ELECTRICIDAD BÁSICA

Esta pequeño manual no es un curso de electricidad. Es una pequeña guía de iniciación para los que se sienten torpes con esto de los cables y los voltios. Probablemente contiene alguna explicación que no sea técnicamente perfecta, pero que está hecha para ser entendido fácilmente por cualquier persona que sea ajena al oficio. Si alguien encuentra inexactitudes de bulto, que se me podrían haber pasado por alto, no tiene mas que enviarme un correo para hacer la oportuna corrección.

Vamos al tema:

1-Elektron

Los primeros en darse cuenta de que algo pasaba con el "elektron" fueron los griegos. Ellos llamaban ήλεκτρον (elektron) al ámbar, y descubrieron que al frotar una varilla de ámbar, ésta empezaba a atraer el polvo y algunas fibras pequeñas. Muchísimos cuerpos al frotarlos cogen electrones o los ceden al objeto frotado. Sin ir más lejos, el aire que frota contra la carrocería de un automóvil, o el eje de la rueda del carrito del Carrefour cuando se frota con la rueda de nailon roba o ceden electrones.

Esta electricidad se le llama estática porque no se mueve (evidente) los electrones están ahí quietecitos. Bueno, están quietecitos hasta que el incauto que se baja del automóvil toca el suelo con los pies y luego pone la mano en la manilla metálica. En ese momento la electricidad deja de ser estática, los electrones emprenden la carrera y se produce una corriente eléctrica que atraviesa el cuerpo del incauto y le pega una sacudida. Por la misma razón, el carrito del Carrefour se ha cargado, y cuando vas a dejar la lata de cerveza en el interior, los electrones acumulados en la estructura metálica corren hacia el suelo atravesado tu brazo y te suelta la sacudida.

El vidrio al frotarlo con un paño de seda, pierde electrones que le roba el paño, y queda cargado con electricidad positiva, es decir, le faltan electrones para estar equilibrado está a un potencial más positivo que las partículas de papel, que tienen un potencial neutro. Una barra de ámbar, al frotarla con piel o cuero, gana electrones que la piel le cede. Debido a esto, su potencial es negativo, y también atrae los trocitos de papel, pues esta a un nivel de potencial diferente, en este caso más bajo.

Otro ejemplo es cuando te pones un jersey de lana sobre una prenda sintética, el frotamiento de uno contra el otro genera electricidad estática, y luego te acercas a dar la mano a un amigo y le regalas una bonita descarga eléctrica. Además de eso, un objeto cargado estáticamente se siente atraído por otro descargado o cargado con signo opuesto. Por ejemplo, el polvo en los discos de vinilo, o las bolitas de Porexpan cuando lo cortas, que no hay forma de quitárselas de encima.

La electricidad cuando esta quieta no tiene tantas aplicaciones como cuando se mueve, aunque es muy útil, por ejemplo, transportando el tóner en una fotocopiadora desde el depósito hasta el papel. Este es un efecto visible directo, pero la electricidad nos es más útil cuando se mueve, cuando hay corriente eléctrica. Te puedes cargar con más de 10.000 Voltios de electricidad estática y no notar nada, ir en el automóvil cargado a muchísimo voltaje y no saberlo. Los más viejos se acordarán de que antiguamente se ponía una correa de goma con un alambre en su interior colgada del paragolpes trasero del coche y tocando el suelo para descargar la electricidad estática, así evitabas la desagradable descarga al bajar y además se evitaba el mareo que a algunas personas les produce estar sometido a la electricidad estática durante los viajes.

Pues bien, la cantidad de electricidad que se guarda en un cuerpo es proporcional al número de electrones extra que hemos metido en sus átomos o de los electrones que le hemos robado. Si hay electrones de exceso está cargado negativamente y si hay falta de electrones está cargado positivamente. Si ponemos un cable entre dos cuerpos, uno con exceso de electrones y otro con falta de electrones se produce una corriente eléctrica, los electrones corren del cuerpo que tiene exceso de ellos hacia el que le faltan electrones.

2- Voltios

Cuando quitamos electrones de un sitio y los llevamos a otro, provocamos una diferencia del potencial eléctrico. Dejamos una zona despoblada de electrones (carga positiva) y otra zona superpoblada de electrones (carga negativa). Eso es el equivalente a tener dos piscinas llenas de agua y al mismo nivel. Si sacamos agua de una y la llevamos a la otra, se desnivelan, si después ponemos una manguera entre las dos piscinas, el agua corre por la manguera desde la que tiene la superficie a un nivel mas alto hasta la que tiene el nivel más bajo.

Si utilizamos este símil hidráulico, si entre ambas piscinas el desnivel es de un metro, el agua será empujada con una fuerza determinada, y si el desnivel es de diez metros, la fuerza con la que es empujada el agua por la manguera será diez veces mayor. Evidentemente, subir cada litro de agua a 10 m de altura nos cuesta una cantidad de energia 10 veces mayor que subirlo a 1 m, y si luego lo dejamos caer, la energía recuperada es 10 veces mayor. Pues en electricidad es casi lo mismo.

