8078) Analizador de batería 4C4911 Probador de carga de la batería 9U7330 Multímetro digital 8T0900 Amperímetro de inserción CA/CC
SEVN1590 SEVN1591 SEVN1592 SEVN9165
Lección 1: Batería
Lección 1: Batería Introducción La batería almacena energía para el sistema eléctrico completo y, en caso necesario, produce corriente para los dispositivos eléctricos de la máquina. En esta lección veremos la operación, el diseño y las pruebas de la batería. Objetivos Al terminar esta lección, el estudiante podrá: Demostrar que conoce la función de la batería en el sistema eléctrico de la máquina, seleccionando la respuesta correcta a las preguntas de un examen de selección múltiple. Dadas una batería y las herramientas apropiadas, hacer las pruebas de la batería y responder correctamente las preguntas de la práctica correspondiente. Material de referencia Manual de servicio de la batería Procedimiento de prueba de la batería Tablas de regímen/duración de carga de la batería Probador de carga de la batería 4C911 Procedimiento para probar una batería de vehículo Uso del analizador de batería 177-2330 Artículos varios de Información Técnica Herramientas 177-2330 (127-8078) Analizador de batería 4C4911 Probador de carga de la batería 9U7330 Multímetro digital 8T0900 Amperímetro de inserción CA/CC 1U7297 Probador de la batería (Hidrómetro)
SEBD0625 SSHS7633 SEHS9014 SEHS9249 SEVN1590 NEHS0764
Unidad 4 Lección 1
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BORNE TÉRM I CO
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TRAM PA DE PLACA FUNDI DA
GRUPO DE PLACAS NEGATI VAS
SEPARADOR ELEM ENTO GRUPO DE PLACAS POSI TI VAS
Fig. 4.1.1 Diseño de la batería
Baterías Una batería almacena energía eléctrica en forma de energía química para ser liberada como energía eléctrica en los sistemas eléctricos de la máquina, como el sistema de arranque, el sistema de carga y los circuitos accesorios. La corriente de la batería se produce por una reacción química entre los materiales activos de las placas de la batería y el ácido sulfúrico presente en el electrolito. La batería es un estabilizador de voltaje del sistema eléctrico y actúa como un acumulador o depósito de energía. Después de un período de uso, la batería comienza a descargarse y no producirá más flujo de corriente. La batería puede recargarse con corriente continua aplicada en el sentido opuesto al flujo de corriente que sale de la batería. En operación normal, la batería se mantiene cargada por la corriente de entrada del alternador. Para una buena operación del sistema, la batería debe cumplir las siguientes funciones: - Suministrar corriente para el arranque del motor - Suministrar corriente cuando la demanda excede la salida del sistema de carga - Estabilizar el voltaje en el sistema durante la operación.
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Diseño de una batería Una batería consta de un número de elementos individuales colocados dentro de una caja de caucho o de plástico duro. Las unidades básicas de cada celda son placas metálicas positivas y negativas, como se ilustra en la figura 4.1.1. Las placas negativas tienen una superficie de plomo, indicadas con color gris, mientras que las placas positivas tienen una superficie de peróxido de plomo, indicadas con color marrón. Las placas positivas y negativas forman grupos de placas conectadas entre sí. En algunas baterías, existe una placa más en el grupo negativo que en el positivo, lo cual permite que las placas negativas formen dos extremos cuando los grupos están interconectados. Otras baterías tienen el mismo número de placas positivas y negativas. Cada placa del grupo se mantiene aislada de las placas vecinas por separadores porosos. Estos separadores permiten un flujo libre de electrolito alrededor de las placas activas. El conjunto completo recibe el nombre de elemento. Los elementos de celdas diferentes se conectan en serie para aumentar el voltaje. Las celdas están separadas unas de otras, de modo que no hay flujo de electrolito entre ellas. Cada celda produce aproximadamente 2,2 voltios, de manera que si 6 celdas se conectan en serie, la batería producirá aproximadamente 13,2 voltios.
64% DE AGUA 36% DE ÁCI DO Grav. Esp. = 1 Grav. Esp. = 1,834
ELECTROLI TO Grav. Esp. = 1,270
Fig. 4.1.2 Electrolito de la batería
El electrolito de una batería completamente cargada es una solución concentrada de ácido sulfúrico en agua. El electrolito tiene una gravedad específica de 1,270 a 27°C (80°F), es decir que pesa 1,270 veces más que el agua. La solución tiene cerca de 36% de ácido sulfúrico (H2S04) y 64% de agua (H20).
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Agua de batería La necesidad de utilizar agua pura en las baterías siempre ha sido motivo de controversia. Es un hecho que el agua con impurezas afecta la vida útil y el rendimiento de la batería. Cierto o no, el efecto es significativo dependiendo de la cantidad de minerales que contenga el agua usada en la batería. Generalmente, es mejor para la batería que se use agua destilada en vez de agua del grifo. Bornes de la batería Las baterías tienen bornes positivos y negativos o terminales. El borne positivo es más grande, para evitar que la batería se conecte en polaridad inversa. El terminal positivo tiene un "+" marcado en su parte superior; y el borne negativo tiene un " - " marcado en su parte superior. En otras baterías los bornes se identifican con la marca "pos" y "neg" o anillos plásticos, rojo para el positivo y negro para el negativo.
