Determinación del perfil de carga óptimo para baterías automotrices de plomo-ácido destinadas a ensayos de prototipos

Abstract

La batería de plomo-ácido ha sido siempre el sistema de almacenamiento electroquímico recargable más importante. Durante la fabricación de las baterías, existe un proceso llamado carga inicial, donde se forma el material activo en las placas y constituye la etapa más importante al ser determinante en la capacidad de la batería para ceder energía eléctrica. El proceso mediante el cual se suministra la carga inicial se denomina “Formación”. El grupo Duncan como principal productor de acumuladores en el país se ve en la necesidad de optimizar sus procesos y mejorar continuamente sus productos. Para lo que la empresa posee un departamento de Aseguramiento de Calidad, en el cual los productos que comercializa se someten a prueba y se impulsa el desarrollo de nuevos productos o prototipos. Éstos requieren de la determinación de sus variables eléctricas para medir el desempeño o funcionamiento de las baterías durante su operación. La determinación de estas variables es posible una vez que las baterías son cargadas. Existen diversos métodos de carga, sin embargo se desconoce cuál es el apropiado para los prototipos en estudio, considerando que éstos deben ser formados a la capacidad máxima, en el menor tiempo posible y con el menor gasto energético. El objetivo principal de este Trabajo Especial de Grado es determinar el perfil de carga óptimo de baterías automotrices de plomo-ácido destinadas a ensayos de prototipos. Así mismo, se desea relacionar el desempeño de las baterías con la temperatura máxima que alcanzan durante el proceso de formación; observar la influencia del perfil de carga en la composición cristalográfica de las placas formadas; calcular los factores de capacidad de reserva y capacidad nominal bajo el régimen de 20 horas; y hacer el análisis de varianza. Para el desarrollo de este trabajo se emplearán los prototipos más representativos de la gama de productos que se elaboran en Acumuladores Duncan C.A., como son los tipos: NS40, 22GR, 24E, 43GR, y 45FMR. Se observa para todos los modelos que, en general, la capacidad de reserva se incrementa con el ciclaje y con la carga suministrada. Las baterías que no siguen dicho comportamiento es porque probablemente presentan daños internos causados por sobreformación. Altas temperaturas durante el proceso de formación dañan las baterías ocasionando corrosión en las placas positivas y desprendimiento del expansor en las placas negativas, que disminuyen la capacidad útil de las baterías. Ocurre que para los modelos NS40 y 22GR, el método de formación más adecuado consiste en formar las baterías en dos pasos. Mientras que para los modelos 24E, 43GR y 45FMR es más adecuado formar en un paso. Para todos los modelos, excepto para el modelo 45FMR es más conveniente cargar con el 20% adicional a producción. Para éste modelo es más conveniente cargar con 40% adicional a producción, sin embargo se sugiere realizar nuevas experiencias debido a que ninguna de las baterías cumple con el requisito de capacidad de reserva por ya que las mismas tal vez no suministren la capacidad establecida por las Normas de Calidad Duncan. El componente principal de las placas formadas es la modificación del dióxido de plomo, por lo que probablemente el método y/o carga suministrados durante formación de carga no es un factor determinante en la formación selectiva de la modificación ó . En general, el rango de variación del factor de capacidad de reserva es más amplio que el del factor de capacidad 20 horas. Se observa que los valores del factor de capacidad de reserva disminuyen con el ciclaje y con la carga suministrada. El factor de capacidad 20 horas se encuentra en el rango 6,7-9,0 g/Ah. Para un mismo modelo las diferencias no superan el 5%. Durante el análisis de varianza, se observa que las diferencias en los resultados pueden atribuirse al perfil de carga, excepto en el modelo 22GR, para el que deben realizarse nuevos experimentos a fin de reducir la dispersión en los resultados.