Baterías de níquel-cadmio - Nickel-Cadmium Batteries 

Los materiales activos de las pilas de níquel-cadmio (Ni-Cad) son el hidrato de níquel (NiOOH) en la placa positiva cargada (ánodo) y el cadmio esponjoso (Cd) en la placa negativa cargada (cátodo). El electrolito es una solución de hidróxido de potasio (KOH) en una concentración del 20-34 por ciento en peso de KOH puro en agua destilada. 

Las pilas de níquel-cadmio sinterizado tienen matrices de níquel sinterizado relativamente finas que forman una estructura de rejilla de placas. La estructura de rejilla es muy porosa y está impregnada del material positivo activo (hidróxido de níquel) y del material negativo (hidróxido de cadmio). A continuación, las placas se forman mediante la sinterización del polvo de níquel en una malla metálica fina. En otras variaciones del proceso, el material activo de la matriz sinterizada se convierte químicamente, o térmicamente, en un estado activo y luego se forma.  

En general, estos ciclos de impregnación y formación tienen muchos pasos. Las células de placa fina sinterizada son ideales para un servicio de carga y descarga de muy alta velocidad. Las células de níquel-cadmio de placa de bolsillo tienen el material activo positivo o negativo, presionado en bolsillos de placas de acero niquelado perforadas o en tubos. El material activo está atrapado de forma segura en contacto con un colector de corriente metálico, por lo que se elimina en gran medida el desprendimiento de material activo. Los diseños de las placas varían en grosor dependiendo de los requisitos de servicio de los ciclos. La tensión típica de circuito abierto de una batería de níquel-cadmio es de aproximadamente 1,25 voltios. 

Funcionamiento de las celdas de níquel cadmio 

Cuando se aplica una corriente de carga a una batería de níquel-cadmio, las placas negativas pierden oxígeno y comienzan a formar cadmio metálico. El material activo de las placas positivas, el níquel-hidróxido, se oxida más. Este proceso continúa mientras se aplica la corriente de carga o hasta que se elimina todo el oxígeno de las placas negativas y sólo queda cadmio. 

Hacia el final del ciclo de carga, las celdas emiten gas. Esto también ocurre si las celdas se sobrecargan. Este gas se produce por la descomposición del agua del electrolito en hidrógeno en las placas negativas y en oxígeno en las positivas. La tensión utilizada durante la carga, así como la temperatura, determinan el momento en que se produce la gasificación. Para cargar completamente una batería de níquel-cadmio, debe producirse un poco de gaseo, aunque sea leve, por lo que se utiliza algo de agua. 

La acción química se invierte durante la descarga. Las placas positivas ceden lentamente el oxígeno, que es recuperado por las placas negativas. Este proceso da lugar a la conversión de la energía química en energía eléctrica. Durante la descarga, las placas absorben una cantidad de electrolito. En la recarga, el nivel del electrolito aumenta y, en la carga completa, el electrolito está en su nivel más alto. Por lo tanto, sólo debe añadirse agua cuando la batería esté totalmente cargada. 

La batería de níquel-cadmio suele ser intercambiable con la de plomo-ácido. Cuando se sustituye una batería de plomo-ácido por una de níquel-cadmio, el compartimento de la batería debe estar limpio, seco y libre de todo rastro de ácido de la antigua batería. El compartimento debe lavarse y neutralizarse con una solución de amoníaco o ácido bórico, dejarse secar completamente y pintarse con un barniz resistente a los álcalis. 

La almohadilla del tarro del sumidero de la batería debe saturarse con una solución de ácido bórico y agua al tres por ciento (en peso) antes de conectar el sistema de ventilación de la batería. 

Mantenimiento general y precauciones de seguridad

Consulte al fabricante de la batería para obtener instrucciones de servicio detalladas. A continuación se ofrecen recomendaciones generales de mantenimiento y precauciones de seguridad. Para las celdas de níquel-cadmio ventiladas, los requisitos generales de mantenimiento son: 

• Hidratar las celdas para suplir el agua perdida durante la sobrecarga. 
• Mantener los conectores entre celdas con los valores de par adecuados. 
• Mantener la parte superior de las celdas y los lados expuestos limpios y secos.

Capacidad - Capacity 

La capacidad se mide cuantitativamente en amperios-hora suministrados a una velocidad de descarga especificada hasta una tensión de corte especificada a temperatura ambiente. La tensión de corte es de 1,0 voltios por celda. La capacidad disponible de la batería depende de varios factores, entre ellos 

1. El diseño de la celda (la geometría de la celda, el grosor de la placa, el hardware y el diseño de los terminales rigen el rendimiento en condiciones específicas de uso de la temperatura, la tasa de descarga, etc.).

2. La tasa de descarga (las tasas de corriente altas producen menos capacidad que las tasas bajas).

3. Temperatura (los niveles de capacidad y tensión disminuyen a medida que la temperatura de la batería se aleja del rango de 60 °F (16 °C) a 90 °F (32 °C) hacia los extremos altos y bajos).

4. Tasa de carga (las tasas de carga más altas generalmente producen una mayor capacidad).

Capacidades de las baterías de avión por especificación 

El índice de una hora es el índice de descarga que una batería puede soportar durante 1 hora con el voltaje de la batería igual o superior a 1,67 voltios por celda, o 20 voltios para una batería de plomo-ácido de 24 voltios, o 10 voltios para una batería de plomo-ácido de 12 voltios. La capacidad de una hora, medida en amperios hora (Ah), es el producto de la tasa de descarga y el tiempo (en horas) hasta la tensión final especificada. 

