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Las carretillas industriales con motor eléctrico como las carretillas elevadoras y las transpaletas eléctricas necesitan una batería de accionamiento para su funcionamiento. Hoy en día, dependiendo del modelo de la máquina, se utilizan baterías de iones de litio, de plomo-gel, de níquel-cadmio o de hierro-fosfato. En todos los tipos de baterías, la energía eléctrica se convierte en energía química a través de procesos químicos irreversibles. Tanto para el desplazamiento del vehículo, como para la subida y bajada del mástil o de la plataforma de elevación, la energía así almacenada se convierte nuevamente en energía eléctrica.
Aunque es muy común hablar de “baterías” en relación con la tecnología de las carretillas industriales, el término no es estrictamente correcto. Las unidades de almacenamiento de energía utilizadas en las transpaletas y apiladoras eléctricas son acumuladores recargables, también conocidos como células secundarias. Por su parte, el término batería se utiliza cuando la recarga no es posible. Estas pilas primarias no recargables pueden estar hechas, por ejemplo, de zinc-carbono o álcali-manganeso. No obstante, a continuación emplearemos el término común “batería” para presentar en detalle esta tecnología para carretillas elevadoras, transpaletas y apiladoras. Es decir, para las carretillas industriales en general.
Estructura y funcionamiento de las baterías para carretillas elevadoras
Las baterías de las apiladoras eléctricas y transpaletas que funcionan con electricidad son elementos galvánicos en los que los conductores están separados eléctricamente. Para ello, la batería se compone de celdas individuales conectadas en paralelo. Cada célula de la batería está compuesta por:
• Un cátodo cargado negativamente (polo positivo) hecho de óxido de metal
• Un ánodo cargado positivamente (polo negativo) hecho de material metálico
• Un electrolito
• Una placa de separación (separador)
Cuando la batería se descarga -por ejemplo, cuando se levanta el mástil de la apiladora eléctrica- los electrones cargados negativamente fluyen desde el cátodo al ánodo a través del proceso químico de la electrólisis que se produce dentro de la batería. Durante este proceso, pasan a través del separador, que es permeable a los iones, pero no conductor de la electricidad. De esta forma, el componente evita que se produzca un cortocircuito en las celdas de la batería de la carretilla. Durante el proceso de descarga, la densidad del ácido en las baterías disminuye y el voltaje de las celdas se reduce.
Se necesita corriente continua para recargar la batería. El cargador de baterías consume corriente trifásica o alterna de la red y, de este modo, se transforma la tensión de la red en la tensión que la batería necesita y logrando así, la corriente. Durante este proceso, la energía eléctrica se convierte en energía química. Los electrones se desprenden del ánodo, el gradiente de carga original se restablece y la densidad del ácido aumenta.
Para que la tecnología de baterías alcance la tensión nominal necesaria para el funcionamiento de las carretillas industriales, se conectan varias celdas de batería en cadena para formar el principio de una batería de tracción.
Baterías de tracción para carretillas elevadoras y transpaletas
La tecnología de baterías descrita anteriormente para las carretillas industriales de propulsión eléctrica también se conoce como batería de tracción. Se distinguen de las baterías de arranque convencionales utilizadas principalmente en turismos o también en carretillas elevadoras con motor de combustión interna en lo siguiente: en que las baterías de arranque están diseñadas, principalmente, para suministrar una gran cantidad de electricidad durante un corto periodo de tiempo; es necesario para arrancar el motor de combustión interna de un coche o una carretilla elevadora diésel.
Las baterías de tracción, por su parte, están diseñadas específicamente para apiladoras y carretillas industriales. En este tipo de tecnología, también conocida como baterías de placa blindada, cada célula está construida en capas de placas. La placa positiva está blindada con tejido de vidrio y gracias a este diseño se aumenta la estabilidad mecánica de las células y, con ello, la estabilidad del ciclo (el número de recargas posibles).
El principio fundamental es la conexión en serie de las celdas individuales de la batería. Como cada célula tiene una tensión nominal de 2 voltios, las tensiones se suman cuando las células se conectan en serie. Esto da como resultado, por ejemplo, una tensión de funcionamiento de 48 V para una transpaleta eléctrica compuesta por 24 células de 2 voltios. Los tipos de células son el resultado del número de placas de una célula. Por su parte, la capacidad de la batería se especifica en Ah (Amperio-hora).
Baterías de plomo para apiladoras y transpaletas
En una batería de plomo-ácido, el ánodo está compuesto de plomo y el cátodo de óxido de plomo. El electrolito utilizado es ácido sulfúrico diluido en agua destilada. Las baterías de plomo-ácido son muy potentes y, en comparación con las de iones de litio, son bastante más baratas de adquirir.
Debido a los tiempos de carga relativamente largos y a su baja densidad energética, estas baterías son óptimas si se trabaja siguiendo el sistema de un solo turno y para carretillas industriales que solo se utilicen ocasionalmente. Sin embargo, si las apiladoras o transpaletas eléctricas se utilizan en sistemas de almacén de alto rendimiento, merece la pena utilizar baterías más potentes como las de níquel-cadmio o las de iones de litio.
Las baterías de plomo también tienen otras desventajas: al cargarlas, el agua de las celdas de la batería se evapora y esto obliga a rellenarlas regularmente. Es decir, debe comprobarse siempre el nivel del electrolito, como mínimo media hora después del final del proceso de carga. Si no quedara suficiente solución en las celdas, hay que rellenarlas con agua destilada y desmineralizada. También el nivel de agua debe comprobarse al menos una vez a la semana.
