Hemos
podido escuchar muchas veces cuando estamos reunidos en grupos
los problemas que presentan las baterías, los temas mas comunes
que suelen mencionar son: cuanto tiempo de vida tienen las baterías,
como sabemos si se encuentran en óptimas condiciones, que tamaño
se requiere para determinado aeromodelo, la dichosa memoria,
etc, y nos encontramos en un mundo muy amplio y con opiniones
muy diferentes en los mismos temas provocándonos mayor confusión;
así que lo dejamos allí y quedamos en la mayor parte de los
casos con el mismo error y tal vez hemos aumentado las numerosas
incertidumbres que nos ofrecen el mundo de las baterías.
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En
realidad han existido numerosos casos de la destrucción
total de un modelo radio controlado por alguna consecuencia
relacionada con las baterías, existen numerosas consecuencias
y podríamos decir ciertamente que la mayoría son por
desconocimiento del operador. Comencemos identificando
los tipos de baterías que existen, sus respectivos nombres,
abreviaturas y especialmente las utilizadas en radio
control. Básicamente existen cinco tipo de baterías:
-
Nickel
Cadmiun ( NiCd ).
- Nickel-Metal Hydride ( NiMH ).
- Lead Acid.
- Lithium Ion ( Li-ion ).
- Lithium Ion Polymer ( Li-ion Polymer ).
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Las baterías Nickel Cadmiun fueron inventadas
en 1899 por Waldmar Jungner, de allí han obtenido un gran
desarrollo hasta nuestros días, son las mas utilizadas en
la actualidad y se podría decir que están en mas de 70 % de
los equipos electrónicos a nivel mundial. Las baterías NiCd
son utilizadas donde se requiere larga durabilidad, alta capacidad
de proporcionar energía y lo mas importante, precios económicos.
Estas baterías son utilizadas en su mayor parte en Radios
Transmisores, equipos médicos, Cámaras de vídeo profesionales,
Radio control y herramientas de trabajo. Las baterías NiCd
contienen metales tóxicos y no es ambientalmente amistosa.
Podemos resumir algunas ventajas y limitaciones de las baterías
NiCd:
| Ventajas |
*
Acepta fácilmente Carga Rápida y Carga Lenta.
* Con apropiado
mantenimiento, la batería puede llegar a 1000
Ciclos de Carga.
* Proporcionan buena eficiencia y se pueden cargar
a bajas temperaturas.
* Larga vida en cualquier método de carga.
* De fácil transporte y almacenaje.
* Baja temperatura de trabajo.
* Son las mas económicas.
* Disponibles en muchos tamaños.
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| Limitaciones |
*
Relativamente de baja densidad de energía comparada
con las otras baterías
* Por el efecto memoria, estas tienen que ser periódicamente
reciclada.
* Contiene Materiales Tóxicos, algunos países tienen
limitación para su uso.
* Moderado consumo de su propia energía en el almacenaje.
* Necesita ser recargada después del almacenaje. |
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Las
baterías Nickel-Metal Hydride contiene mayor
densidad de energía comparadas con las NiCd pero el ciclo
de vida es mas reducido. Estas baterías no contienen metales
tóxicos. Las principales aplicaciones son Teléfonos Celulares
y Computadores portátiles.
Las
Baterías Lead Acid, son las mas económicas, proporcionan
mayor tiempo de energía, pero son utilizadas donde el peso
y volumen no son importantes. Entre las principales aplicaciones
tenemos, Equipos para hospitales, carros eléctricos para carga,
Automóviles, Lámparas de emergencia y sistemas de respaldo
UPS.
Las
Baterías Lithium Ion son las utilizadas donde
se requiere alta densidad de energía y el peso es de extremada
importancia. Son las baterías mas costosas. Sus principales
aplicaciones esta en teléfonos Celulares y Computadores portátiles.
