BATERÍA (definición 2) - Definición - Significado

Inventada en 1859 por Planté • Los elementos que la componen y su funcionamiento • La duración en estrecha relación con un buen mantenimiento • Composición y características del electrólito • Recarga

La sección de la batería permite ver la disposición y las uniones de las placas que forman uno de los elementos.

NOMENCLATURA DE LA BATERÍA

El tipo de batería que normalmente se usa para alimentar la instalación eléctrica de un vehículo es el denominado «batería de plomo», inventada por Planté en 1859, y perfeccionada hacia 1881 por Faure, que consiguió aumentar el rendimiento, las prestaciones y la duración.

A inicios de la era automovilística, la instalación eléctrica estaba limitada exclusivamente al circuito de encendido: hacia el 1912, el sistema de puesta en marcha mediante la manivela fue substituido por el dispositivo eléctrico de arranque (*motor de arranque) cuyo funcionamiento era debido a la presencia de una batería de acumuladores.

Después de este primer paso, la electrificación del automóvil experimentó un desarrollo bastante rápido y completo, por cuanto se amplió a la alimentación de los faros, luces de posición, avisador acústico, etc. En el transcurso de 20 años, todas las fábricas de automóviles adoptaron este sistema, que se ha convertido de uso universal.

La tensión suministrada por la batería variaba, en los distintos modelos, entre 6, 12, 18 y 24 V, durante la época de la primera guerra mundial, pero la mayoría de los fabricantes adoptaron el valor de 6 V después de dicha guerra. Muy pronto, el aumento de las prestaciones de los motores y de las presiones que se producían dentro de las cámaras de combustión, hizo más difícil satisfacer las particulares exigencias de la instalación de encendido, por lo que, a partir de los años treinta, la batería de 12 V substituyó prácticamente a la de 6 V.

Gracias a los innumerables progresos conseguidos en los últimos años en la técnica de fabricación de las baterías, se experimentan desde hace tiempo pequeños vehículos que funcionan exclusivamente con alimentación eléctrica. Naturalmente, se trata de vehículos con prestaciones limitadas, en el sentido de que su empleo está previsto para la circulación en las ciudades para cortos recorridos, puesto que la autonomía está condicionada por la capacidad de almacenamiento de energía eléctrica en la batería y por el consumo del motor eléctrico.

¿Qué sucede en el interior de la batería?

El término batería es usado para definir un grupo de dos o más elementos acumuladores, conectados entre sí en serie para aumentar la tensión suministrada por cada uno de ellos, o bien en paralelo para aumentar la intensidad total de la corriente. Globalmente, puede decirse que existen dos tipos principales de acumuladores: el de plomo, en solución acida, y el de hierro-níquel o níquel-cadmio, en solución alcalina. El primer tipo es el que más se utiliza en los automóviles, por lo que se describirán sus características intrínsecas.

La naturaleza de las reacciones químicas que se producen en un acumulador de plomo es más bien compleja: cuando un elemento está completamente cargado, el material activo de la placa positiva está constituido por el dióxido de plomo (Pb02), y el de la placa negativa exclusivamente por plomo puro esponjoso (Pb); la solución contiene ácido sulfúrico (HjSO^. La tensión en circuito abierto que cada elemento, constituido por dos electrodos inmersos en la solución electrolítica, es capaz de suministrar (o sea la tensión disponible entre los electrodos en ausencia de carga y, por tanto, de absorción de corriente) es del orden de 2,2 V. Si entre el polo positivo y el negativo se cierra el circuito externo, a causa de la acción química que la solución electrolítica desarrolla en los contactos del material activo, se tiene un paso de corriente, por el que la energía química se descarga.

La solución electrolítica reacciona con el plomo de la placa negativa y con el dióxido de plomo de la placa positiva, para formar sobre ambas una capa de sulfato de plomo. Durante la descarga o suministro de energía eléctrica a un circuito externo las placas contienen sulfato de plomo (PbSo^ y la solución únicamente agua (H20). De hecho, durante la descarga progresiva, el contenido ácido de la solución disminuye gradualmente, en cuanto que se utiliza para la producción de sulfato de plomo; el peso específico de la solución disminuye hasta el momento en que la cantidad de material activo transformado en sulfato de plomo es tal, que la celda no puede producir una corriente apreciable para empleos prácticos. En este punto se dice que el elemento está completamente descargado.

