COMO FUNCIONA LA BATERÍA DE UNA MOTO.
Adaptación de un artículo de la revista Wing World Magazine
[i]¿CÓMO ESTÁ HECHA UNA BATERÍA?
Una batería de moto de 12 voltios consta de una carcasa plástica divida en 6 celdas. Cada una de estas celdas está formada por un juego de placas positivas y negativas sumergidas en una solución diluida de ácido sulfúrico llamada electrolito. Cada una de estas celdas tiene un voltaje de unos 2,1 voltios con la batería perfectamente cargada. Las seis celdas están conectadas en serie lo que hace que una batería bien cargada tenga un voltaje de 12,6 V.
Todo esto está muy bien, pero ¿Cómo producen electricidad estas placas de plomo sumergidas en ácido sulfúrico? En el interior de una batería se produce una reacción electroquímica para convertir la energía química en energía eléctrica. Veamos como se consigue esto. Cada una de las celdas contiene unas placas de plomo-antimonio y plomo-calcio. Pegada a las placas existe lo que se conoce como material activo: plomo esponjoso sobre las placas de carga negativa y dióxido de plomo sobre las positivas.
¿CÓMO FUNCIONA UNA BATERÍA?
Daremos primero una descripción global para una comprensión más fácil. Básicamente, cuando una batería está en proceso de descarga, el ácido sulfúrico existente en el electrolito se va agotando y el electrolito se va convirtiendo en agua. Al mismo tiempo, se producen sulfatos que van recubriendo las placas y reduciendo la superficie útil en la que se lleva a cabo la reacción química. Durante la carga se invierte este proceso, devolviendo los sulfatos al ácido. Esto es así en resumen y ahora iremos explicándolo con mayor detalle.
El electrolito (ácido sulfúrico y agua) contiene iones de azufre e hidrógeno. Los iones de azufre tienen carga negativa y los de hidrógeno, positiva. A continuación describiremos el proceso que tiene lugar al encender cualquier elemento de consumo como luces, motor de arranque, etc. Los iones de azufre se desplazan hacia las placas negativas dándoles su carga negativa. El azufre que queda se combina con el material activo de las placas formando sulfato de plomo. Esto reduce la concentración del electrolito y disminuye la superficie útil de las placas ya que el azufre que se deposita sobre ellas actúa como aislamiento. El exceso de electrones generado circula desde el polo negativo de la batería al dispositivo eléctrico que tengamos activado y vuelve al polo positivo de la batería. En el polo positivo, los electrones vuelven a entrar en la batería y son absorbidos por las placas positivas. El oxígeno contenido en el material activo (dióxido de plomo) reacciona con los iones de hidrógeno formando agua y el plomo reacciona con el ácido sulfúrico formándose sulfato de plomo.
Los iones que se mueven en el electrolito son los que crean la corriente eléctrica pero, a medida que la celda se va descargando, el número de iones presente en el electrolito va decreciendo y la superficie de material activo disponible para reaccionar con ellos también se reduce al ir cubriéndose con sulfato. Recordemos que la reacción se produce en los poros del material activo adherido a las placas.
Muchos de vosotros os habréis dado cuenta alguna vez que la batería que usamos para intentar hacer girar el motor de arranque de una moto que no arranca llega rápidamente a un punto en que ni siquiera consigue hacer girar el motor. Sin embargo, si dejamos esa batería descansar un rato, parece que se recupera. Por otra parte, si accidentalmente dejamos el contacto en posición park toda la noche (que solamente mantiene un par de bombillas de bajo consumo encendidas), la batería estará completamente inutilizada al día siguiente y dejarlo todo completamente apagado durante un rato no conducirá a mejoría alguna. ¿Por qué pasa esto? Como la corriente eléctrica se produce mediante una reacción química que tiene lugar en la superficie de las placas, en el primer caso una fuerte demanda de corriente reducirá rápidamente el electrolito en la superficie de las placas, convirtiéndolo en agua. El voltaje y la corriente se verán así reducidas a un valor insuficiente para hacer girar el motor de arranque. El proceso de disolución del ácido en el electrolito su depósito sobre las placas lleva un cierto tiempo. Un cierto tiempo de descanso permite que esto se lleve a cabo. Sin embargo, cuando la corriente demandada es pequeña (como por ejemplo la de las bombillas de posición), la velocidad de la reacción es suficiente para mantener el voltaje y corriente requeridos. Esto hace que cuando el voltaje se reduce, no exista suficiente ácido en el interior de las celdas para migrar hacia las placas. El electrolito se convierte en agua y las placas quedan cubiertas con una capa aislante de sulfato de plomo. No queda más remedio que cargar la batería.
AUTODESCARGA
Una propiedad bastante desagradable de las baterías es que se van descargando solas aunque no se usen. Como regla general podemos decir que una batería pierde un 1% diario de su carga en fase de autodescarga. Esta tasa de descarga aumenta en un ambiente caluroso y disminuye en uno frío. Y no hay que olvidar que una moto moderna con todos sus componentes electrónicos como reloj, o inhibidor de arranque, nunca está completamente apagada. El equipo electrónico está dotado de una memoria activa de datos que se alimenta con una pequeña corriente de unos 20 miliamperios (0,02 A). Esto reducirá la carga de tu batería en aproximadamente medio amperio hora diario lo que, sumado al efecto de autodescarga dejará tu batería al 50% de su capacidad en tan solo dos semanas.