La cantidad de electricidad se mide en Culombios. Un Culombio es la cantidad de carga eléctrica que conseguimos reuniendo 62.415.096.291.526.500.000 electrones (más o menos). Para llevar estos electrones de un lado al otro tenemos que hacer un trabajo, y el trabajo se mide en Julios. Pues bien, el desnivel eléctrico, más propiamente llamado diferencia de potencial se mide en Voltios. Un voltio es un desnivel eléctrico tal que para llevar un Culombio de electricidad a un desnivel de 1 Voltio necesitamos hacer el trabajo de un Julio. Si la cantidad de carga eléctrica, el Culombio es equivalente a la cantidad de agua de las piscinas, la diferencia de potencial eléctrico, el Voltio sería el equivalente a la diferencia de nivel entre las piscinas.

No hay que confundir la cantidad de electricidad con la diferencia de potencial. Volviendo al símil hidráulico, yo puedo tener una jarra de agua puesta a 10 m de altura sobre una piscina, y aunque la cantidad de agua en la piscina es mucho mayor, el potencial del agua que hay en la jarra de agua es mayor que el potencial del agua de la piscina. Si pongo un tubo entre ambos recipientes el agua se moverá desde la jarra hacia la piscina. Evidentemente, cuanto mayor sea el recipiente que está más alto, y cuanto mayor cantidad de liquido aloje, mayor tiempo podré mantener ese flujo entre ambos recipientes. En términos eléctricos, una batería cargada al 100% almacena una cantidad de culombios doble a esa misma batería cargada al 50%. Eso quiere decir que con la energía restante disponemos de la mitad de energía aunque la diferencia de potencial entre sus bornes sea la misma.

Otra cosa importante es que yo puedo tener varios "desniveles" que sumados me den como resultado un desnivel mayor. Si yo tengo una batería de 12V, entre su borne negativo y su borne positivo hay una diferencia de potencial de 12V. Si tengo una segunda batería del mismo voltaje, también tengo un diferencia de potencial de 12V entre sus bornes. Uniendo los bornes negativos de ambas baterías, entre los bornes positivos habrá una diferencia de potencial nula. Si estas dos mismas baterías las conectamos uniendo el borne positivo de una de ellas con el negativo de la otra, hemos sumado los desniveles. Entre los bornes libres hay una diferencia de potencial de 24V. Hemos sumado los desniveles.

En la figura podemos ver que desde el punto A al punto B, la diferencia de potencial es de +1,5V, mientras que entre el punto A y el punto C esta diferencia es de -1,5V. Estamos tomando como referencia el punto A para determinar el potencial de los puntos B y C. Si tomamos como referencia el punto C, en el punto A hay +1,5V y en el punto B hay +3V. Siempre que determinamos un potencial, lo hacemos con referencia a otro punto que utilizamos como referencia.

Por supuesto, cuanto mayor sea la diferencia de potencial, mayor será la tendencia de los electrones a correr desde el lado donde hay más potencial más negativo hasta el que hay un potencial más positivo. En la medida en que los electrones corren de un lado al otro, se libera una energía. Si unimos dos puntos entre los que hay una diferencia de potencial con un conductor, los electrones corren por este conductor y en su camino se libera la energía potencial que había almacenada en ellos y el resultado es que el cable se calienta, transformamos esa energía potencial en energía calorífica.

A la diferencia de potencial le llamamos Voltaje o Tensión. La cantidad de electricidad, medida en culombios, no se suele utilizar en cálculos sencillos, pero a la cantidad de electricidad que pasa por un conductor en cada unidad de tiempo le llamamos Corriente o Intensidad, y se mide en Amperios. Un Amperio es la corriente que pasa por un conductor cuando por éste pasa un culombio por segundo.

3- Conductores y aislantes

Pues en realidad no hay conductores perfectos ni aislantes perfectos. Todos los cuerpos conducen en mayor o menor medida la electricidad. Incluso los materiales menos conductores, tienen un voltaje que una vez alcanzado se rompe ese aislamiento. Los buenos conductores, por ejemplo, los metales dejan pasar la electricidad con mucha facilidad, los malos conductores dejan pasar la electricidad, pero le ponen algún problema, vamos, que los electrones fluyen, pero menos. Los aislantes apenas dejan pasar los electrones hasta alcanzar la tensión de ruptura.

Si unimos con un cable de cobre el positivo y el negativo de una batería, los electrones, sin nada que se ponga en su camino, empiezan a correr por el cable con tal violencia que el cable se calienta, llega a arder y se destruye. Es como derribar una presa de un pantano lleno hasta arriba, el agua corre desbocada y destroza todo a su paso. Para utilizar la corriente eléctrica de forma controlada es necesario poner en su camino una resistencia que se oponga al paso libre de los electrones, hacemos que corran, pero de forma controlada.

El ejemplo más básico es una bombilla. Ponemos un cable conductor desde el positivo de la batería hasta un lado del filamento y otro cable desde el borne negativo hasta el otro lado del filamento. Los electrones fluyen sin problemas por ambos cables, ya que no hay casi oposición a su paso, pero para atravesar el filamento de la bombilla, ha una resistencia que se opone al libre paso de la corriente y para hacerlo, se desarrolla un trabajo que podemos ver en forma de calor. La energía liberada en forma de calor se reparte a lo largo de todo el recorrido, desde uno al otro borne de la batería, pero los cables son lo bastante gruesos como para que la energía liberada en ellos sea la mínima imprescindible. Son buenos conductores. El filamento por el contrario ofrece una resistencia y en él se libera la mayor parte de la energía. Llega a ponerse incandescente y no se quema porque está dentro de una ampolla al vacío o con un gas inerte que impide la combustión. Una bombilla es muy poco eficiente, la mayor parte de la energía se nos va en calor, y una pequeña parte se convierte en luz.