Puesto que la cantidad de ácido sulfúrico que se combina con las placas en cada instante de la descarga está en proporción directa a los amperios-hora (equivalentes al producto de la corriente expresada en amperios por el tiempo expresado en horas) de descarga, el peso específico de la solución constituye una buena guía para determinar el estado de carga del acumulador.

Si la celda descargada se une correctamente a una fuente de corriente continua de carga, cuya tensión sea ligeramente más alta que la de la celda misma, la corriente circula en sentido contrario al de la corriente de descarga, y en este caso se dice que la celda se carga. El efecto de esta corriente consiste en la retransformación a las respectivas condiciones originales (o sea en dióxido de plomo y plomo esponjoso) del sulfato de plomo presente en ambas placas.

Simultáneamente, el ácido es restituido a la solución electrolítica, con el consiguiente aumento de la densidad de esta última que, en cuanto la reacción debida a la recarga ha alcanzado el máximo nivel, presenta el máximo valor. En tales circunstancias, la celda resulta completamente cargada y está en condiciones de ser utilizada, o sea de ser descargada.

Es preciso puntualizar que una eventual adición arbitraria de ácido sulfúrico en un acumulador descargado no lo recarga, sino que aumenta simplemente el peso específico de la solución, sin convertir el sulfato de plomo presente sobre las placas en material activo (plomo esponjoso y dióxido de plomo) y, por consiguiente, sin retornar la batería a las condiciones de carga; para obtener éstas es necesario -como ya se ha indicado- un paso de corriente en sentido contrario.

Cuando la carga de un acumulador está a punto de ser completada, el hidrógeno (H2) y el oxígeno (02) se obtienen en forma de gases libres, respectivamente en las proximidades del electrodo negativo y del positivo: esto se verifica en cuanto la corriente de carga es mayor que la necesaria para reducir la pequeña cantidad de sulfato de plomo que todavía hay sobre las placas, por lo que el exceso de corriente hace hervir el agua presente en la solución. Este fenómeno demuestra que la carga del acumulador ha sido efectuada.

¿Cómo está constituida?

Una batería capaz de suministrar una tensión de 12 V está formada por 6 elementos montados en un recipiente o caja de ebonita que constituye el monobloque. El recipiente no puede ser de metal, ya que la acidez de la solución electrolítica le ocasionaría corrosión. Cada uno de los elementos está alojado en un compartimiento impermeable y limitado por separadores, también inalterables por el ácido.

Los elementos están conectados en serie mediante unas varillas de aleación de plomo, que se unen a los terminales de los elementos adyacentes mediante soldadura con plomo fundido. El conjunto es recubierto con material resistente al ácido, que sella los elementos aislándolos entre sí. Este material está normalmente constituido por una mezcla bituminosa que permanece en estado sólido incluso a temperaturas muy elevadas y no se agrieta con las temperaturas más bajas. Cada elemento de los que forman la batería es rellenado con solución electrolítica, constituida por ácido sulfúrico y agua destilada.

Características y prestaciones

Las características principales de una batería son:

- la tensión máxima que puede suministrar, igual al valor de 2,2 V multiplicado por el número de elementos que la componen;

- la capacidad en amperios-hora (Ah), que equivale a decir la intensidad de la corriente eléctrica que es capaz de suministrar con suficiente regularidad, durante un período de tiempo determinado;

- las dimensiones máximas, y

- el peso.

La capacidad expresada en amperios-hora constituye un medio teórico para valorar las prestaciones de una batería. En teoría indica la intensidad máxima de la corriente que una batería es capaz de suministrar durante 1 h. En la práctica, se trata de un valor teórico, puesto que después de un suministro inicial a intensidad elevada, la tensión proporcionada por cada elemento disminuye, con lo que reduce la intensidad de la corriente. Normalmente se usa un tiempo de descarga de 20 h. La capacidad de las baterías de los automóviles varía de un mínimo de 32 Ah a un máximo de 80-100 Ah. Es preciso remarcar que también el coste y el peso de la batería aumentan con la capacidad. El peso específico relativo de la solución es un medio bastante práctico para expresar el estado de carga de la batería: indica la relación entre el peso de la solución y el peso de un volumen igual de agua. Dado que el ácido sulfúrico es un líquido pesado, cuanto mayor es su proporción respecto al agua, mayor es el peso específico relativo de la solución: en una batería completamente cargada suele estar comprendido entre un mínimo de 1,27 y un máximo de 1,30, mientras que, descargada completamente, su valor asciende a 1,15.