BORNES
TAPAS DE VENTI LACIÓN
Fig. 4.1.3 Bornes de la batería y tapas de ventilación
Tapas de ventilación de la batería Cada celda tiene una tapa de ventilación. Algunas baterías tienen tapas de ventilación individuales para cada celda, mientras otras tienen unidades múltiples que conectan tres ventiladores de celda en una unidad simple. Las tapas de ventilación cubren el acceso a los orificios a través de los cuales se puede agregar agua y verificarse el nivel del electrolito. Los orificios de acceso proporcionan ventilación para el escape de los gases formados cuando la batería se está cargando.
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12 VOLTI OS 6 VOLTI OS
2V
2V
2V
2V
2V
2V
24 VOLTI OS
12 VOLTI OS
12 VOLTI OS
Fig. 4.1.4 Celdas de batería conectadas en serie
Potencial de la batería Cada celda de una batería de almacenamiento tiene un potencial de cerca de 2 voltios. Las baterías de seis voltios contienen tres celdas conectadas en serie, mientras que una batería de 12 voltios consta de seis celdas conectadas también en serie (fig. 4.1.4, diagrama superior). Para obtener voltajes más altos, se usan combinaciones de baterías. En la figura 4.1.4. (diagrama inferior) dos baterías de 12 voltios se conectan en serie para producir 24 voltios.
FLUJO DE CORRI ENTE PRODUCI DO POR PLACAS DI FERENTES EN UNA SOLUCIÓN DE ELECTROLI TO
Fig. 4.1.5 La batería produce flujo de corriente
Funcionamiento de la batería La corriente de la batería se produce por una reacción química entre los materiales activos de las diferentes placas y el ácido sulfúrico del electrolito. Mientras se produce esta reacción química, se produce descarga de la batería. Después de que la mayoría de los materiales activos han reaccionado, la batería se descarga. La batería deberá recargarse antes de ser usada.
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Es de señalar que baterías del mismo voltaje pueden producir diferentes cantidades de corriente. La razón es que la cantidad de corriente que puede producir una batería depende del número y tamaño de sus placas. A mayor número de placas, mayor reacción química tendrá lugar entre el electrolito y las placas, por tanto, mayor la cantidad de corriente producida. Si dos baterías de 12 voltios tienen un número diferente de placas, la de mayor número de placas podrá suministrar más flujo de corriente y tendrá mayor capacidad. PLACA POSITIVA
COMPOSICIÓN DEL ELECTROLITO
PLACA NEGATIVA
PbO2
H2SO4
Pb
CARGA COMPLETA
H2O H2SO4 DESCARGADA COMPLETAMENTE
Fig. 4.1.6 Reacción química
Ciclos de operación Una batería tiene dos ciclos de operación: - de descarga - de carga Ciclo de descarga Cuando una batería está suministrando corriente, se está descargando. Los cambios químicos de una batería que se está descargando son los siguientes: Las placas positivas se fabrican de peróxido de plomo (PbO2). El plomo (Pb) reacciona con el radical sulfato (SO4) del electrolito (H2SO4) para formar sulfato de plomo (PbSO4). Al mismo tiempo el oxígeno (O2) en el peróxido de plomo reacciona con el hidrógeno (H) en el electrolito para formar agua (H2O). Las placas negativas son fabricadas de plomo (Pb). El plomo también se combina con los radicales sulfato del electrolito para formar sulfato de plomo (PbSO4). En el proceso de descarga de la batería, el sulfato de plomo se forma tanto en la placa negativa como en la positiva, y hace similares las dos placas en cuanto a su composición química. Estos depósitos de sulfato de plomo son los causantes de la pérdida de voltaje de la celda, ya que el voltaje depende de que las placas positivas y negativas sean diferentes.
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A medida que la batería se descarga, se forma en las placas mayor cantidad de sulfato de plomo y aumenta la cantidad de agua en el electrolito. Observe que aunque el radical (SO4) se separa del electrolito, éste nunca sale de la batería. Por consiguiente, nunca adicione ácido sulfúrico (H2SO4) a la batería. La cantidad extra de sulfato (SO4) puede hacer que la batería se descargue por sí sola a una velocidad más elevada de lo normal. El agua es la única substancia que debe reemplazarse en una batería. DURANTE LA DESCARGA
DURANTE LA CARGA GENERADOR O ALTERNADOR
ARRANQUE ENCENDI DO LUCES PLACA POSI TI VA
PLACA NEGATI VA
ELECTROLI TO SEPARADOR
PLACA NEGATI VA
PLACA POSI TI VA ELECTROLI TO
SEPARADOR
Fig. 4.1.7 Carga y descarga de la batería
Ciclo de carga Las reacciones químicas que tienen lugar en la celda de la batería durante el ciclo de carga (figura 4.1.7) son esencialmente lo contrario de aquellas reacciones que ocurren durante el ciclo de descarga. El radical sulfato deja las placas y regresa al electrolito, y repone la concentración de ácido sulfúrico. El oxígeno del agua producido en la descarga del electrolito reacciona con el plomo en la placa positiva para formar peróxido de plomo.
ALT +
R
BATERÍA
CARGA
ALTERNADOR
Fig. 4.1.8 Carga y descarga de la batería
La batería y el circuito de carga Las baterías operan en un circuito de carga con un alternador. La batería suministra la corriente a los circuitos y comienza a descargarse.