Otro punto crítico en la carga de las baterías de plomo-ácido es la gasificación; proceso que se produce al final de la carga y que impulsa la circulación del electrolito que pasa a mezclarse en las celdas de la batería, evitando la perjudicial estratificación ácida. No obstante, en las celdas se produce simultáneamente un aumento de la temperatura afectando de forma negativa a la vida útil de la batería de tracción. Además, este aumento de la temperatura puede conducir, también, a la producción del llamado gas oxihidrógeno (una mezcla explosiva de hidrógeno y oxígeno). En las baterías modernas de plomo-ácido, la gasificación se evita mediante la inyección de aire. Todo esto también acorta el tiempo de carga. Las baterías de plomo con circulación del electrolito mediante inyección de aire son adecuadas, también, para la carga intermedia.
Baterías de plomo-gel: tecnología sin necesidad de mantenimiento
Las baterías de plomo-gel y también las de vellón no requieren mantenimiento. Esto significa que no es necesario añadirles agua durante toda su vida útil. Además, las celdas están selladas a prueba de gases, por lo que no se producen molestias por los olores del gas hidrógeno.
En las baterías de plomo-gel o de vellón, el electrolito de las celdas ya no es líquido; esto se consigue añadiendo ácido silícico. En este tipo de baterías, un vellón de fibra de vidrio situado entre los electrodos absorbe completamente la solución electrolítica, permitiendo cargar las baterías sin una fase de gaseado. Sin embargo, una batería sin mantenimiento sólo puede descargarse hasta el 60% de su capacidad nominal (frente al 80% de las baterías húmedas).
Baterías de níquel-cadmio
Las baterías de níquel-cadmio (baterías de Ni-Cd) son más potentes y fáciles de manejar que las de plomo-ácido y en ellas se emplea la lejía de potasa como catalizador. En general, la estabilidad de las celdas de esta tecnología de baterías para carretillas elevadoras y transpaletas eléctricas es mayor que la de las baterías de plomo-ácido; la autodescarga se produce solo en una pequeña medida y se generan mayores corrientes de carga y descarga. Las baterías también son adecuadas para la carga intermedia y, por tanto, son ideales para su uso en carretillas industriales que deben estar en funcionamiento durante varios turnos. A diferencia de las baterías de iones de litio, las de Ni-Cd son mucho menos sensibles a la temperatura y funcionan perfectamente en rangos de temperatura de -40° a +50° Celsius.
El temido efecto memoria, que hace que la capacidad de la batería disminuya a largo plazo como resultado de múltiples descargas o recargas parciales, solo se produce en las primeras generaciones de baterías de níquel-cadmio. Las variantes modernas solo se ven afectadas por este efecto en pequeña medida, de modo que ya no es necesaria la descarga completa antes de cada ciclo de carga.
Baterías de iones de litio
Las baterías de litio son la nueva generación de baterías para carretillas elevadoras y transpaletas. Estas son muy potentes y tienen una alta densidad de energía, por lo que permiten altas corrientes; todo ello con un diseño mucho más compacto que otras. En las baterías de iones de litio, los átomos de litio ionizados se mueven en un electrolito anhidro o polímero que se encuentra entre un electrodo positivo de óxido metálico y un electrodo negativo de grafito. Las películas no tejidas o las de polímero actúan aquí como separadores.
Esta tecnología convence gracias a que tienen un efecto memoria apenas medible y -si se cuidan bien- una larga vida útil. Además, a diferencia de las baterías de plomo, las baterías de litio recargables pueden cargarse en cualquier momento. Los tiempos de carga, generalmente mucho más cortos, hacen que sean óptimas para carretillas elevadoras y transpaletas que se utilizan en almacenes y entornos operativos con funcionamiento en varios turnos y altas tasas de manipulación. Las baterías de iones de litio necesitan menos recargas debido a su mayor eficiencia; en los procesos de frenado puede recuperarse la energía. Sin embargo, debido a la susceptibilidad frente a las temperaturas extremas, solo pueden aprovecharse plenamente en las carretillas industriales eléctricas de interior.
No obstante, las ventajas de las baterías de iones de litio superan claramente los inconvenientes que plantean. Es cierto que su adquisición es bastante más cara en comparación con las baterías de plomo-ácido o Ni-Cd y que pueden incendiarse si entran en contacto con el agua o si la temperatura ambiente es demasiado alta, pero esto no quita que las baterías de iones de litio son una de las tecnologías de baterías más potentes y versátiles disponibles actualmente en el mercado para las carretillas industriales.
Cómo elegir la tecnología de baterías adecuada para sus carretillas
La tecnología de baterías que desee utilizar para sus carretillas elevadoras o transpaletas depende, en gran medida, del uso que tenga previsto para estas. Para su uso en la intralogística de alto rendimiento, las baterías de iones de litio o las de níquel-cadmio son una excelente opción. Si el empleo de las carretillas industriales solo desempeña un papel secundario en su empresa, las baterías de plomo-ácido o de plomo-gel son baratas y perfectamente adecuadas como baterías de accionamiento.
No obstante, es igualmente cierto que, con independencia del tipo de batería de la que se trate, su cuidado, mantenimiento, almacenamiento y eliminación requieren conocimientos técnicos y equipos operativos legalmente prescritos como, por ejemplo, estanterías de sustancias peligrosas y otros dispositivos. Además, para manipular las baterías es necesario contar con empleados formados para evitar perjuicios en la salud y materiales.
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