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NiCd
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NiMH
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Lead Acid
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Li-ion
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Densidad
de Energía (Wh/kg)
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45-80
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60-120
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30-50
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110-160
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Ciclos
de Vida
|
1500
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300-500
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200-300
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500-1000
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Tiempo
en carga Rápida
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1 h
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2-4 h
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8-16 h
|
2-4 h
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Tolerancia
a la sobrecarga
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Moderada
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Baja
|
Alta
|
Muy Baja
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Descarga
de energía por mes
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20%
|
30%
|
5%
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10%
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Voltaje
de la Celda
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1.25
|
1.25
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2.0
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3.6
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Mantenimiento
requerido
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30-60 Días
|
60-90 Días
|
3-6 Meses
|
No Requerido
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Costo
por Ciclo
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0.04 $
|
0.12 $
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0.10 $
|
0.14 $
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Comercial
uso desde
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1950
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1990
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1970
|
1991
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En el mundo del radio control nos hemos encontrado que la mayoría
de las personas tienen sus propias versiones del efecto memoria
en las baterías y muchas de ellas resultan ser incorrectas,
otras versiones son exageradas y encaminadas en temas que
no están relacionados; sin embargo, las siguientes líneas
estarán destinadas a informarle todo lo relacionado al efecto
memoria, como se combate y como se previene. La información
fue obtenida de la empresa CADEX
ELECTRONIX y las fotografías de soporte
fueron proporcionadas por United States Army Electronics Command.
El efecto memoria es un problema que afecta directamente a las
bateríasNickel Cadmiun ( NiCd ) en mayor
proporción. Cuando las baterías NiMH fueron introducidas al
mercado, estas fueron promocionadas como las baterías libre
de memoria, aunque esta información no es cierta, las baterías
NiMH padecen de memoria pero en mucho menor cantidad que las
baterías NiCd.
Las baterías Nickel Cadmiun utilizan material activo denominado
Cadmium. Este material esta dividido en pequeños cristales
que tienen un longitud de 1 Micrón. Esta pequeña medida en
los cristales le da la particularidad de que mayor cantidad
de ellos tienen contacto directo con el electrodo proporcionando
así mayor eficiencia o energía En la imagen izquierda se puede
observar el material en forma de cristales en condiciones
normales, es decir sin el efecto memoria presente. Cuando
el efecto memoria ocurre, estos cristales aumentan considerablemente
de tamaño entre 10 y 100 micrones implicando que menor cantidad
de ellos tendrán contacto directo con el electrodo precisamente
por su tamaño. Observe la imagen de la derecha en donde se
señala un cristal que apenas tiene 10 Micrón. Compare usted
mismo los cristales de ambas imágenes.
Cuando el efecto memoria ocurre ?. El efecto memoria expresado
por Duracell dice: El voltaje cae por que solo una porción
de los materiales activos de la batería son descargados y
recargados casi de igual forma por un cierto tiempo, por ejemplo,
si usted recarga una batería de 1000 mAh y utiliza tan solo
200 mAh y este proceso es repetido varias veces, el efecto
memoria aparecerá en su batería. Los materiales activos cambian
sus características físicas e incrementan su resistencia.
El efecto memoria tendrá un tamaño dependiendo del usuario,
por eso no existirá ninguna regla general. Si usted tan solo
utiliza un 10 % de la batería cada vez que la regarga, tendrá
un 90 % de Memoria en su batería, observe la imagen "D". En
el mundo del Radio Control, específicamente en el Helimodelismo
y Aeromodelismo, el efecto memoria es un factor importante,
por que la batería es prácticamente el corazón de su modelo.
Una falla de la batería por el efecto memoria, llegara a destruir
totalmente su modelo.
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COMO PREVENIR EL EFECTO
MEMORIA
El efecto memoria puede ser combatido fácilmente con tan solo descargar
la batería hasta sus niveles Mínimos. Para entender que es
el nivel mínimo, primero debemos entender que una batería
esta conformado por varias celdas. Una celda NiCd puede proporcionar
un voltaje de 1.2 Voltios, el voltaje mínimo que puede llegar
la celda es de 1.0 Voltios. Cuando usted consume la energía
de la batería desde 1.2 voltios hasta 1.0 voltios, obtendrá
un 99 % del total de la energía que puede proporcionar la
celda. En un paquete de batería conformado por 4 Celdas, el
voltaje nominal es de 4.8 Voltios y el voltaje mínimo es de
4.0 voltios.
En el caso de que usted descargue la celda hasta llegar a 0.2 voltios,
automáticamente existirá una inversión de polaridad que representa
un corto circuito si la celda esta conectada con otras, y
usted beberá cambiar automáticamente la celda o batería por
que no podrá ser corregida.
