Cómo funciona la batería de un vehículo
La batería de un vehículo
La batería es un acumulador y proporciona la energía eléctrica para el motor de arranque de un motor de combustión, como por ejemplo de un automóvil, de un alternador del motor o de la turbina de gas de un avión. Usada como fuente de energía para la tracción de un vehículo eléctrico se les denomina baterías de tracción. Los vehículos híbridos pueden utilizar cualquiera de los dos tipos de baterías.
El arranque de un motor de combustión, requiere en un breve espacio de tiempo, corrientes muy elevadas de hasta cientos de amperios. La batería ha de cumplir este requisito también en invierno a bajas temperaturas. Además el voltaje eléctrico no puede reducirse considerablemente durante el proceso de arranque. Por eso las baterías disponen de una resistencia interior pequeña.
MONTAJE
Las baterías están compuestas por un circuito en línea de células acumuladoras de plomo con un voltaje nominal de 2 V (voltios) por unidad. Para conseguir un voltaje nominal de 6 o bien de 12 V se necesita un circuito en línea de tres o bien seis células por batería. Algunos camiones puede precisar de baterías de 24 V, que no es otra cosa que un circuito en línea con dos baterías de 12 V. Las baterías se dividen en baterías de líquido (ácido), de vellón y de gel (put4)
PROBLEMAS Y MANIPULACIÓN
Ácido y tóxico
Los electrodos se componen de plomo y son por ello tóxicos. El contenido de ácido sulfúrico es muy corrosivo. Por ello se recomienda mucha precaución a la hora de manipular baterías. Una batería rota (por ejemplo tras un siniestro) solo debería de ser manipulada por personal cualificado. El electrolito (ácido sulfúrico) es altamente tóxico para el ambiente. Solamente en un taller mecánico o concesionario se puede desechar una batería (intacta o dañada). En caso de contacto con el ácido u otros productos químicos de las baterías, se debe lavar con abundante agua la zona afectada y acudir al médico lo antes posible. En lugares cerrados estas baterías pueden soltar sustancias y gases tóxicos y explosivos, en el aire que no deben ser inhaladas, por tanto siempre deben ser manipuladas en lugares ventilados.
Influencia de la temperatura
La batería de arranque disminuye su capacidad durante periodos de temperatura baja. Hay diferentes sistemas disponibles en el mercado para evitar esto (recubrimiento aislante, resistencias latentes, etc.). Al llegar el invierno se recomienda comprobar si la capacidad de la batería es suficiente para el arranque a temperaturas bajo cero grados (Celsius). Las baterías terminan su ciclo normalmente en invierno ya que la pérdida de capacidad es mayor a bajas temperaturas y a menudo no pueden proporcionar un arranque prolongado a temperaturas reducidas. A -20 °C la capacidad normal se suele reducir a la mitad. A su vez la baja temperatura del aceite del motor dificulta el proceso de arranque.
Formación de lodo, corrosión de malla
Los constantes ciclos de carga y descarga provocan una ininterrumpida alteración química de los materiales comprimidos: plomo, dióxido de plomo o sulfato de plomo (II). Esto lleva consigo una desintegración paulatina del compuesto. Lo mismo ocurre debido a agitaciones del vehículo en movimiento. Los materiales compactados se van descomponiendo, depositándose en el fondo; a esto se denomina lodificación. La creciente descomposición de la malla, denominada corrosión de malla, provoca una pérdida de capacidad de las células.
Tal fenómeno ocurre de forma más frecuente de lo que se cree. En el fondo de las células hay hendiduras donde se deposita el lodo, pero puede llegar un momento que estos se llenen, y parte del depósito haga contacto con las células; lo que provoca un cortocircuito entre una o varias células. A este fenómeno se denomina patinaje. Este problema se pone especialmente de manifiesto cuando una batería con pozos no está en posición vertical. Es por ello (así como por la ausencia del estrés mecánico propio de un vehículo en movimiento) que las baterías estacionarias tienen una duración mayor. Poco antes del patinaje ya la batería a duras penas puede proveer la corriente necesaria para arrancar el coche (especialmente a bajas temperaturas).
Sobrecarga
Un problema adicional es el sobrecargado de la batería. Un cargador y/o regulador que no esté debidamente calibrado puede llevar a la sobrecarga. Durante la carga el sulfato de plomo se transforma en plomo y en dióxido de plomo; pero ya que la corriente de carga sigue fluyendo en exceso, se ataca al plomo de la malla. Con todo ello aumenta el volumen de la malla y la durabilidad de los materiales compactados disminuye.