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El alternador envía corriente a la batería para ser recargada. La operación en el circuito de carga varía con la velocidad del motor. Cuando el motor está apagado, sólo la batería proporciona corriente a los circuitos accesorios. A velocidades bajas, tanto la batería como el alternador pueden suministrar la corriente. A velocidades más altas, el alternador debe tomar el control y suministrar la suficiente corriente para operar los accesorios y también recargar la batería. El regulador de voltaje limita el voltaje del alternador a un valor seguro para evitar sobrecargar la batería a velocidades altas.
Fig. 4.1.9 Servicio general de baterías Caterpillar
Electrólisis Cuando una corriente eléctrica fluye a través del agua, las moléculas de agua se separan en sus dos elementos componentes, hidrógeno y oxígeno. Estos dos gases escapan a la superficie y se evaporan en el aire. Lógicamente, baja el nivel de agua. Este proceso se llama electrólisis y ocurre siempre que se carga una batería. Cuando la corriente fluye a través de un electrolito, tiene lugar la electrólisis y disminuye el nivel de agua. Variación de la eficiencia de la batería o tensión entre los bornes El voltaje de la batería no es constante. Una batería de 12 voltios no envía 12 voltios todo el tiempo. Los principales factores que afectan la tensión entre los bornes de una batería incluyen la temperatura y el ciclo de operación. Temperatura Una batería produce corriente debido a reacciones químicas a través del ácido sulfúrico que actúa sobre las placas positivas y negativas. A bajas temperaturas los compuestos químicos no reaccionan tan rápido y por tanto la batería tiene voltaje bajo. La temperatura puede afectar la tensión entre los bornes de la batería. Si la temperatura disminuye, la batería se vuelve menos eficiente y aumentan los requerimientos de arranque del motor.
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A 27°C (81°F) una batería es 100% eficiente; es decir tiene plena energía para el arranque. A -30°C (-22°F) una batería tiene una eficiencia de solamente 30%. Ya que el arranque del motor en temperaturas frías es más difícil, será aun más difícil si hay una temperatura baja en la batería que hará que la salida de la batería sea más pequeña, lo cual aumenta la demanda del motor. Tipos de baterías Básicamente hay dos tipos de baterías utilizadas en vehículos y en equipos pesados: - Convencionales - Libres de mantenimiento Existen baterías que tienen características de ambos tipos y se considera que necesitan poco mantenimiento. Baterías convencionales Las baterías convencionales pueden ser de carga seca o de carga húmeda. Una batería de carga seca contiene elementos cargados completamente, pero no contiene electrolito. Una vez activada llenándola con electrolito, ésta es esencialmente igual a una batería de carga húmeda. Una batería de carga seca retiene toda su carga mientras sus celdas se mantengan libres de humedad. Si se almacena en un lugar seco y protegido del medio ambiente, este tipo de batería, al contrario de la batería de carga húmeda, no perderá parte de su carga en la estantería antes de su uso. La activación de una batería de carga seca generalmente se hace en la bodega donde el distribuidor adquiere la batería. Para asegurarse de que se usa el electrolito correcto y que la batería se activa en forma adecuada, muchos fabricantes proporcionan un paquete de electrolito a sus baterías de carga seca junto con las instrucciones para su activación. Estas instrucciones deben seguirse cuidadosamente. Las baterías de carga húmeda contienen elementos completamente cargados y se llenan en fábrica con el electrolito. Una batería de carga húmeda no mantendrá su estado de carga completa durante el almacenamiento y debe recargarse periódicamente. Durante el almacenamiento, aunque una batería no esté en uso, tiene lugar una reacción lenta entre el electrolito y las placas, lo que causa pérdida de carga. Esta reacción se llama autodescarga. La velocidad a la que ocurre la autodescarga varía en relación directa con la temperatura del electrolito.
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Una batería cargada completamente y almacenada a 38°C (103°F) se descargará completamente después de un período de almacenamiento de 90 días. La misma batería almacenada a 15°C (59°F) tendrá solamente una ligera descarga después de 90 días. Por tanto, las baterías de carga húmeda deben almacenarse en el lugar más frío posible, pero no tanto como para congelar el electrolito. Es de anotar que una batería de carga húmeda completamente cargada no se congelará a menos que la temperatura sea menor de -60°C (-76°F), mientras que una batería descargada con una gravedad específica de 1,100 se congelará a -8°C (18°F). Las baterías de carga húmeda almacenadas por largo tiempo sin ser recargadas pueden sufrir daño permanente debido a la formación de una capa dura y densa de cristales de sulfato de plomo en las placas. Para evitar la formación de estos cristales, las baterías de carga húmeda en almacenamiento deberán cargarse completamente cada 30 días.
Fig. 4.1.10 Batería libre de mantenimiento Caterpillar
Baterías libre de mantenimiento En un esfuerzo por reducir el mantenimiento de la batería y fabricar baterías más confiables y de mayor duración, se diseñaron las baterías “libre de mantenimiento”. Una batería libre de mantenimiento se parece a una batería convencional, pero no tiene tapas de llenado, ya que el electrolito se encuentra en su interior completamente sellado. Algunas de estas baterías tienen un indicador del estado de la carga. El indicador es un hidrómetro incorporado con una pequeña esfera verde, la cual flota cuando la gravedad específica del electrolito es de 1,225 o mayor. El indicador se usa también como método fácil y rápido de saber si la batería está cargada o descargada. Para leer el indicador siga las recomendaciones del fabricante.