El termino utilizado para descargar las baterías es denominado
CYCLE. Los equipos que tienen capacidad de realizar esta tarea,
tienen pre establecido descargar las baterías hasta llegar
a 1.0 Voltios para evitar alcalzar los limites que invierten
la polaridad en una batería o celda.
Frecuentemente me encuentro con personas que me hacen la típica
pregunta de cuanto tiempo se requiere para cargar una batería
con determinado cargador ?. Para la mayoría es suficiente
conocer el tiempo que necesita para cargarla, posteriormente
si cambian el cargador volverán hacer la pregunta para resolver
el problema. Tal vez esto se debe a los conceptos básicos
mínimos requeridos para entender la terminología no son explicados
con sencillez. Antes de continuar, explicaremos esa terminología
sin llegar a conceptos complejos que no vienen al caso.
Las baterías suele contener la información impresa de la capacidad
de corriente que pueden suministrar y el voltaje. La capacidad
de corriente la suele expresarse de dos formas: La primera
de un Numero seguido de la palabra mAh, por
ejemplo 1000 mAh. Y la segunda de un numero
seguido de la palabra Ah, por ejemplo 7.0
Ah. El termino "mAh" significa mili-amperios
hora, y el termino "Ah" significa Amperios-Hora.
Pero que significa ambas terminologías ?. Si tenemos una batería
de 1000 mAh tan solo quiere decir que la batería tiene capacidad
de suministrar 1000 mili-Amperios constante durante una hora,
en otras palabras, si usted tiene una batería de 1000 mAh
completamente cargada y le conecta un equipo que consume 1000
mA, este permanecerá funcionando durante una hora. Si el equipo
consume 500 mA, este permanecerá funcionando durante 2 horas.
La equivalencia existente entre ambas terminologías es la siguiente:
1000 mA ( mili-Amperios ) = 1 A ( Amperio ). En la imagen
siguiente tenemos un paquete de baterías de 1700 mAh = 1.7
Amps, esta batería bien cargada tendrá capacidad de suministrar
1.7 Amps constantemente durante una hora. El suministro de
corriente no es un parámetro exacto ya que las baterías en
muy buenas condiciones pueden llegar a suministrar mayor cantidad
de corriente de la que tiene señalado. Cuando las baterías
comienzan a degradarse perderán progresivamente la capacidad
de proporcionar corriente debido a la cantidad de cargas y
descargas a las que son sometidas. También el tiempo de vida
de una batería esta relacionada directamente con el tipo de
carga y la temperatura a la cual es sometida.
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En el mercado podemos encontrar típicamente baterías de la misma
capacidad con la diferencia de tener mayor tamaño físico.
Algunas personas piensa que por tener mayor tamaño tienen
mayor capacidad de suministrar corriente ( mA ), la
cual no es cierto. A medida de que transcurre el tiempo
hemos visto que las baterías son mas pequeñas y mas
livianas pudiéndole manejar mayor cantidad de corriente.
Cuanto mayor corriente pueda manejar la batería, será
mas costosa. Finalmente, no podíamos dejar atrás cuales
son las marcas mas reconocidas por su calidad y durabilidad
ya que existen muchas empresas que fabrican baterías
Nicd, entre las mas reconocidas tenemos a SANYO
y PANASONIC.
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Existe una gran variedad de cargadores y desde ya podemos decirle
que no todos los cargadores son iguales, existe muchísima
diferencia entre las diferentes marcas. Algunos de ellos tan
solo cargan las baterías y otros de ellos pueden tener funciones
complejas de análisis. Ahora básicamente existen tres métodos
de carga para las baterías: Slow Charger ( Carga lenta ),
Quick Charger ( Carga Media ) y Fast Charger ( Carga Rápida
)
Carga Lenta ( Slow Charger ) - También es conocida
como " Overnight Charger " , el tiempo promedio de carga es
de 10 a 16 horas y representa el método mas económico. Este
tipo de carga solamente es amplicable para las baterías NiCd. Esta regido por
una formula muy sencilla : 0.1*C donde la variable "C" representa
la capacidad de corriente de la celda y 0.1 representa un
valor constante. Por ejemplo: si tenemos un paquete de baterías
de 1200 mA, la formula para carga lenta nos queda así: 0.1x1200
= 120 mA. Este resultado nos expresa que el adaptador de voltaje
( Cargador ) deberá tener 120 mA en su salida. Ahora para
conocer el tiempo que se requiere para cargar este paquete
de baterías, tan solo utilizamos la siguiente formula: Capacidad
de corriente de la batería / salida en mA del cargador; el
resultado viene expresado en Horas; por ejemplo: 1200 / 120
= 10 Horas. Lo que quiere decir que un paquete de baterías
de 1200 mA si es cargado con un cargador de 120 mA tardara
10 Horas. Por otro lado si tenemos un cargador de 50 mA el
tiempo de carga para una batería de 1200 mA seria: 1200 /
50 = 24 Horas.