CARGA DE LA BATERÍA.
La carga de la batería es el proceso que invierte la reacción química de la descarga, convirtiendo la energía eléctrica en energía química. Recordemos que una batería no almacena electricidad sino la energía química necesaria para producir electricidad.
Un cargador de batería invierte el flujo de corriente cuando el cargador produce un voltaje mayor que la batería. El cargador origina un exceso de electrones en las placas negativas, atrayendo así hacia ellas los iones de hidrógeno. El hidrógeno reacciona con el sulfato de plomo, formando ácido sulfúrico y plomo. Cuando el sulfato de las placas está casi diluido, se desprende hidrógeno de las placas negativas. El oxígeno del agua reacciona con el sulfato de plomo de las placas positivas convirtiéndolo de nuevo en dióxido de plomo y cuando la reacción está casi terminada, aparecen burbujas de oxígeno en las placas positivas (reacción esta indeseable).
Mucha gente cree que la resistencia interna de una batería es alta cuando la batería está bien cargada, aunque esto no es así. Pensándolo un poco recordaremos que el sulfato de plomo actúa como aislante. Cuanto más sulfato esté depositado sobre las placas, mayor será la resistencia interna de la batería. La mayor resistencia interna de una batería descargada permite que pueda aceptar una mayor carga sin sobrecalentarse ni emitir gases, como pasaría en caso contrario. En una batería casi completamente cargada, apenas queda sulfato para poder alimentar la reacción inversa. El nivel de carga que se puede aplicar a una batería sin sobrecalentarla ni descomponer el electrolito en hidrógeno y oxígeno es lo que se denomina tasa de absorción natural. Cuando se hace circular una corriente mayor que la tasa natural de absorción, se produce la sobrecarga de la batería. La batería se sobrecalienta y el electrolito burbujea. En realidad, aunque se recargue la batería con la corriente correcta, siempre se produce algo de calor durante el proceso. Esta pérdida de energética hace que se necesiten más amperios hora para cargar una batería que los que se producen durante su descarga. Más adelante veremos más cosas sobre esto.
¿CUÁNTO DURA UNA BATERÍA?
Existen numerosos factores que pueden reducir drásticamente la vida de una batería. Uno de ellos es dejar la batería en un estado de descarga parcial. Ya hemos hablado del sulfato que se forma en las placas de la batería durante su descarga y que también se forma durante su autodescarga. El sulfato se forma también rápidamente si el nivel del electrolito baja hasta dejar las placas parcialmente expuestas. Si se deja permanecer el sulfato sobre las placas, poco a poco irá formando cristales cada vez mayores y más duros que serán imposibles de disolver con el proceso de carga. De esta forma, la superficie disponible de las placas sobre la que se puede llevar a cabo la reacción química se reduce de manera irreversible. Este fenómeno se conoce con el nombre de sulfatación y reduce de manera permanente la capacidad de la batería. Una batería de 20 amperios hora puede empezar a comportarse como si fuera de 16 amperios hora o incluso menos, perdiendo su voltaje con mayor rapidez y llegando a ser incapaz de proporcionar el voltaje suficiente para alimentar el encendido mientras hace girar el motor de arranque. Esta situación es evidente cuando el motor se niega a arrancar hasta justo el momento en el que levantas el dedo del motor de arranque. En el instante que dejamos de hacer que gire el motor de arranque, el voltaje de la batería recupera de inmediato el nivel suficiente para que, con la inercia de giro que ha adquirido el motor, junto con este súbito aumento de voltaje, se produzca el encendido en las bujías y la moto arranque.
La autodescarga es otro factor que arruina las baterías. Cada vez que una batería se descarga mucho, una pequeña cantidad de material activo se desprende de las placas y cae el fondo de la carcasa de la batería. Esto hace que quede menos material para llevar a cabo la reacción química. Si se precipita una cantidad suficiente de material en el fondo, cortocircuitará las placas poniendo punto final a la vida de la batería.
La sobrecarga es otro factor negativo. Sus efectos con frecuencia son desconocidos por el comprador de un cargador barato que lo mantiene conectado a la batería durante periodos prolongados. Un cargador barato carga con una corriente constante con independencia del estado de carga de la batería. Si la corriente es mayor que la tasa de absorción natural a plena carga, el electrolito empezará a descomponerse y a hervir. Más de un motorista ha dejado su moto hibernando conectada a un cargador barato y se ha encontrado al empezar la temporada con una batería completamente vacía. Además, dado que la carga tiende a oxidar las placas negativas, la sobrecarga continua de la batería puede corroer las placas o sus conectores, debilitándolos e incluso llegando a romperlos.