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Características de las baterías libre de mantenimiento Ya que el electrolito está sellado internamente, la batería tiene un suministro de por vida. Los niveles de la batería no tienen que revisarse y se eliminan los problemas de sobrellenado o bajo llenado de las celdas. Durante los procesos de carga y descarga se producen gases. Los gases que alcanzan la superficie de la caja son atrapados por el líquido separador de gas, enfriados y condensados, y luego drenados al depósito del electrolito. La presión interna producida es liberada a través de un pequeño orificio ubicado al lado de la tapa. Las baterías libre de mantenimiento tienen grupos de placas como las baterías convencionales, pero los grupos son construidos de manera diferente. Otra diferencia consiste en que las placas son colocadas en fundas que actúan como separadores y también recogen los sedimentos producidos por la descomposición de las placas con el tiempo. Las fundas son puestas juntas y permiten poner el elemento en el fondo de la caja. En contraste, en una batería convencional el elemento no está en el fondo, con el fin de dar espacio al sedimento y poder colectarlo sin tocar las placas. Al tener el elemento descansando sobre el fondo del depósito, se permite que haya más electrolito que cubra las placas, lo cual mejora la eficiencia de la batería. Otra importante diferencia de diseño en las baterías libre de mantenimiento es el material usado para fabricar la rejilla de cada placa de celda. En una batería convencional la rejilla se hace de plomoantimonio, pero en una batería libre de mantenimiento, la rejilla está hecha de plomo-calcio. Esta diferencia de material de la rejilla es la que hace que las baterías de libre mantenimiento no tengan que usar agua. La rejilla de plomo-calcio reduce significativamente la producción de gases y la pérdida subsecuente de agua, comparada con una batería con placas de antimonio. Batería de ciclo profundo Una variación de la batería tipo plomo-ácido utilizada en vehículos y equipo pesado es la batería de ciclo profundo. Esta es también una batería de plomo-ácido, pero está diseñada especialmente para uso en aplicaciones que no pueden incorporar sistemas de carga en el sistema eléctrico y por tanto no pueden mantener la batería cargada. Una batería de ciclo profundo también se usa en aplicaciones en donde la batería permite operar sistemas eléctricos cuando el motor no está funcionando, por ejemplo, una casa rodante.
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Las baterías de ciclo profundo tienen un material activo más denso y placas más gruesas, características que ayudan a mantener el material activo en la rejilla durante los repetidos ciclos de carga y descarga profundos. Para reforzar las placas y reducir los daños por vibración y derramamiento del material activo de la rejilla pueden usarse separadores de vidrio. Como su nombre lo indica, la batería puede descargarse totalmente y recargarse muchas veces sin daño, mientras que una batería estándar para vehículo/equipo pesado se arruinaría muy pronto en estas condiciones de "ciclo profundo". Clasificación de las baterías Los factores que influyen en la capacidad de una batería (ejemplo: la cantidad de corriente que puede producir una batería) son el número, el tamaño y el grosor de las placas, así como la calidad y la concentración del electrolito. Las baterías usaron por muchos años el método de clasificación amperio-hora, hasta que la clasificación de la nueva capacidad de las baterías fue adoptado en 1971 por la Society of Automotive Engineers (SAE) y el Battery Council International (BCI). Tres métodos actuales de los valores de clasificación de las baterías de vehículo son: rendimiento de arranque en frío, rendimiento de arranque y capacidad de reserva. Rendimiento de arranque en frío El trabajo básico de una batería es arrancar un motor, lo que implica una descarga alta en amperios por un corto tiempo. Teniendo en cuenta que es más difícil que una batería suministre energía cuando está fría y el motor requiere mayor potencia para encender cuando está frío, la clasificación del arranque en frío se define como: La descarga dada en amperios que una batería nueva, completamente cargada a -18°C (0°F) puede suministrar continuamente por 30 segundos y que permite mantener 1,2 voltios por celda. Muchas baterías de bajo precio pueden proporcionar solamente 200 amperios, mientras baterías más poderosas pueden suministrar más de 1.000 amperios en las mismas condiciones. El rendimiento del arranque en frío de una batería debe igualar los requerimientos de potencia que necesita un motor para arrancar. Si un motor en condiciones de frío requiere 400 amperios para arrancar, obviamente una batería de bajo precio que proporcione solamente 200 amperios sería inapropiada.