El agua destilada es aislante, pero cuando lleva sales en disolución es conductora, aunque no es un conductor perfecto. Eso nos permite, por ejemplo, que unas varillas sirvan como nivel de un depósito de agua. A medida que el agua sube su nivel, toca unas varillas mas cortas, y deriva a masa la corriente de esa varilla y nos da una señal de que se ha alcanzado ese nivel.

Los gases no suelen ser buenos conductores, pero ciertos gases, sometidos a una tensión eléctrica, se llegan a ionizar, es decir, los átomos se pasan electrones unos a otros y se cargan eléctricamente. Son los propios átomos o grupos de ellos los que se mueven, debido a las fuerzas de atracción de la carga eléctrica que adquieren al ionizarse provocando una corriente eléctrica. Hay gases, como el Neón, que se utilizan como medio conductor para generar luz.

El aire es un buen aislante, pero como todos los aislantes, tiene una tensión de ruptura. Esta tensión de ruptura varía con el espesor del material. Para el aire en condiciones normales la tensión de ruptura es de unos 3.000 Voltios por mm. Esta tensión de ruptura varía mucho con la humedad. Eso hace que si generamos una tensión de 10.000V, y la aplicamos a dos conductores separados por una distancia de un par de mm. salte una chispa, pues superamos la tensión de ruptura. El arco eléctrico ioniza el aire y la tensión de ruptura baja. Un rayo es el resultado de la ruptura del aislamiento del aire sometido a millones de voltios.

Los plásticos, en general, suelen ser aislantes, y también tiene una tensión de ruptura, y además, cuando se alcanza la tensión de ruptura, salta un arco eléctrico (una chispa) y el calor liberado quema el plástico creando una traza de carbonilla que sí es un buen conductor, eso hace que un cable con recubrimiento plástico, si lo aplastamos lo bastante, y puesto que la tensión de ruptura varia con el espesor, podemos llegar a un espesor tal que salte un arco, y detrás viene el desastre, el plástico arde, la carbonilla empieza a conducir la corriente y a generar calor y la instalación se quema.

4- Ohm

En realidad, los electrones no corren por el cable a la velocidad de la luz. Los electrones están ya en el cable formando parte de los átomos que lo componen, como los ocupantes de un autobús en hora punta. Si entran cinco personas por la puerta delantera, otras cinco deben salir por la puerta trasera. Supongamos que el autobús tiene 100 m de largo. Las personas que acaba de entrar tendrían que ser atletas para correr los 100 m en 10 segundos, y tendrían que ser Superman para hacerlo en décimas de segundo, pero si los que entran empujan contra los que hay dentro, el efecto del empujón lo notan los de atrás en tan solo unas décimas de segundo… ¡¡¡ 1000 metros por segundo!!! Entran cinco personas y otras cinco salen por detrás, y el efecto es como si hubiesen corrido a 100 metros por segundo. La electricidad viaja a la velocidad de la luz, pero los electrones son mucho más lentos que todo eso. En realidad, las personas que hay dentro chocan entre ellas, y hay que empujar fuerte desde la entrada (o succionarlos desde la salida) para que se muevan, y cuanto mejor estén sujetas más difícil es empujarles.

Pues volviendo a los cables, se llama Intensidad eléctrica a la cantidad de electricidad que pasa por un conductor, equivalente al caudal de un río. Lo mismo que el caudal de un río se mide en metros cúbicos por segundo, la intensidad eléctrica se mide en culombios por segundo, pero como eso es muy complicado, el físico André-Marie Ampere decidió llamar Amperio a la intensidad que tenemos cuando un conductor es atravesado por un culombio cada segundo.

Si tenemos una batería con una diferencia de potencial entre sus bornes de 12 V y ponemos entre ellos un cuerpo de una determinada resistencia vamos a tener una intensidad de corriente. Esa intensidad de corriente dependerá de la resistencia que el conductor oponga al paso de los electrones. Pues bien, La resistencia se mide en Ohmios por culpa de un alemán llamado Georg Simón Ohm. Este hombre decidió que si sometemos un cuerpo a una tensión eléctrica de un Voltio y deja pasar una intensidad eléctrica de 1 Amperio es porque tiene una resistencia de un Ω (Ohmio).

El ohmio es la unidad de resistencia eléctrica. Se escribe con el símbolo Ω.

Los conductores tienen una mayor o menor resistividad, es decir, diferente oposición al paso de la electricidad. Sería el equivalente a la fuerza con que los ocupantes del autobús se agarran a las barras para no ser tirados por la puerta de atrás cuando entra gente nueva por delante. La resistencia es mayor cuanto mayor es la longitud del cable. Un cable de 100 m. tendrá una oposición al paso de los electrones 10 veces mayor que un cable de 10 m. La resistencia es menor cuanto más grueso es el cable. Lo mismo que una autovía de 6 carriles permite más densidad de tráfico que una de solo dos. Por último, la resistencia depende de la resistividad del material del que está hecho el conductor.