Una insuficiente recarga puede darse en grandes motos de turismo repletas de extras de gran consumo eléctrico. El regulador de voltaje está tarado para mantener el sistema de carga entre 14 14,4 voltios. Si eres un viajero acostumbrado a circular largas distancias con el equipo stereo a tope, todas tus luces encendidas, puños y asientos calefactables, etc, debes tener en cuenta que es posible que la capacidad del sistema de carga suficiente para mantener una batería bien cargada, pero insuficiente para una batería en mal estado. Recuerda que el burbujeo empieza a producirse cuando toda o la mayor parte del sulfato de plomo se ha convertido en plomo y óxido de plomo. El voltaje al que esto se produce, conocido como voltaje de gaseo o burbujeo está justo por encima de los 14 V. Si el sistema de carga de tu moto nunca llega a alcanzar dichos valores y nunca lo compensas conectando la batería a un cargador al llegar a casa, el sulfato se empezará a acumular y endurecer sobre las placas. Una vez empieza este proceso, como ya hemos visto, es irreversible.
QUE CARGADOR SE DEBE USAR Y POR QUÉ.
El alternador de tu moto y un cargador normal de los usados para los coches tienen muchas cosas en común, pues ambos intentan mantener un voltaje constante. Por eso hay un problema cuando intentamos cargar una batería completamente descargada con cualquiera de ellos. Recuerda que hemos aprendido que una demanda de corriente elevada puede hacer que parezca que una batería está agotada. Pero a medida que el ácido se diluye en las celdas, crece la concentración en las places y la batería vuelve a la vida.
De manera similar, el voltaje de una batería durante el proceso de carga aumenta debido a la concentración de ácido en la superficie de las placas. El cargador de coche o el regulador aumentaran drásticamente la carga de la batería mientras el voltaje sube por encima de 1,5 V. pero el estado de carga de la batería no es proporcional a este voltaje. De nuevo, lleva algún tiempo que el ácido se diluya en las celdas. Aunque el voltaje sea alto, el electrolito de las celdas puede ser débil y la batería puede encontrarse en un estado de carga menor que el indicado por la lectura de voltaje. Solamente tras un proceso de carga prolongado se puede alcanzar la carga total de la batería. Por esta razón no se debe juzgar el estado de carga de una batería midiendo el voltaje durante el proceso de carga. Lo adecuado es medirlo tras dejar la batería en reposo al menos durante una hora. El voltaje se reduce y estabiliza cuando el ácido se diluye dentro de las celdas.
En los últimos años, algunas empresas han desarrollado cargadores que pueden carga una batería descargada rápidamente y mantenerla en un voltaje que no permita que la batería burbujee ni la autodescarga. Se les denomina normalmente cargadores inteligentes o cargadores multi etapa. Así funcionan.
Como hemos comentado, una batería tiene la capacidad de aceptar mayor intensidad de carga cuando está parcialmente descargada que cuando está casi a plena carga. Estos cargadores multi etapa tienen en cuenta este efecto y comienzan la carga con corriente constante a plena capacidad. Normalmente proporcionan una carga de entre 650 miliamperios y 1,5 amperios, según marca y modelo. Esta intensidad se mantiene continuamente hasta el momento que la batería alcanza los 13,5 V, haciendo de esta manera que se acorte el tiempo de carga lo máximo posible sin dañar la batería. Entonces el cargador cambia su funcionamiento a un voltaje constante o carga de absorción. La idea es que la batería cargue su 15% final con su tasa de absorción natural, evitando calentamientos o burbujeos indeseados. Por último, el cargador cambia a un modo latente, en el que se mantiene el voltaje de la batería en un nivel suficiente para evitar su descarga e insuficiente para producir su sobrecarga. Los diferentes fabricantes no tienen un criterio común en cuanto al valor de este voltaje latente, aunque por lo general se sitúa entre 13,2 y 13,4 voltios. En realidad, el voltaje latente debería estar compensado entre 13,1 voltios a 30 ºC y 13,9 a 10 ºC. La mayoría de los cargadores multi etapa de gama alta que se usan en baterías de automoción hacen esta compensación, pero, normalmente, los que se comercializan para las motos no lo hacen, fijando un voltaje latente fijo.
Así que basta con conectar la batería al cargador y ya está ¿no? Pues no exactamente. Por una parte, es necesario comprobar el nivel de agua de vez encunado (a menos que se trate de una batería sellada). Por otro lado se debe hacer que la batería trabaje. Aunque se mantenga a una tensión latente continua, la batería puede empezar a sulfatarse. Es recomendable desconectar el cargador al menos cada dos meses para dejar la batería en reposo un par de días y volver a conectar el cargador.
CONCLUSIONES
Con todo lo explicado aquí, podéis comprobar que las baterías requieren de un mantenimiento prácticamente constante y activo, con atención por nuestra parte. En la actualidad, las baterías han evolucionado mucho y las modernas baterías selladas de tipo de gel han conseguido minimizar todos los aspectos negativos de las convencionales. Pero esto no quiere decir que las baterías modernas se han convertido en totalmente libres de mantenimiento. Requieren cuidados y atención. Como hemos visto, un mal procedimiento de carga o uso pueden acortar la vida de la batería aunque el usuario pueda pensar que está ahciendo als cosas bien.[/i]
© Eduardo Cabrera Choclán. 2008.