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Rendimiento de arranque El rendimiento de arranque a 0°C (32°F) es una nueva clasificación reconocida recientemente por el BCI. El rendimiento de arranque es la descarga dada en amperios que una batería nueva, completamente cargada, a 0°C (32°F) puede suministrar continuamente por 30 segundos y le permite mantener 1,2 voltios por celda. Capacidad de reserva La capacidad de reserva se define como la capacidad de una batería de sostener una carga eléctrica mínima en el caso de una avería en el sistema de carga. Esta es también una medida comparativa de la capacidad de una batería para proporcionar energía a máquinas que tienen cargas eléctricas residuales pequeñas por largo tiempo y aun tener la capacidad suficiente para arrancar el motor. La clasificación de la capacidad de reserva se define como: Los minutos que una batería nueva, completamente cargada a 26,7°C (80°F) puede descargarse continuamente a 25 amperios y mantener la tensión entre los bornes igual o mayor a 1,75 voltios por celda. Uso y reemplazo de la batería Asegúrese de reemplazar la batería con una de al menos igual capacidad a la original. Una batería más pequeña, aunque puede parecer inicialmente adecuada, fallará tarde o temprano como resultado de un ciclo excesivo que reduce la vida útil de la batería. Puede necesitarse una batería más grande que la original si se agregan al circuito eléctrico del vehículo accesorios tales como una unidad de aire acondicionado. En casos en que la carga eléctrica es excesiva, puede necesitarse un alternador de salida alta. Este alternador de salida alta puede ayudar a mantener cargada la batería y aumentar así la vida de servicio.
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Fig. 4.1.11 Carga de la batería
Carga de la batería Durante el uso, una batería se halla entre uno de estos dos estados: completamente cargada o completamente descargada. Cuando usted prueba una batería y determina que necesita carga, tendrá que decidir qué método usa para recargarla. Cargadores de batería Cuando un motor está funcionando, la carga de la batería se mantiene por acción del sistema de carga. Sin embargo, ocasionalmente la carga de la batería puede disminuir y, si no se presta atención, la batería no tendrá suficiente energía para arrancar el motor. Cuando la carga de la batería es baja, debe recargarse. La batería puede recargarse ya sea en el vehículo o fuera de él. Existe un número diferente de cargadores de batería clasificados como de corriente constante o de voltaje constante. Cargadores de corriente constante Un cargador de corriente constante suministra una corriente constante o una cantidad de corriente fija a la batería. La cantidad de carga recomendada es de 1 amperio por placa positiva por celda. Por ejemplo, si una batería tiene 5 placas positivas por celda, ésta deberá cargarse a 5 amperios. Muchas baterías que cargan lentamente con un cargador de corriente constante requerirán entre 5 y 6 amperios. Cargadores de voltaje constante Un cargador de voltaje constante suministra a la batería voltaje constante durante el período de carga, por ejemplo, 15 voltios para una batería de 12 voltios. Este cargador podrá cargar la batería a un amperaje más o menos alto cuando la batería está baja y luego, mientras la batería acumula carga, el amperaje tiende a desaparecer casi a cero, mientras la batería carga completamente. Los cargadores de voltaje continuo son más comunes que los cargadores de corriente constante.
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Carga de baterías convencionales Generalmente, el tiempo es el principal factor cuando usted decide si debe cargar la batería con carga lenta o rápida. Obviamente, para la batería es mejor la carga lenta porque usted obtiene un mayor trabajo de carga. Sin embargo, usted no siempre dispone de tiempo (de 24 a 48 horas) para hacer una carga lenta a la batería y en tales casos tiene que hacer una carga rápida. Cargadores lentos de corriente constante Un cargador lento puede ser de corriente constante o de voltaje constante (es más común el de voltaje constante). Los cargadores traen impresa la máxima cantidad de voltaje que pueden producir. Por ejemplo, un cargador de 60 voltios puede usarse en 5 baterías de 12 voltios (60 voltios en total) o 10 baterías de 6 voltios (60 voltios en total). Los términos carga lenta se refieren a un valor de carga de 10 amperios o menos. Cuando hay un número de baterías de diferentes tamaños en el cargador, promedie el valor de la carga. En algunos de los nuevos cargadores, usted no tiene que molestarse contando o promediando las nuevas placas positivas. Estos cargadores tienen una banda amarilla, verde y roja en el indicador de valor de carga y se recomienda fijar el control en la marca verde. Para conectar un cargador de corriente constante, empiece por el cable negro (negativo) del cargador y conéctelo al borne positivo de la última batería. Ahora, usando cables auxiliares en buen estado, conecte las baterías, positivo a negativo para completar el circuito en serie. Verifique de nuevo todas las conexiones girando ligeramente las conexiones de los bornes. Finalmente, conecte el cargador y ajústelo al valor correcto de carga. El estado de la carga de una batería en carga debe revisarse con un hidrómetro dos veces al día, de ser posible. El tiempo total de carga de una batería puede variar de acuerdo con la fuerza de la carga con que se inicia, pero después de 48 horas las baterías deben estar cargadas completamente. Si una batería indica que está completamente cargada antes de 48 horas (su gravedad específica es de 1,275 o más), retírela del cargador.