Para la medición del peso específico relativo o densidad relativa se usa el densímetro. Con este instrumento, se aspira una parte de la solución dentro de un tubo de vidrio que contiene un flotador graduado en unidades de peso específico o en grados Baumé (Bé), o bien con una simple escala coloreada. La graduación del peso específico va desde un mínimo de 1,10 hasta un máximo de 1,30. El flotador adopta una posición que depende de la densidad de la solución electrolítica: cuanto menor sea el peso específico de ésta, más se hunde el flotador.

El peso específico de la solución electrolítica está en función directa también de la temperatura: disminuye cuando la solución se calienta, y viceversa. La solución electrolítica de una batería debe estar siempre a su nivel normal en el momento en que se efectúa la lectura, o sea que debe rebasar en algunos milímetros el borde superior de las placas que constituyen los electrodos, puesto que. si dicho nivel es inferior, la densidad del ácido es excesiva, mientras que, si es mayor, sucede lo contrario (la densidad es inferior a la nominal). En la tabla se representan los valores de la densidad en relación al estado de carga de la batería.

La duración depende sólo del mantenimiento

La tensión del circuito abierto (o sea la tensión sin corriente de descarga) de un elemento cuya solución electrolítica tenga una densidad relativa de 1,28 es de 2,1 V. Cuando se aplica una carga, el efecto de la resistencia interna de cada elemento puede hacer que la tensión descienda a 2 V, o a un valor algo inferior.

Por este motivo, cuando se pone en marcha el motor mientras los faros están encendidos, se nota una reducción de intensidad de la luz producida, debido a la notable absorción de corriente por parte del motor de arranque. Para el buen mantenimiento de una batería es preciso revisar con la mayor frecuencia posible el control del nivel de la solución electrolítica, que debe estar conforme a las instrucciones dadas por el fabricante, y también a la recarga, necesaria sobre todo cuando la batería ha estado inactiva durante largos períodos.

La formación de sulfato de plomo, fenómeno normal cuando la batería suministra corriente, no debe ser confundida con la sulfatación de la batería. La batería se dice que está sulfatada cuando por una descarga prolongada, por larga inactividad o por falta de agua, el sulfato de plomo se convierte en cristales de color blanco, que las sucesivas cargas no consiguen eliminar, haciendo inutilizable la batería. Estos cristales se forman también sobre los terminales y constituyen una prueba de las malas condiciones internas de la batería.

Durante el funcionamiento de la batería el ácido sulfúrico presente en el electrólito nunca es consumido (salvo pérdidas debidas a vuelcos o a grietas del recipiente, que es frágil), mientras que el agua de la solución puede evaporarse, con la consiguiente necesidad de rellenar el nivel del electrólito añadiendo periódicamente (cada 1.500 km o una vez al mes) sólo agua destilada (nunca agua del grifo, ni ácido, ni los llamados electrólitos especiales). El agua destilada debe ser añadida con la batería en reposo y fría (20 °C) hasta rebasar los separadores en unos 3 mm.

Si la batería estuviese cargada a tope (por ejemplo, después de haber realizado un largo recorrido), sucede que la altura del electrólito rebasa los separadores en 5 mm. El control del nivel del electrólito puede efectuarse empleante un tubo de vidrio de un diámetro de 5-8 mm, que se introduce en el elemento a través de la boca de carga hasta apoyarlo en los separadores. Se obtura con un dedo el extremo superior y, después de extraer el tubo, se comprueba la altura del agua por encima de los separadores. La operación se repite para cada uno de los elementos. El agua destilada debe ser guardada en recipientes de vidrio o de material plástico bien limpios: de los mismos materiales (nunca de metal) deben ser también los embudos y los tubos que se ponen en contacto con el agua destilada.

La batería ha de estar siempre limpia y completamente seca, sobre todo en la parte superior; se debe evitar la entrada de polvo en el interior de los elementos: las impurezas aceleran la sulfatación de la batería y disminuyen rápidamente su duración. Los polos y los terminales deben ser limpiados cuidadosamente y nunca se deben golpear los terminales, ya que se podría agrietar la batería: la limpieza se efectúa desmontándolos; después se recubren de vaselina pura, nunca con grasa.