Una curiosidad:

Por supuesto si aumentamos el voltaje la intensidad se aumenta proporcionalmente, es decir, si a un cuerpo que tenga una resistencia de 1 Ω le aplicamos 12V la intensidad va a ser de 12 Amperios, y si el cuerpo tiene una resistencia de 2 Ω, la intensidad va a ser la mitad, es decir que ahora será de 12 V / 2 Ω = 6 A. De esto salen tres formulas muy útiles en electricidad que se memorizan fácilmente con el triangulo de la siguiente figura:

Si llamamos I a la intensidad, V al voltaje y R a la resistencia, tenemos:

R = V / I:
Si mido el voltaje de mi batería y me da V voltios y mido la intensidad y me da I amperios, puedo calcular la resistencia del circuito dividiendo V entre I. y el resultado estará en Ω.

I = V / R:
Si conecto una resistencia de R Ω a una batería de V voltios puedo calcular la intensidad I en amperios dividiendo V entre R.

V = R * I:
Si tengo una resistencia de R Ω y quiero que por ella pasen I amperios puedo calcular los voltios que tengo que aplicarle multiplicando I * R.

5- Vatios

Tal como describe la ley de Ohm, cuando conectamos un circuito eléctrico a una batería o generador, se produce una corriente eléctrica proporcional al voltaje de la fuente de energía, e inversamente proporcional a la resistencia del circuito. Esto quiere decir que según como sea el circuito vamos a tener mayor o menor intensidad en el circuito. A la intensidad también se le llama a veces Consumo. Si tenemos una batería de 12V y le conectamos una lámpara halógena del coche, que tiene una resistencia de unos 3 Ω, si aplicamos las formulas de la ley de Ohm, tendremos un consumo (intensidad) de 4 A. (12 V / 3 Ω = 4 A). Si a la misma batería le conectamos una bombilla de intermitencia, que tiene una resistencia de 24 Ω, la corriente que circulará por el circuito será de 0,5 Amperios. (12 V / 24 Ω = 0,5 A). Como vemos, hay un consumo de energía diferente.

La potencia que estamos consumiendo la podemos calcular multiplicando el voltaje del circuito por la intensidad consumida. La lámpara halógena del ejemplo tendrá una potencia de 48 Vatios. (12 V * 4 A = 48 W). En el caso de la bombilla de intermitencia la potencia será de 6 W. (12 V * 0,5 A = 6 W).

Veamos el caso del frigorífico. Los frigoríficos de las autocaravanas suelen funcionar con tres fuentes diferentes de energía. A gas, lleva un quemador que consume algo mas de 20 gramos por hora de gas, lo que supone alrededor de 100 W de potencia calorífica. Conectado a la red de 220 V lleva una resistencia que debe darle al frigorífico una potencia de unos 100 W, y como funciona a 220 V, lleva una resistencia eléctrica de 480 Ω. Si calculamos el circuito, 220 V / 480 Ω = 0,45 A. y si ahora calculamos la potencia, 0,45 A * 220 V = 99 W. Para funcionar a 12 V lleva otra resistencia que debe dar esos mismos 100W en forma de calor, y en este caso, la resistencia que se pone es de 1,5 Ω. Como hemos visto antes, esa resistencia de 1,5 Ω conectada a una batería de 12 V nos da como resultado una potencia de 96 W. Todos estos números son aproximados.

La resistencia para funcionar a 12V es de solo 1,5 Ω , de esta forma, la intensidad que la recorre al conectarla es de 8 A (12 V / 1,5 Ω = 8 A) . La potencia disipada, con las formulas que hemos visto antes es de 96 W. (12 V* 8 A = 96 W).

La otra resistencia (la de 220V) es de aproximadamente 480 Ω. Si conectamos esta segunda resistencia a 220V, la intensidad que atraviesa esta resistencia será de 220 V / 480 Ω = 0,45 A. Y la potencia consumida será de 220 V * 0,45 A = 99 W.

Estos números son aproximados. En realidad ambas resistencias están calculadas para que la potencia final sea de 100 o de 150 W según el modelo de frigorífico. He hecho los cálculos con estos números para evitar los decimales que enredarían la explicación.

Se puede comprobar como para una misma potencia, si el voltaje es más elevado, la intensidad es menor. Esta es la causa por la que los cables deben ser mucho más gruesos en instalaciones de 12V que en las de 220V para unas potencias similares. En los frigorificos se suele poner cable de2,5 mm. para la instalación de 220V y de 6 mm. para la instalación de 12V.

Al igual que con la ley de Ohm, podemos deducir varias formulas, aunque hay dos realmente útiles.

Si llamamos I a la intensidad, V al voltaje y W a la potencia, tenemos:

W = V * I
Si mido el voltaje de mi batería y me da V Voltios y mido la intensidad que consume un aparato determinado y me da I Amperios, puedo calcular la potencia consumida por este aparato multiplicando V por I. y el resultado estará en Vatios (W).

I = W / V
Si tengo un consumo de W vatios en una batería de V voltios puedo calcular la intensidad I en amperios dividiendo W entre V. Esto es útil para calcular la sección del cable que tengo que poner y el calibre del fusible para que me soporte la nueva instalación soporte la potencia que voy a instalar.

