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Cómo funciona una batería de Plomo-acido EngineeringGuy Serie #4
La creciente cantidad de tecnología de la cual dependemos
en la vida diaria hace la energía portable esencial
para nuestro mundo hoy en día.
Podemos hacer funcionar celulares y laptops con
baterias de iones de litio, con alcalinas poder encender lámparas,
y la muchos de nuestros relojes dependen de baterías construidas con óxido de plata.
ésta, sin embargo, puede ser la mas importante de todas ellas.
ahora sé que parece una cosa torpe y pasada de moda
fue inventada en el siglo 19
pero aún hace que nuestro mundo se mueva encendiendo
nuestros carros, motos y camiones.
no hay duda por qué es la batería más vendida.
Si entiendes como funciona esta batería
puedes comprender los principios fundamentales de cualquiera de las nuevas
e incluso darte cuenta por qué no solo un tipo de batería es usado en todas las aplicaciones.
echemos un vistazo dentro.
La primera cosa a notarse acerca de esta batería de motocicleta es que es pesada.
Eso es porque se encuentra empacada con hojas de plomo y óxido de plomo de forma apretada
siendo los dos muy densos.
Ésta es una celda de una batería idéntica
y puedes ver el plomo y debajo está el óxido de plomo.
Se alternan a lo largo del interior.
Entonces, déjame enseñarte como guardan la electricidad usando 2 placas.
bien, tengo aquí una placa de plomo y óxido de plomo de nuestra batería
y el ácido sulfúrico.
Y ahora observa qué pasa cuando conecto los conductores
El LED se enciende.
Una corriente fluye desde el cátodo del óxido de plomo hacia el ánodo del plomo.
El plomo da electrones que el óxido de plomo acepta.
Éste intercambio convierte ambas placas en sulfato de plomo sólido.
Ahora voy a medir la diferencia de voltaje entre los dos conductores.
Y puedes ver que son cerda de 2 volts
lo que significa que para hacer esta batería de 12 volts
se necesitan conectar seis en serie para llegar a 12 volts.
Entonces, esa es la reacción electro-química básica
ahora veamos como se diseña una batería.
Queremos que una batería tenga una densidad alta o también energía y/o poder.
la diferencia radica en que las baterías con alta densidad
pueden acumular cantidades grandes de energía,
y liberarla considerablemente a través de periodos largos de tiempo,
mientras que las baterías con una densidad de poder alta liberan
grandes cantidades de energía rápidamente.
Ésta batería fue diseñada pensando en poder
porque se necesita un golpe de casi 100 amperes para encender una moto.
para ahorrar espacio necesitamos un montón de placas apretadas aquí
pero para asegurar la transferencia de electrones
se necesita espacio entre terminales
las placas están separadas mecánicamente por estas capas permeables.
Ahora, déjame enseñarte 2 placas de una batería descargada
para que puedas ver el efecto de la descarga profunda de una batería
Si miraos estas dos placas podemos observar
el efecto de descarga a largo plazo.
esta cubierta ligera aquí es sulfato de plomo.
Eso explica por qué si tu usas una batería hasta su carga-cero
unas cuantas veces lo más seguro es que la mates.
Conforme la batería se descarga, el sulfato de plomo va eliminando el espacio entre placas.
Si se acumulara mucho, nunca podrías recargar la batería.
Eso remarca el hecho de como cada diferente aplicación
necesita un tipo diferente de batería.
puedes ver como con la mayoría de los objetos diseñados
habrán ventajas y desventajas
dejando de lado algunas características que quieres
y ganando otras que debes tener.
De hecho, la parte más pesada de la ingeniería muchas veces termina
siendo el balancear estas ventajas y desventajas en un diseño.
Por ejemplo, una batería de carro hace un trabajo excelente encendiendo un carro
pero no corriéndolo, como un carro eléctrico.
Tampoco es una buena candidata para guardar energía
usando paneles solares en una casa.
Ahí colectamos energía del sol
cargamos las baterías
y después usamos la energía acumulada
en una variedad de formas hasta que las baterías mueren
y las recargamos con energía solar.
Para este uso necesitaríamos lo que se llama una batería de ciclo profundo.
Como lo dice su nombre la capacidad de esta batería puede ser ampliamente usada
y después ser recargada fácilmente.
Para convertir una batería tipo SLI
normalmente usada para encender una moto o un carro;
en un a batería de ciclo profundo hacemos 3 cosas.
usamos electrodos más gruesos para incrementar la densidad de energía
los separamos aún mas para que los restos de sulfato de plomo puedan caer de las placas
y añadimos espacio debajo para que esos restos se puedan acumular.
La desventaja es que se hace más larga, pesada
y brinda menos corriente que una batería de carro.
Parecería que querríamos deshacernos de la batería de plomo-ácido
Implica un riesgo ambiental significativo si de desecha inapropiadamente.
Todavía tenemos la batería de plomo-ácido del siglo 19
porque lo que la naturaleza nos ha dado
abundantes materiales de electrodos, plomo y óxido de plomo
los dos con una alta conductividad.
Una vez que organizamos estos materiales correctamente tenemos
una batería más barata con una densidad de poder alta.
Otros materiales encontrados en la naturaleza no cumplen con este criterio tan bien
lo que significa que con la tecnología actual es extremadamente difícil
el superar esta barrera.
Es por eso que la tecnología del siglo 19 sigue
siendo la forma de encender nuestros carros.
Soy Bill Hammack, El hombre ingeniero (engineering guy)
Este vídeo está basado en un capítulo del libro
Ocho increíbles historias de ingeniería.
El capítulo brinda más información sobre este tema.