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Cargadores lentos de voltaje constante Los cargadores de voltaje constante se usan en baterías conectadas en paralelo. El máximo número de baterías que puede manejar un cargador se indica en el cargador. El control de voltaje se ajusta a un voltaje específico, por ejemplo, 15 voltios para una batería de 12 voltios. El cargador registra automáticamente el valor de carga. El valor de carga será alto cuando la batería descargada se conecta primero al cargador, y disminuye gradualmente cuando la batería esté completamente cargada. Cuando se conectan baterías en paralelo a un cargador de voltaje constante, empiece con el polo negativo (negro) del cargador, y conecte éste al borne negativo (-) de la primera batería. Ahora, usando cables auxiliares en buen estado, conecte las baterías negativo a negativo y positivo a positivo. Al igual que con el cargador de corriente constante, verifique la gravedad específica de la carga de la batería dos veces al día y retírela cuando esté completamente cargada. Cargadores rápidos Los cargadores rápidos darán a una batería una carga alta en un corto tiempo, generalmente en no más de una hora. Los cargadores rápidos son portátiles a diferencia de los cargadores lentos que usualmente son de montaje de pared, o se hallan fijos en un banco de trabajo. Los cargadores portátiles rápidos pueden cargar una batería mientras está en la máquina. Generalmente, en un cargador rápido sólo puede cargarse una batería a la vez. Muchos cargadores rápidos modernos tienen también la capacidad de hacer carga lenta de una batería. Precauciones cuando se hace carga rápida Siempre que se cargue una batería, especialmente con carga rápida, nunca permita que el electrolito exceda una temperatura de 51°C (125°F). Observe el color del electrolito cuando se cargan baterías en forma rápida. Con el tiempo, el electrolito de la batería se descolora por la formación de sedimento. Durante una carga rápida el sedimento se agita y puede quedar atrapado entre las placas y causar un cortocircuito. Verifique con el hidrómetro el color del electrolito durante la carga y si el sedimento comienza a aparecer, disminuya el valor de carga.
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Procedimiento correcto de carga de la batería Antes de conectar baterías convencionales a un cargador, asegúrese de que la superficie de la batería esté limpia y tenga el nivel adecuado de electrolito. Todos los cargadores, lentos o rápidos, necesitan una fuente de corriente alterna de 110 voltios. Asegúrese siempre de que el cargador esté desconectado antes de conectarlo a la batería. Cuando conecte cualquier cargador observe la polaridad correcta. Asegúrese siempre de conectar negativo a negativo y positivo a positivo. Muchos cargadores tienen polaridad protegida. Verifique el ajuste de voltaje del cargador antes de conectarlo. En un cargador lento de voltaje constante ajuste el voltaje para adaptarse al número de voltios de las baterías en carga. En un cargador de corriente constante, ajuste el voltaje a 6 ó 12 voltios, dependiendo de la batería en carga. NOTA: Revise los procedimientos de carga de una batería en la Instrucción Especial "Procedimientos de prueba de las baterías" (SEHS7633). Tiempo de carga Cuando una batería está en carga lenta, revise la gravedad específica dos veces al día para verificar si la batería ha alcanzado la carga completa. No continúe la carga de la batería si la prueba indica que se ha alcanzado la carga completa. Ajuste el tiempo de carga rápida a no más de una hora. Revise que la batería no esté recalentada. Siempre apague el cargador antes de desconectar la batería para evitar cualquier chispa que accidentalmente pueda encender los gases explosivos de hidrógeno que se forman durante la carga. Nunca cargue una batería en un lugar donde haya algún peligro de chispa, como áreas donde se realicen trabajos de soldadura o pulimento. Carga de las baterías libres de mantenimiento Las baterías libres de mantenimiento se cargan utilizando equipo convencional de carga de baterías. Los valores de carga rápida y lenta en las baterías libres de mantenimiento son más bajas y los tiempos de carga proporcionalmente más prolongados.
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Fig. 4.1.12 Cables auxiliares de arranque
Cables auxiliares de arranque Cuando no hay un cargador disponible, una práctica común para arrancar un vehículo con batería muerta es usar cables auxiliares de arranque y una batería de refuerzo. Antes de conectar los cables auxiliares de arranque, asegúrese de que todos los accesorios eléctricos tales como luces, radio y limpiaparabrisas estén apagados. Observe el voltaje de la batería cuando use cables auxiliares de arranque. Cablee una batería de 6 voltios con una segunda batería de 6 voltios, o cablee una batería de 12 voltios con una segunda batería de 12 voltios. Esto es importante, debido a que existe el peligro de formar arco (voltaico) cuando se conectan los cables auxiliares de arranque, lo que podría causar una explosión de la batería. En sistemas de arranque de equipos para trabajo pesado que usan 2 baterías de 12 voltios en serie para proporcionar 24 voltios para el arranque, deben tomarse precauciones especiales para evitar daños en los componentes eléctricos mientras usa los cables auxiliares de arranque. Revise las recomendaciones del Manual de Servicio antes de intentar arrancar una máquina con cables auxiliares de este tipo de batería. Usted necesitará dos juegos de cables auxiliares de arranque y dos baterías de 12 voltios. Identifique la polaridad correcta antes de conectar los cables auxiliares de arranque. Conecte los cables auxiliares de arranque, negativo con negativo y positivo con positivo (ya que usted está reemplazando la fuente de energía existente). Conecte los cables auxiliares de arranque en el siguiente orden: 1. Conecte una pinza del cable al terminal positivo de la batería muerta 2. Conecte el otro extremo al terminal positivo de la batería de refuerzo 3. Conecte la segunda pinza al terminal negativo de la batería de refuerzo 4. Entonces, conecte el otro extremo al bloque del motor del vehículo con la batería muerta.