6- Serie y paralelo

Si yo conecto dos bombillas, una detrás de la otra, los electrones tienen que pasar por las dos bombillas para llegar del polo negativo al positivo. Eso quiere decir que tienen doble dificultad para llegar hasta su destino. Las dificultades se suman. Si pongo tres bombillas conectadas haciendo una cadena, y las tres bombillas son idénticas, la dificultad de los electrones para atravesar toda esa serie de obstáculos es triple que si hubiese una sola.

Por el contrario, si yo pongo esas tres bombillas una al lado de la otra, lo que hago es facilitar la llegada de los electrones al destino, pues es como poner tres carriles en paralelo en la autopista.

Las resistencias en serie se suman, si una bombilla, por ejemplo, tiene 3 Ω de resistencia y la conecto a la batería de 12 V, la intensidad que voy a tener es de 4 A. (12V / 3 Ω = 4 A). Esa bombilla está disipando una potencia de 48 W (12 V * 4 A = 48 W). Si pongo dos bombillas en serie, la resistencia total va a ser de 6 Ω (3 + 3 = 6). La intensidad que atravesará las bombillas será de 2 A (12 V / 6 Ω = 2 A). Eso quiere decir que la potencia total disipada por las dos bombillas será de 24 W (2 A * 12V = 24 W). Así que cada bombilla estará iluminando con 12 W. Pues la potencia se reparte por igual entre las dos bombillas. El voltaje se reparte por igual entre ambas bombillas porque son iguales. Cada bombilla tendrá 6 V. Una cadena de bombillas de navidad está compuesta por 20 lámparas de 12 V cada una y de unos 2W de potencia cada lámpara, se enchufan a 240V, y el voltaje se reparte entre ellas mientras que la intensidad que atraviesa la cadena es única, cada lámpara recibe un voltaje de 12V y es atravesada por la intensidad de la cadena, aprox. 0,15 A. La potencia disipada en cada lámpara es de (12V * 0,15 A = aprox. 2W). La potencia total disipada será de 40W (240V * 0,15V). Si una sola de las lámparas se funde, la serie se interrumpe y todas dejan de funcionar.

En el caso de conectar dos bombillas diferentes en serie. Supongamos una bombilla de luz larga del vehículo, que tiene unos 3 Ω de resistencia, y una bombilla de intermitencia lateral, que tiene unos 24 Ω. La suma será de 27 Ω. La corriente será aproximadamente 0,45 A (12V / 27 Ω = 0,45 A), pero el reparto de voltaje se hará proporcionalmente a la resistencia de cada una de ellas, y la que mas voltaje va a soportar es la que mas resistencia ofrezca al paso de los electrones.

El voltaje se calcula aplicando la ley de Ohm nuevamente, multiplicando la intensidad por la resistencia, es decir, que la bombilla más pequeña va a soportar casi 10,5 V (24 Ω * 0,45 A) mientras que en la más potente, puesto que deja pasar mejor los electrones solo se va a quedar con alrededor de 1,5 V en sus bornes (3 Ω * 0,45 A). La bombilla pequeña va a disipar (10,5 V * 0,45 A = 4,725 W) algo mas de 4,5 vatios, un poco menos de los 6 W que disiparía si estuviese sola, y en la bombilla mas potente la potencia disipada será de (1,5 V * 0,45 A = 0,67 W) poco mas de 0,6 W, mucho menos de los 48 que disiparía si estuviese sola. Quiere decir que la bombilla más débil apenas notaria diferencia y la más potente probablemente ni se encendería o brillaría apenas un poco.

Si pongo las dos bombillas en paralelo, la bombilla pequeña sola consumirá 0,5 A (12 V / 24 Ω = 0,5 A) y la bombilla grande consumirá 4 A (12 V / 3 Ω = 4 A). La suma de ambas será de 4,5 A. La potencia consumida por la bombilla pequeña será de 0,5 A * 12 V = 6 W, y la potencia consumida por la bombilla grande será de 4 A * 12 V = 48 W. Ademas, si se funde una de las dos, la otra sigue funcionando, pues el circuito entre los dos bornes de la batería sigue estando a través de una de las bombillas que aún queda operativa. La potencia total consumida por ambas bombillas será de 48 W + 6 W = 54 W. La suma de las intensidades de ambas es la intensidad que sale de la batería, 4 A + 0,5 A = 4,5 A. Ambas bombillas reciben el mismo voltaje, los 12V. Si lo miramos desde los bornes de la batería, la potencia que sale de ésta es la suma de las intensidades por el voltaje (12V * 4,5 A = 54 W). cada una de las bombillas consumirá la potencia que necesite, sin interferencias con la otra o con otros aparatos conectados a esa batería (hasta el limite de la batería).

Habíamos visto que una batería tenía una diferencia de potencial entre sus bornes. Pues si unimos el borne negativo de una con el borne positivo de la otra, entre los extremos tendremos la suma de las diferencias de potencial. Si conecto 4 pilas de 1,5 V en serie, entre el positivo de la primera y el negativo de la última tendré 6 Voltios, pues las diferencias de potencial se suman.