Cada elemento está provisto de un tapón roscado o a presión, a través del cual es posible controlar el nivel de la solución electrolítica. Este tapón tiene normalmente un pequeño agujero, que facilita la salida de los gases que se producen en el interior, a consecuencia de la alternancia de los fenómenos químicos. Si este agujero se obtura por la presencia de alguna partícula, los gases producidos no tienen posibilidad de escapar y crean en el interior del elemento una presión que puede resultar perjudicial. Por consiguiente, hay que comprobar que el agujero quede libre durante las revisiones de la batería.

Durante la carga es conveniente quitar completamente este tapón, cubriendo el agujero por ejemplo con un trapo, puesto que el fenómeno de ebullición que se verifica al final de la carga exige la presencia de una abertura suficiente para permitir la salida de los gases, que se producen en cantidad notable.

Recarga de la batería

Normalmente, la recarga de las baterías de acumuladores presentes en los vehículos se realiza automáticamente, gracias a la presencia de un dispositivo, que puede ser una dinamo (en los modelos antiguos) o un alternador (que en los modelos recientes ha substituido a la dinamo). Durante el funcionamiento normal del motor, un dispositivo mecánico hace girar el generador, cualquiera que sea el tipo al que éste pertenece, de modo que suministre una corriente cuya intensidad varía con los distintos regímenes de rotación. Cuando la velocidad de rotación es baja, la tensión producida por el generador es inferior a la nominal de la batería.

En tales condiciones, un relé evita que la tensión producida sea aplicada en los extremos de la batería, puesto que el generador absorbería corriente de la batería, en vez de suministrársela. Cuando el régimen de rotación del motor llega a 800-1.000 rpm. la tensión producida por el generador alcanza y supera el valor mínimo. A causa de esto, los contactos del relé se cierran y la tensión producida es aplicada directamente a los bornes de la batería, realizándose la recarga. Si el automóvil es utilizado preferentemente durante el día, o sea cuando no es necesaria la iluminación, el consumo es bastante reducido, puesto que está limitado exclusivamente al circuito de encendido (unos 5 A), a cuyo consumo se añade el de las luces de dirección, el de las luces de stop, el del eventual limpiaparabrisas en caso de lluvia, el del avisador acústico, etc.

En cambio, si el vehículo se utiliza preferentemente durante la noche, a los consumos citados se añaden los de las luces no deslumbrantes y de los proyectores, que aumentan considerablemente la intensidad de la corriente suministrada por la batería. Si se suman los valores de potencia en vatios absorbidos por los distintos puntos de consumo y se divide el valor así obtenido por la tensión suministrada por la batería, es posible conocer con una buena aproximación la intensidad de la corriente exigida a la batería. Conocida pues la capacidad, o mejor el estado de carga, se puede saber la duración (o autonomía) de la batería en ausencia de carga. Pero puede suceder que si el generador, que forma parte del motor, no da una corriente de intensidad suficiente para compensar un consumo elevado, la batería se descarga a pesar de la continua recarga parcial. Sobre este aspecto se debe puntualizar que no es necesario que la batería sea recargada cada vez que el peso específico de la solución disminuye un poco, pues si la batería es sobrecargada, se produciría una cantidad excesiva de gases que ocasionarían un desgaste prematuro del material activo que forma las placas.

Cada batería debe ser cargada seguí los datos suministrados por el fabricante y -a falta de éstos- con una corriente de carga que no supere el valor de pocos amperios, en general 1-5 A, puesto que cuanto más lento es el sistema de carga, más eficaz y duradero resulta. Además es preciso recordar que en ningún caso la intensidad de la corriente de carga debe ser elevada hasta el punto de provocar una violenta ebullición con emisión de gases, y que la temperatura de la solución no debe nunca superar los 52 ÜC.

Durante la carga resulta de gran utilidad comprobar frecuentemente el peso específico de la solución electrolítica. En la práctica, si bien no es posible establecer con rigurosa exactitud cuál es el momento en que puede considerarse la carga completa, se admite que es cuando la solución electrolítica parece hervir con cierta intensidad. Conviene recordar que el hidrógeno es un gas fácilmente combustible y que en presencia de oxígeno forma una mezcla explosiva peligrosa. Por este motivo se debe evitar el acercar un cigarrillo encendido a una batería que se carga, o bien provocar en las inmediaciones alguna chispa eléctrica: en ambos casos se podría provocar el encendido de la mezcla, con consecuencias imprevisibles.