La tasa de emergencia es la carga esencial total, medida en amperios, necesaria para soportar el bus esencial durante 30 minutos. Es la tasa de descarga que una batería puede soportar durante 30 minutos con la tensión de la batería igual o superior a 1,67 voltios por celda, o 20 voltios para una batería de plomo-ácido de 24 voltios, o 10 voltios para una batería de plomo-ácido de 12 voltios. 

Instalaciones de almacenamiento y mantenimiento 

Deben mantenerse instalaciones separadas para el almacenamiento y/o el mantenimiento de las baterías de plomo-ácido de electrolito inundado y de NiCd. La introducción de electrolito ácido en el electrolito alcalino provoca daños permanentes en las baterías de NiCd con ventilación (electrolito inundado) y viceversa. 

Sin embargo, las baterías que están selladas pueden cargarse y comprobar su capacidad en la misma zona. Dado que el electrolito de una batería de plomo-ácido regulada por válvula se absorbe en los separadores y las placas porosas, no puede contaminar una batería de NiCd aunque se revisen en la misma zona. 

ADVERTENCIA: Es extremadamente peligroso almacenar o reparar baterías de plomo-ácido y NiCd en la misma zona. La introducción de electrolitos ácidos en el electrolito alcalino destruye el NiCd, y viceversa. 

Congelación de la batería 

Las baterías de plomo-ácido descargadas y expuestas a temperaturas bajas están sujetas a daños en las placas debido a la congelación del electrolito. Para evitar los daños por congelación, mantenga la gravedad específica de cada celda a 1,275 o, en el caso de las baterías de plomo-ácido selladas, compruebe la tensión del circuito abierto. El electrolito de las baterías de NiCd no es tan susceptible a la congelación porque no se produce ningún cambio químico apreciable entre los estados de carga y descarga. Sin embargo, el electrolito se congela a aproximadamente -75 °F. 

Corrección de la temperatura 

Las baterías de plomo-ácido fabricadas en Estados Unidos se consideran completamente cargadas cuando la lectura de la gravedad específica está entre 1,275 y 1,300. Una batería de 1/3 descargada da una lectura de aproximadamente 1,240 y una batería de 2/3 descargada muestra una lectura de gravedad específica de aproximadamente 1,200 cuando se prueba con un hidrómetro a una temperatura del electrolito de 80 °F. Sin embargo, para determinar lecturas precisas de la gravedad específica, debe aplicarse una corrección de temperatura a la indicación del hidrómetro. 

Carga de la batería 

El funcionamiento de las baterías de aeronaves más allá de sus límites de temperatura ambiente o de tensión de carga puede dar lugar a temperaturas excesivas de las celdas, lo que provoca la ebullición del electrolito, el rápido deterioro de las celdas y el fallo de la batería. La relación entre la tensión de carga máxima y el número de celdas de la batería también es importante. 

Esto determina (para una temperatura ambiente y un estado de carga determinados) la velocidad a la que se absorbe la energía en forma de calor dentro de la batería. En el caso de las baterías de plomo-ácido, la tensión por celda no debe superar los 2,35 voltios. En el caso de las baterías de NiCd, el límite de tensión de carga varía según el diseño y la construcción. Generalmente se utilizan valores de 1,4 y 1,5 voltios por celda. En todos los casos, siga las recomendaciones del fabricante de la batería. 

Inspección de la batería de la aeronave 

La inspección de la batería de la aeronave consiste en los siguientes puntos: 

• Inspeccionar el tarro del sumidero de la batería y los conductos para comprobar su estado y seguridad. 
• Inspeccione los terminales de la batería y desconecte rápidamente los enchufes y las clavijas para ver si hay evidencia de corrosión, picaduras, arcos eléctricos y quemaduras. Limpie según sea necesario. 
• Inspeccione los conductos de drenaje y ventilación de la batería en busca de restricciones, deterioro y seguridad. 
• Los procedimientos rutinarios de inspección antes y después del vuelo deben incluir la observación de evidencias de daños físicos, conexiones sueltas y pérdida de electrolito. 

Sistemas de ventilación 

Los aviones modernos están equipados con sistemas de ventilación de baterías. El sistema de ventilación elimina los gases y vapores ácidos de la batería para reducir el riesgo de incendio y eliminar los daños a las piezas del fuselaje. El aire se transporta desde una toma exterior del avión a través de un tubo de ventilación hasta el interior de la caja de la batería. 

Después de pasar por la parte superior de la batería, el aire, los gases de la batería y los vapores de ácido se transportan a través de otro tubo hasta el sumidero de la batería. Este sumidero es un tarro de cristal o plástico con una capacidad mínima de medio litro. En el frasco hay una almohadilla de fieltro de aproximadamente 1 pulgada de espesor saturada con una solución de bicarbonato de sodio y agua al 5 por ciento. 

El tubo que lleva los humos al sumidero se extiende dentro de la jarra hasta aproximadamente 1/4 pulgadas de la almohadilla de fieltro. Un tubo de descarga por la borda va desde la parte superior de la jarra del sumidero hasta un punto fuera del avión. La salida de este tubo está diseñada para que haya presión negativa en el tubo siempre que el avión esté en vuelo. Esto ayuda a asegurar un flujo continuo de aire a través de la parte superior de la batería a través del sumidero y fuera del avión. Los vapores ácidos que entran en el sumidero son neutralizados por la acción de la solución de sosa, evitando así la corrosión de la piel metálica del avión o el daño de la superficie de la tela.