En la figura anterior vemos que las pilas de 1,5V en serie suman sus voltaje. Eso hace que la intensidad que recorre las baterías sea la misma para todas. Si calculamos el voltaje total de las pilas (1,5 * 4 = 6 V) y lo dividimos entre los 24 Ω de la bombilla, tenemos una intensidad de 0,25 A. Cada pila va a dar una potencia de 0,25 A * 1,5 V ~ 0,37 W. La bombilla recibirá 6V, que por 1 A de consumo son 6W de potencia. El consumo se reparte entre las cuatro pilas. Si por el contrario conectamos la pilas en paralelo, el voltaje total será de 1,5 V, es decir, a la bombilla le llegará 1,5V. La intensidad total en la bombilla será de 1,5V / 24 Ω ~ 0,06 Amperios. La potencia disipada será solo de aprox. 0,06 A * 1,5 V = 0,09 W, la bombilla casi no luce nada. Ademas, como la intensidad se reparte entre las cuatro pilas, cada una de ellas solo va a dar 0,015 Amperios. Se reparte de nuevo la potencia entre las pilas.

Por último, si conecto el negativo de una batería de 12V al negativo de una batería de 6V, entre ambos positivos tendré una diferencia de potencial de 6 V. Es como si pongo dos escaleras apoyadas en el suelo, un de 6 escalones y otra de 12, entre el escalón mas alto de ambas escaleras tendré la diferencia de altura correspondiente a la diferencia de escalones entre ellas.

Conectar el negativo de una batería de 12V cargada (en realidad tendría 13,8 V) con el negativo de otra batería descargada (que en realidad tiene entre 11 y 12V) hace que entre los positivos de ambas baterías haya casi 2 voltios de diferencia de potencial. Si ahora conecto con un cable los positivos de estas dos baterías es como poner un cortocircuito entre los bornes de una batería de 2 V. La intensidad puede ser brutal, una batería se descarga sobre la otra hasta equilibrar las tensiones, y por el camino se va a librar calor y pérdida de energía. Por eso es importante en las autocaravanas que la unión entre las baterías se produzca cuando el alternador ya esté rodando, así nos aseguramos de que el alternador va a cargar ambas baterías, y no se descarga una de ellas sobre la otra. En algunas autocaravanas, incluso está temporizado el relé que une ambas baterías.

7- Transportar energía

Transportar la energía eléctrica no se hace solo en las grandes líneas que vemos por el campo. Dentro de nuestras casas y de las Autocaravanas hay que transportar la energía eléctrica desde la batería hasta las bombillas, o hasta el convertidor, o desde el enchufe hasta el televisor. El transporte de la energía eléctrica tiene una importancia vital en el rendimiento y seguridad de la instalación.

Como habíamos visto, si ponemos varias bombillas en serie, la energía se reparte entre ellas. Las que tienen una resistencia menor se quedan con una parte menor de la energía, y la que tiene una resistencia mayor son las que se quedan con casi toda la energía. Pues bien, los cables de un circuito eléctrico forman parte de una serie que comienza en el positivo de la batería y termina en el negativo.

Vamos a ver un circuito muy sencillo: Un cable que sale del positivo de la batería y va hasta un interruptor. Desde el interruptor sale otro cable que va hasta la bombilla. Luego desde el otro lado de la bombilla sale otro cable que va al negativo de la batería. Vamos a analizarlo.

El cable que va desde el positivo de la batería hasta el interruptor tiene una resistencia eléctrica, pues aunque sea muy buen conductor, no tiene resistencia cero. Pongamos que tiene una resistencia de 0,1 Ω. Esto incluye la resistencia del contacto entre el conductor y la batería.

El interruptor. La conexión entre el cable y el interruptor tiene una resistencia, y el interruptor es un metal que apoya sobre otro por la presión de un muelle, y la resistencia del contacto, sobre todo si el metal hace poca presión o tiene un poco de óxido, no es despreciable. Pongamos que tenemos 0,2 Ω de resistencia sumada entre el contacto del interruptor y los cables.

Otro cable desde el interruptor hasta la bombilla, otra vez 0,1 Ω incluida la resistencia de los contactos, etc.

La bombilla. Supongamos que es esa bombilla de los ejemplos anteriores que tiene 3 Ω y nos debería dar 48 W de potencia.

Luego otro cable desde la bombilla hasta el negativo de la batería. Pongamos de nuevo 0,1 Ω entre el cable y las conexiones.

Si nos fijamos bien, lo que hay en el circuito es una serie de resistencias, y la intensidad total se calculará dividiendo el voltaje total entre la suma de las resistencias, es decir, 12 V / 3,5 Ω = 3,42 A. El voltaje de la batería se va a distribuir entre ellas de forma inversamente proporcional a su resistencia eléctrica. La resistencia útil es de 3 Ohmios, y las resistencias parasitas (cables, interruptor, etc.) suman 0,5 Ohmios. Eso quiere decir que un buen prcentaje de la energía se va a perder en el transporte y manipulación de la electricidad. De los 48 W que originalmente queríamos tener en luz, hemos perdido 1,71W 8 W por el camino. A la bombilla le llegará alrededor de 10,2V en lugar de los 12 de la batería y dará unosd 35 W de luz.