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Cuando quite los cables auxiliares, invierta el procedimiento de conexión y mantenga las pinzas separadas hasta que hayan sido desconectadas de la fuente de energía para prevenir formación de arco. Mantenimiento de la batería La batería es el corazón del sistema eléctrico. No se pueden realizar pruebas exactas en cualquier parte del sistema eléctrico, a menos que la batería esté funcionando de manera adecuada y completamente cargada. Pruebas de las baterías Se deben realizar pruebas a la batería para determinar su funcionamiento. Las pruebas que se realizan a las baterías incluyen: - Gravedad específica (prueba química) - Prueba de carga Prueba de gravedad específica en baterías convencionales La gravedad específica es la relación del peso de un líquido comparado con el peso del agua. Cuando usted realiza una prueba de gravedad específica de la batería, determina su estado de carga, basado en el porcentaje de ácido en el agua del electrolito. La concentración del electrolito varía directamente con el estado de carga de cada celda. A mayor gravedad específica, mayor capacidad de la batería para producir un potencial eléctrico. Las pruebas de gravedad específica se realizan usando un hidrómetro.
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Fig. 4.1.13 Hidrómetro
Los hidrómetros se calibran para medir correctamente la gravedad específica de un electrolito a una temperatura de 27°C (80°F). Para determinar una lectura corregida de la gravedad específica cuando la temperatura del electrolito es diferente a 27°C (80°F) se deben sumar a la lectura del hidrómetro cuatro puntos de gravedad (0,004) por cada 5,5°C (10°F) por encima de 27°C (80°F), o restar cuatro puntos de gravedad (0,004) por cada 5,5°C (10° F) por debajo de 27°C (80°F). Esto compensa la expansión y la contracción del electrolito por arriba o por debajo de la norma. La gravedad específica de cada celda de batería debe medirse usando el hidrómetro. Si se ha agregado agua recientemente a la batería, el hidrómetro no dará una lectura muy precisa del estado de carga de la batería. Cargue la batería lo suficiente para asegurar una completa mezcla del agua y el electrolito y entonces pruebe las celdas de la batería con el hidrómetro. La gravedad específica de la carga completa varía en los diferentes tipos de baterías. Algunas lecturas típicas son las siguientes: Estado de carga
Gravedad específica
100% 75% 50% 25% 0%
1,280 1,250 1,220 1,190 1,130
El electrolito debe estar claro. Un color marrón opaco indica que el material de la placa se está descomponiendo y que la batería está fallando. Cuando la lectura de la gravedad específica está por debajo de 1,250 (después de la corrección por temperatura), la batería puede estar en condiciones satisfactorias pero su estado de carga es bajo. Cargue la batería antes de realizar pruebas más a fondo.
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Cuando la lectura de la gravedad específica es mayor a 1,280 (después de las correcciones por temperatura), la batería puede estar en condiciones satisfactorias, pero por encima de la carga completa. En uso, la gravedad específica debe volver rápidamente a su gama normal. Realice pruebas más a fondo para determinar la condición de la batería. La variación de la gravedad específica de las celdas puede estar entre 30 y 50 puntos (0,030 a 0,050). Si la variación de las celdas excede esta cantidad, se indica una condición poco satisfactoria. Esto puede deberse a un consumo desigual de electrolito en las celdas, causado por un defecto interno, cortocircuito, activación inapropiada o deterioro por uso prolongado. Normalmente la batería debe reemplazarse. Sin embargo, una batería no puede descartarse basado únicamente en la lectura de la gravedad específica. Deben hacerse pruebas más a fondo. Prueba de gravedad específica en baterías libre de mantenimiento Observe el estado del indicador de carga (si viene incorporado) de la batería para decidir si la batería requiere carga antes de la prueba. Punto verde visible Si el punto verde del indicador del estado de carga de la batería es visible, la carga de la batería y el nivel de fluido están dentro de la gama. En algunas ocasiones, después de arranques prolongados, el punto verde puede aun permanecer visible, pero la batería no tiene suficiente potencia de arranque. Si esto ocurre, cargue la batería. Punto verde no visible Cargue la batería de acuerdo con las especificaciones del fabricante Indicador amarillo En algunas ocasiones, el indicador de prueba puede volverse amarillo, lo cual indica un nivel bajo de electrolito. En este caso la batería no debe probarse, o ser cargada o iniciada con cables auxiliares porque existe una posibilidad alta de que la batería pueda explotar.
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Usando un voltímetro digital, verifique el voltaje de la batería en los bornes de la batería. Si el voltaje de la batería está por debajo de 12,0 voltios, cargue la batería. Use un probador de carga de batería para quitar la carga superficial de la batería. Ajuste el probador de carga a 50% del amperaje de arranque en frío de la batería (CCA) por cinco segundos. Deje pasar cinco minutos antes de hacer la prueba. Verifique el voltaje de la batería en los terminales de la batería. El voltaje debe estar sobre 12,4 V (lo cual indica al menos 75% de carga) antes de realizar una prueba de carga. Si el voltaje es menor a 12,4 V (lo cual indica una carga por debajo de 75%), cargue la batería y realice la prueba de nuevo.