Voltaje de carga, emisión de gases
El voltaje de carga debería ser de entre 13,8 y 14,4 V a una temperatura de entre 15 y 25 °C. El valor óptimo de la corriente de carga debería ser la décima parte de la capacidad de la batería (ej. 4 A para una batería de 40 Ah) y para cargas “rápidas” como mucho un tercio de la capacidad. Si el voltaje de carga es superior a 2,4 V por célula (en el caso de baterías de 12 V son en total max. 14,4 V) entonces hay peligro de corrosión de la malla, cosa que se puede observar visualmente por la emisión de gases.
Por eso la batería no debe cargarse hasta el máximo con corrientes altas. Un dispositivo de carga rápida puede recargar una vacía de plomo rápidamente, pero solo hasta el 70 %, a partir de ese momento se debería cargar con corrientes más reducidas para evitar la corrosión de la malla.
Peligro de explosión
En caso de sobrecarga la batería despide gases. Este fenómeno se produce debido a la descomposición electrolítica del agua que se encuentra en el ácido sulfúrico. Como resultado de este proceso se forman oxígeno e hidrógeno, los cuales dan lugar a oxihidrógeno, de alta explosividad.
Nivel de líquido – limpieza
Tamién las baterías que no precisan de mantenimiento se deben inspeccionar de forma regular para comprobar si el nivel de líquido es el adecuado. El nivel del líquido debería estar a 10 mm sobre el nivel del canto de las placas. Quien realice esta inspección por sí mismo se dará cuenta de que las placas, especialmente después de estar el coche en funcionamiento, despiden un poco de gas. Este es un indicador de que el agua se gasifica y por ello se pierde. Si el nivel del líquido disminuye de forma que las placas no están totalmente cubiertas, entonces la capacidad de la batería disminuye y la zona seca se deteriora de forma irreversible.
La solución al problema puede parece obvia: reducir el voltaje de carga, para que la batería no despida gases. La reducción del voltaje de carga en 0,1 V provoca que la batería no se cargue del todo además de otras consecuencias de mayor gravedad. Es por ello de gran importancia comprobar el nivel del líquido en las células. De ser necesario se ha de rellenar cada una de las células con agua destilada. Las células solo se deben cerrar con el tapón original. Es también muy importante trabajar con limpieza para evitar que se ensucien los electrolitos.
Carga demasiado reducida
El error más frecuente es aplicar una carga de la batería menor de la nominal. La batería se descarga también poco a poco en caso de que no se use, especialmente si está conectada a un vehículo, ya que este precisa también en caso de no estar en funcionamiento de corriente (denominada de dormir) para abastecer a algunos dispositivos electrónicos (denominados centralitas electrónicas) como el reloj o la alarma.
Daños por falta de uso
Si la batería está conectada al vehículo y este no se usa en periodos de tiempo prolongados, entonces la batería se descarga paulatinamente. Durante este proceso se forma sulfato de plomo en las placas. A simple vista parece una reacción en forma de polvo, pero se trata realmente de diminutos cristales. Estos tienen una superficie importante, que hacen posible una reacción rápida durante la carga. Por otro lado cuentan con la desventaja de que los cristales se unen en si. Si el vehículo está un tiempo prolongado sin funcionamiento, entonces se forman cristales duros de mayor tamaño.
Este proceso reduce la capacidad de la batería, además los cristales apenas pueden destruirse aplicando voltaje. Todo ello conlleva una caída drástica de la capacidad de la batería, que se denomina Sulfatación de cristales gruesos, y que a la larga supone el fin de la vida de la batería. Es por ello importante comprobar que la batería esté lo suficientemente cargada. Este problema se da especialmente en vehículos que solo se usan de forma ocasional o en una determinada estación del año, por ejemplo motocicletas, caravanas o lanchas motoras, máquinas quitanieves.
Prevención
En el mercado existen diferentes dispositivos que pueden evitar la formación de sulfatación de cristales gruesos. El concepto más frecuente es un condensador de gran capacidad que en caso de descarga aplica picos de corriente elevados. Esto ocurre varias veces por minuto para prevenir que los cristales se unan. Esto también puede conseguirse aplicando la propia resonancia de los cristales de sulfato.
En caso de que un vehículo vaya a permanecer sin uso durante un tiempo, se conviene retirar el polo negativo (de color negro) de la batería y conectarlo a un dispositivo de mantenimiento de carga. Estos dispositivos tiene una corriente de carga muy reducida (aprox. de 50 a 100 mA), a un voltaje de 14,4 V. Esta corriente equilibra la descarga paulatina de la batería sin provocar ningún daño. Existen dispositivos en el mercado que funcionan con energía solar fotovoltaica y que una vez conectados ya no es necesario retirar el polo negativo.