La carga lenta típicamente no tiene un dispositivo que detecta
cuando la batería esta 100 % cargada, así que usted deberá
estar muy atento de no deja cargar la batería tiempo extra
por mas de 24 horas. Sobrecargas no controladas y alta temperatura
es un problema para las baterías Nicd. Ambos son factores
que destruyen progresivamente las baterías
Quick Charger, este tipo de carga es tres veces
mas rápida que la carga lenta. En la actualidad representa
el método de carga mas popularmente usado. El tiempo promedio
de la carga completa de un paquete de baterías es de 3 a 6
horas. Este método de carga esta regido por la formula 0.3*C
donde la variable "C" representa la capacidad de corriente
de la celda y 0.3 representa un valor constante. Por ejemplo:
si tenemos un paquete de baterías de 1200 mA, la formula para
Quick charge nos queda asi: 0.3x1200 = 360 mA. Este resultado
nos expresa que el adaptador de voltaje ( Cargador ) deberá
tener 360 mA en su salida. Ahora para conocer el tiempo que
se requiere para cargar este paquete de baterías, tan solo
utilizamos la siguiente formula: Capacidad de corriente
de la batería / salida en mA del cargador; el resultado
viene expresado en Horas; por ejemplo: 1200 / 360 = 3.33 Horas.
Lo que quiere decir que un paquete de baterías de 1200 mA
si es cargado con un cargador de 360 mA tardara 3 Horas con
33 minutos.
El método de carga Quick Charger requiere obligatoriamente un circuito
de control que se desconecte cuando la batería esta completamente
cargada, la sobrecarga y las temperaturas elevadas son factores
que acortan el tiempo de vida de las baterías Nicd.
Fast Charger, este método de carga ofrece algunas
ventajas con respecto a los dos métodos anteriores, por supuesto,
el principal es el tiempo que necesita para cargar un paquete
de baterías; sin embargo representa el método mas costoso
por que requiere de circuitos de control sofisticados y mayor
fuente de poder para cargar la batería El método también esta
regido básicamente por la siguiente formula: 1 * C donde la
variable "C" representa la capacidad de corriente de la celda
y 1 representa un valor constante. Por ejemplo: si tenemos
un paquete de baterías de 1200 mA, la formula para Fast charge
nos queda así: 1 x 1200 = 1200 mA. Este resultado nos expresa
que el adaptador de voltaje ( Cargador ) deberá tener 1200
mA en su salida. Ahora para conocer el tiempo que se requiere
para cargar este paquete de baterías, tan solo utilizamos
la siguiente formula: Capacidad de corriente de la
batería / salida en mA del cargador; el resultado
viene expresado en Horas; por ejemplo: 1200 / 1200 = 1 Hora.
Al igual que el método anterior, este método de carga requiere
obligatoriamente de un circuito de control que se desconecte
cuando la batería esta completamente cargada, la sobrecarga
y las temperaturas elevadas son factores que acortan el tiempo
de vida de las baterías Nicd.
Finalmente, cuando los métodos de carga Quick charge y Fast Charge
cargan completamente las baterías, el circuito de control
desconecta la carga para evitar su destrucción sea por sobrecarga
o por temperatura. desde el momento que se desconecta la carga
de las baterías, estas comienzan a consumir su propia energía
lentamente. Para evitar esto, los equipos suelen activar el
método de carga denominado TRICKLE que tan
solo es una corriente de mantenimiento. La corriente de mantenimiento
Tricke representa tan solo el 10 % de la carga en proceso
pero la carga no se realiza en forma constanste, si no en
forma pulsante; por ejemplo el cargador de Baterías Alpha
IV fabricado en los Estados Unidos, cuando este pasa al estado
de TRICKLE, el pulso de carga es emitido 25 veces por minuto
que representa un aproximado de un pulso cada 3 segundos.
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