Las perdidas son proporcionales a la intensidad. En el primer cable, que tiene 0,1 Ω, a una intensidad de 3,42 A, se quedarán 0,34 V, disipando una potencia de 1,1 W. En el interruptor tenemos una resistencia de 0,2 Ohmios, el voltaje perdido es de 0,7 V y la potencia perdida será de 2,2 W, y en los otros dos cables se volverá a perder 1,1 W en cada uno de ellos. Finalmente, en la bombilla perderemos parte de la potencia, y solo alumbrará con una potencia de unos 35W (3,42 A * 3 Ω = 10,6 V y 10,6 V * 3,43 A = 35 W). Este ejemplo es muy exagerado, pero debemos ser conscientes de que en el transporte de la energia perdemos algo. Si la intensidad fuese de 10 Amperios, por ejemplo, las perdidas serían de 0,5 Ω * 10 A = 5V. ⅓ de la energia perdida en los cables y generando calor. El cable se calienta tanto que puede salir ardiendo.

Para evitarlo, hay que poner un cable mas grueso, que tiene una resistencia mucho menor y por lo tanto provoca mucha menos perdida. Además, para un consumo tan alto no sirve cualquier interruptor, hace falta un interruptor con muelles mucho más potentes y elementos más robustos que reducen las perdidas y soportan las intensidades altas.

Como hemos visto, las perdidas en los cables e interruptores, es proporcional a la intensidad que circula por un cable. Si yo tengo una estufa de 100 W conectada a una batería, la intensidad que va a circular por el cable es de (100W / 12V = 8,5 Amperios). Si tengo otra estufa de los mismos 100 W pero para 220 V, la intensidad que circula por el cable será de (100W / 220V = 0,4 Amperios). Como vemos, cuanto mayor es el voltaje menor es la intensidad que circula por los cables, menores son las perdidas y podremos utilizar un cable de menos sección para transportar la energía. Esta es la razón por la que la energía se transporta de una ciudad a otra a una tensión de 300.000 V, en la estación de transformación este voltaje se reduce a unos 20.000 V hasta la caseta de nuestro barrio, y la distribución domestica se hace en 220 V.

Para una misma potencia, cuanto menor es el voltaje mayor es la intensidad y mayores son las perdidas en los cables, o dicho de otro modo, para un menor voltaje mayor debe ser la sección de los cables si no queremos perder la potencia en el camino. Por eso las instalaciones de 12V de las autocaravanas tienen secciones que parecen desproporcionadas comparadas con las de nuestra casa a 220V.

8- Electro-magnetismo

Cada electrón, cuando se mueve, genera a su alrededor un pequeño campo magnético. Los electrones son partículas cargadas negativamente, mientras que los núcleos de los átomos tienen carga positiva. Puesto que los electrones rodean a los átomos con una orientación errática, el resultado es que un material no tiene ningún magnetismo, pero si hacemos moverse muchos electrones en la misma dirección, el efecto obtenido es que el material adquiere propiedades magnéticas. Un imán es un trozo de material que tiene sus electrones ordenados de forma que tiene un polo norte y un polo sur. Cada uno de sus polos se siente atraído por el polo contrario de otro imán o repelido por el polo del mismo signo de otro imán.

Un cable recorrido por electrones genera a su alrededor un magnetismo circular que lo rodea. Si hacemos que un conductor haga un bucle sobre si mismo, ya tenemos una bobina de una sola vuelta, y el magnetismo circular se enrolla sobre si mismo. Si construimos una bobina con muchas vueltas multiplicamos el efecto por el numero de vueltas, y al hacer pasar corriente por ella obtenemos un imán que solo funciona cuando hacemos pasar electricidad por ese cable. Un grafico para hacerlo mas claro:

Si ponemos un trozo de hierro en el interior de la bobina, el hierro se imanta y el efecto aun es mayor, pues el hierro tiene la facultad de orientar sus partículas para aumentar el magnetismo total. La fuerza de ese imán será proporcional a la intensidad (Amperios) de la corriente que pasa por el cable y al número de espiras (vueltas) que tenga la bobina. También influye en la fuerza magnética el diámetro del hilo, el diametro de la bobina, la longitud de la bobina y el material que hay en su interior, pero eso es otro tema más complicado.

Este efecto es reversible. Si yo muevo un imán frente a una bobina, o muevo la bobina para que sus espiras crucen el campo magnético del imán, los electrones son empujados por el cable en uno u otro sentido según la dirección en que se mueva el conductor con respecto al campo magnético, o el campo magnético respecto del conductor (del polo norte al sur del imán o viceversa).

Esto tiene muchísimas aplicaciones, la mas sencilla, seria la fabricación de un relé. Un relé está compuesto por una bobina alrededor de un núcleo de hierro. Cerca del extremo de ese núcleo ponemos una chapita retenida por un muelle muy cerca del núcleo. Cuando pongamos corriente a la bobina, la chapita se va a ver atraída por el núcleo de hierro, y venciendo la fuerza del muelle se va a mover pegándose al núcleo. Al moverse, la chapita empuja un contacto eléctrico y lo conecta. Al quitar la corriente a la bobina el núcleo se desmagnetiza, la chapita de hierro vuelve a su estado de reposo por efecto del muelle y el contacto eléctrico se desconecta. Si además, la chapita de hierro se monta como una prolongación del polo contrario del imán, construimos un “circuito magnético” que todavía agranda mas el efecto. En este gráfico podemos ver como funciona un relé.

