El misterio de entre misterios... ¿Es peligrosa la batería del coche?

LA BATERÍA PLOMO-ÁCIDO. CONSEJOS Y BASE TEÓRICA.

Durante un tiempo, mientras intentaba hacer un proyecto con Arduino, se me vino a la cabeza la batería del coche, un elemento aparentemente muy simple. No es más que una fuente de tensión a 12 V (normalmente), por ello no es tan peligrosa y no requiere de ningún otro análisis. Craso error.

Mucha gente que ya ha tratado con este tipo de baterías me ha comentado siempre lo peligroso que son estos pesos pesados. Y es que existe gran parte de razón en estos consejos. Independientemente de lo anterior, pasé un largo tiempo investigando acerca de si realmente era peligroso manipular sus terminales o conectarse a ellos. Eso es lo que vamos a razonar ahora.

¿Qué es una batería plomo-ácido?

Es una batería compuesta de múltiples celdas conectadas en serie para dar como resultado una tensión del orden de 12 V y una gran capacidad (medida en Ah). Esto se consigue apilando placas de gran superficie y poco espesor para almacenar la máxima carga posible. Además el electrolito (ácido sulfúrico) sirve como puente salino para la libre conducción de iones entre ánodo (Pb) y cátodo (dióxido de plomo).

La reacción química correspondiente a la descarga del dispositivo es la siguiente:

Durante este proceso se libera una cantidad de agua que se mezclará con el ácido. Esto es de gran importancia, pues la densidad total del electrolito será menor cuantas más descargas se produzcan. Así pues se puede medir dicha densidad con un densímetro, lo cual de manera implícita nos permite conocer el estado de carga de la batería.

Imagen de un densímetro

Algunos estarán pensando en medir la carga de la batería con un multímetro. Como ya dije en mi anterior post de Corriente Continua, la tensión entre los terminales de una batería no nos indicará el estado real de nuestra batería. Básicamente porque incluso si está descargada, la tensión medida será prácticamente de 12 V. No obstante existen los ciclos de carga de una batería, que representan una función que depende de la tensión y la capacidad de la batería. Podemos observarlo en la siguiente imagen:

Curvas características de una batería 

ácido-plomo de 12 V

A nivel práctico, esta no es la mejor forma de estudiar nuestra batería, pues estas curvas dependen del modelo, características, fabricante, etc, del dispositivo. Así que usar el voltímetro no es la mejor opción.

La otra forma de conocer su estado de carga es conectarla en un circuito de prueba y usar un cronómetro para obtener el tiempo de descarga. De entre todas las opciones, esta es la más complicada y menos efectiva, pero se puede hacer. Primero debemos establecer el circuito en cuestión y hacer una simulación muy básica. Yo en este caso he utilizado Multisim y he cogido una batería Ultracell de 12V y 115 Ah.

Esquema de la batería en abierto

Las baterías como ya dijimos eran fuentes reales de tensión, lo que es lo mismo que una fuente ideal con una resistencia interna en serie (producto de las placas, conductores y el electrolito en cuestión). Supondremos que su valor es 0.5 mili-Ohmios (podría ser cualquiera, pero suele ser muy bajo).

Ahora conectaremos nuestra resistencia de potencia ARCOL de P=25 W y 15 Ohmios:

Circuito de prueba

Como vemos la corriente que da la batería es de 0.8 amperios en este circuito. La potencia disipada en la resistencia es de P= I^2*R=9.6 W. Como es inferior a la potencia nominal la resistencia no se quemará y el circuito funcionará normalmente. Para calcular el tiempo de descarga acudimos a la capacidad de la batería, y la dividimos entre el amperaje del circuito en cuestión, obteniendo T=115/0.8=143.75 h, lo que equivale a 6 días. Como ya dije no es muy eficaz, pero siempre se puede programar con Arduino para que nos avise cuando dejó de pasar corriente (o incluso que calcule él de manera autónoma el tiempo).

Al meollo, ¿es peligrosa una batería de coche? 