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Fig. 4.1.14 Probador de carga de la batería
Una prueba de carga es el mejor indicador del estado de la batería. Si el estado de carga es de 75% o mayor, se le puede hacer una prueba de carga (prueba de capacidad) a la batería. Sin embargo, si el estado de carga es menor a 75%, se debe cargar la batería. Procedimientos típicos de prueba de carga: 1. Conecte los cables del amperímetro y del voltímetro del probador al borne correspondiente de la batería. La perilla de control de carga debe estar en posición “desconectada”. 2. Gire la perilla de control a la derecha hasta que la lectura del amperímetro sea la mitad del valor de arranque en frío de la batería o el especificado por el fabricante de la batería. 3. Mantenga la carga por 15 segundos; entonces, anote la lectura del voltímetro y gire la perilla de control a la posición “desconectada”. Si la lectura del voltímetro está dentro de la franja verde, 9,6 V para una batería de 12 voltios, 4,8 V en una batería de 6 V, o es mayor, la batería tiene buena capacidad de salida. No obstante, aunque la batería deba pasar la prueba de carga, ésta puede requerir aun alguna carga para lograr el tope de rendimiento. Cuando una batería está fría, tiene una capacidad de descarga más baja. Si una batería fría falla la prueba de capacidad, permita que alcance 27°C (80°F) y haga la prueba nuevamente. Prueba de voltaje de circuito abierto La prueba de voltaje de circuito abierto puede usarse en baterías libres de mantenimiento para indicar el estado de carga si la batería no tiene un indicador de estado de carga. Para realizar esta prueba, la batería no debe haber sido descargada totalmente o cargada recientemente.
NOTAS
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Nombre ________________________________ MEDICIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA PRÁCTICA DE TALLER 4.1.1 Objetivo de la práctica: Dados una batería de plomo-ácido y un hidrómetro, determinar la condición de la batería realizando la prueba de gravedad específica. Herramientas: 1. HProbador de batería 1U7297 (Hidrómetro) 2. Toallas de papel Indicaciones: Tome las lecturas de cada celda y regístrelas abajo. Anote la temperatura del electrolito. La mayoría de los hidrómetros tienen una escala corregida de temperaturas. Nota: Siempre tenga a mano una toalla de papel para sostener el extremo del hidrómetro cuando lo saque de la celda luego de la medición. Una toalla de papel es mejor que un trapo, ya que el trapo podría emplearse en otras cosas o ser colocado en el bolsillo, donde el ácido rápidamente puede corroer la tela. Las toallas de papel pueden desecharse. Sea muy cuidadoso y no permita que salpique ácido a su piel, o aun peor, en sus ojos. En caso de caer ácido a sus ojos, mantenga abiertos los párpados y lave con abundante agua por no menos de 15 minutos. Prueba de gravedad específica Celda 1: _________ Celda 2: _________ Celda 3: _________ Celda 4: _________ Celda 5: _________ Celda 6: _________ Examine el color del electrolito. Este debe ser transparente. Un color marrón o similar indica que el material de la placa se está descomponiendo y que la batería está fallando. ¿Qué debe hacerse si la lectura de la gravedad específica es menor a 1,225?___________________ Indicaciones: Cargue la batería y vuelva a tomar la gravedad específica. ¿Qué debe hacerse si hay una diferencia de más de 0,050 unidades de gravedad entre cualquiera de las celdas? _________________________________________________________ Explique brevemente los resultados y dificultades encontrados al realizar la prueba. __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________.
Copia del Estudiante: Práctica de Taller 4.1.1
Unidad 4 Copia del Estudiante: Práctica de Taller 4.1.1
NOTAS
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Fundamentos de los Sistemas Eléctricos
Nombre ________________________________ PRUEBA DE CARGA DE LA BATERÍA PRÁCTICA DE TALLER 4.1.2 Objetivo de la práctica: Dados una batería, un multímetro digital, un amperímetro de inserción y un probador de carga de la batería, determinar la condición de la batería realizando la prueba de carga. Herramientas: 1. 2. 3. 2.
Probador de carga de la batería No. de pieza 4C4911 o su equivalente Amperímetro de inserción No. de pieza 8T0900 o su equivalente Multímetro digital No. de pieza 9U7330 o su equivalente Prueba de carga de la batería (SEHS9249)
Indicaciones: Siguiendo los pasos de la Instrucción Especial realice la prueba de carga y registre los resultados abajo 1. Determine el estado de la carga de la batería realizando la prueba de voltaje al circuito abierto. Medición de voltaje (antes de quitar la carga superficial):______________ voltios. Medición de voltaje (después de quitar la carga superficial): ____________ voltios 2. Conecte el probador de carga 4C4911. La perilla de control de carga debe estar en la posición “DESCONECTADA”. 3. Determine la especificación de Amperaje de Arranque en Frío (CCA) de la batería, usando el manual de referencia apropiado. La especificación de Amperaje de Arranque en Frío (CCA) es de__________amperios 4. Gire la perilla de control a la derecha hasta que la lectura del amperímetro sea la mitad del valor de la especificación del Amperaje de Arranque en Frío (CCA) de la batería. 5. Mantenga la carga por 15 segundos; luego, anote la lectura del voltímetro y gire la perilla de control de nuevo a la posición “DESCONECTADA”. Medición de voltaje: __________ voltios 6. ¿Qué acción debe tomarse si la medición del primer voltaje del paso 1 es menor a 12,0 voltios?_____________________________________________________ 7. ¿Qué acción debe tomarse si la medición del voltaje del paso 5 es menor a 9,6 voltios? _______________________________________________________
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Unidad 4 Copia del Estudiante Práctica de Taller 4.1.2
NOTAS