En cualquier elemento eléctrico que se precie (ya sea una batería, un conductor desnudo, un transformador, etc)  existen tres variables fundamentales a analizar: Tensión, corriente y potencia. Estas tres son dependientes, sin embargo se han de estudiar usando la teoría de circuitos. 

La tensión se define como la energía suministrada a cada carga. Esto quiere decir que si transmito energía a los electrones, estos la utilizarán para moverse (energía cinética) a través de un medio conductor. El movimiento de los conductores produce un flujo de carga que es lo que conocemos como intensidad de corriente, es decir, la cantidad de carga que existe en un punto del circuito por unidad de tiempo (Culombios/Segundo). No puede existir flujo de corriente alguno si los electrones no adquieren energía. Por lo tanto sin una fuente de tensión (ya sea una batería o tensiones inducidas por campos magnéticos variables en el tiempo)  no puede haber un flujo de corriente. De esta forma la corriente siempre es proporcional a la tensión. Por otra parte en un elemento como puede ser un transformador no cumple esta regla, por cuestiones de flujos magnéticos y la relación de transformación (que se verá en posteriores entradas). 

En nuestro caso la batería impone la tensión y la mantiene constante (despreciando la resistencia interna) por lo que tocando ambos terminales nos conectamos a 12 V de tensión. La resistencia de nuestro cuerpo es de unos 2000 ohmios aproximadamente, por lo que utilizando la ley de Ohm la corriente que recorrería nuestro cuerpo no superaría los 6 mA por lo que es completamente seguro tocar los contactos. Sin embargo la resistencia de la piel puede ser en algunos casos muy baja, bien porque estamos sudados, mojados o por otro motivo. En estos casos no es nada recomendable tocar los electrodos, podríamos sufrir graves daños por electrocución o (todavía peor) calentar la batería hasta que explote, producto de la alta presión de los gases del electrolito que fueron provocados por el calentamiento excesivo del material.

Pero, ¿no es la corriente la que mata?

Como ya se ha visto en este post la capacidad de una batería puede rondar los 100 Amperios-hora o incluso más. Esto quiere decir que nuestro dispositivo puede entregar mucha corriente, por si tenemos que alimentar luces LED de altas potencias o por ejemplo el motor de arranque de un coche. Sin embargo, capacidad de una batería es muy diferente a corriente que entregará a una cierta carga, y es que como ya hemos visto la corriente suministrada depende de la tensión de la fuente y no tanto de la capacidad que tenga. Por otra parte es un factor peligroso si por ejemplo tratamos de cortocircuitar la batería o (en el caso previo) nos conectamos con la piel mojada o sudada... ¡ESTO SUPONE RIESGO DE MUERTE! Respecto al primer caso, la resistencia conectada sería la del propio cable (idealmente 0, realmente unos pocos ohmios) por lo que la corriente puede ser superior a 1 amperio, y eso son palabras mayores. No obstante en el caso del cortocircuito tenemos que tener en cuenta la máxima corriente admisible del cable. Un cable muy gordo puede soportar y dejar pasar mucha corriente y eso conllevaría posiblemente a la explosión de la batería. Sin embargo un cable muy fino puede soportar muy poca corriente, por lo que no llegaría a alcanzar niveles excesivos. Además el cable se fundiría rápidamente, lo suficiente como para que la batería no se caliente en exceso. Nunca está de más saber esta clase de información.

En resumen, la batería de plomo-ácido, como puede ser la de un coche, es un dispositivo a priori no peligroso de manipular, siempre y cuando se sigan estos consejos y se trate con cuidado.

Para terminar os dejo por aquí un podcast muy interesante de como funciona un ordenador cuántico, contado además por Juan José García Ripoll, coordinador de la Plataforma Temática de Tecnologías Cuánticas del CSIC: http://www.rtve.es/alacarta/audios/fallo-de-sistema/fallo-sistema-367-ordenador-cuantico-para-14-07-19/5334329/