9- Motor eléctrico simple

En un relé, el movimiento provocado por el electromagnetismo es rectilíneo y de unos pocos milímetros, pero si vamos un poco mas allá, podemos construir una bobina y colocarla sobre un eje. Situar este conjunto dentro de un imán de herradura, y un dispositivo compuesto por delgas y escobillas para poder cambiar la polaridad a la bobina. Nos quedaría un dispositivo como este:

Cuando aplicamos corriente a la bobina a través de las escobillas y delgas, el núcleo de la bobina se imanta, y por efecto de la atracción de los polos diferentes y la repulsión de los polos iguales, el núcleo tiende a girar (Figura superior). Justo cuando el movimiento llega a su final, las delgas dejan de hacer contacto y la corriente se corta. Por la inercia el eje gira un poco más, y las bobinas se vuelven a conectar, pero por efecto del giro, las delgas han cambiado de posición, y se invierte el sentido de la conexión. Eso hace que el sentido del flujo magnético se invierta, por lo que la parte del núcleo que antes era norte, ahora es sur y viceversa. Eso hace que el movimiento continúe otra media vuelta. Este movimiento continúa de forma indefinida hasta que cortemos la corriente de la pila. Si invertimos la corriente de la pila, puesto que cambiamos la polaridad del campo magnético en el rotor mientras que el imán permanente no cambia su polaridad, el sentido de giro es el contrario.

Podemos prescindir del imán permanente si sustituimos el imán por una armadura de hierro en la que arrollamos una bobina. Si aplicamos energía eléctrica a la bobina de la armadura, esta se imanta y tenemos el mismo efecto. Una ventaja a favor de este sistema es que si cambiamos la polaridad de la pila, cambiamos la polaridad tanto del rotor como de la armadura, por lo que el sentido de giro es siempre el mismo. La forma de cambiar el sentido de giro sería cambiar los cables del rotor sin cambiar los de la armadura.

Este motor es muy simple, tiene un pequeño punto muerto y es poco eficiente. Si en lugar de poner un solo núcleo ponemos varios pares de bobinas evitaremos el punto muerto. Siempre habrá varios pares de bobinas alimentados aunque uno de ellos quede sin corriente. Si además le damos la forma adecuada al núcleo y a la armadura exterior, los polos norte y sur están mas cerca y el motor llega a tener una eficacia muy alta. La siguiente fotografía es de un rotor con polos múltiples.

10- Dinamo y Alternador

Como vimos mas atrás, el efecto del electromagnetismo es reversible. Si yo hago circular corriente por un cable se produce un campo magnético alrededor, y si yo muevo un cable dentro de un campo magnético hago que los electrones se muevan en el cable de un extremo al otro. Si traslado electrones de un extremo del cable al otro, ya estoy provocando una diferencia de potencial entre los dos extremos del cable, eso quiere decir que estoy generando energía eléctrica.

Un motor eléctrico de imán permanente también es un generador eléctrico. Al girar su eje, las bobinas cruzan las líneas magnéticas del imán a medida que se mueven desde un polo al otro y se produce una corriente eléctrica en los bobinados que podemos medir en los cables conectados a las escobillas. En cada vuelta, cuando la bobina pasa frente a un polo magnético deja de dar corriente un instante y al empezar a cruzar de nuevo el campo magnético pero en dirección al otro polo, las delgas se han cambiado, y aunque la corriente fluye por la bobina en sentido contrario, por los cables tenemos una corriente del mismo signo, pues las delgas han cambiado de bobina. Este es el mecanismo de funcionamiento de una Dinamo.

Al igual que en el motor, podemos sustituir el imán permanente por una armadura de hierro con una bobina. Para poder generar corriente en la bobina del rotor hay que poner una corriente en la bobina de la armadura o estátor, a esta bobina se le llama Bobina Excitadora. En realidad la corriente que se aplica a esta bobina es mínima comparada con la que se obtiene en las bobinas del rotor, pero nos da una posibilidad nueva, y es que variando la corriente en esta bobina podemos regular cuanta corriente se genera en el rotor.

Otra posibilidad es que en lugar de delgas, en el eje del rotor podemos poner unos anillos, de forma que cada bobina del rotor esta conectada a un anillo y cada escobilla apoya también en un anillo. De esta forma la escobilla puede tener de mayor superficie de contacto y admite más corriente a través de ella. En este caso, puesto que la polaridad de la corriente en las bobinas cambia en cada vuelta, la corriente que tenemos en la salida cambia de polaridad en cada vuelta del rotor. A esta corriente le llamamos corriente alterna y por eso este tipo de generadores recibe el nombre de Alternador. Para hacer que la corriente que sale del alternador vuelva a ser Corriente continua se utilizan los diodos, pero es vendrá mas adelante.

Como curiosidad:

Para diferenciar la corriente continua de la alterna se le designa con las siglas CA (Corriente Alterna) o CC (Corriente Continua). Se les denomina así porque su polaridad se alterna en fracciones de tiempo en el caso de la CA y la polaridad es continua en el caso de la CC.

En ingles se les denomina Alternative Current (AC) y Direct Current (DC).

11- Corriente alterna

En una batería tenemos claro que tenemos dos bornes, y que entre los dos bornes hay una diferencia de potencial, es decir, que en uno de ellos hay un nivel de electrones diferente al que existe en el otro borne. Si ponemos un camino entre ambos bornes los electrones fluyen por ese camino o circuito de un borne al otro de forma continua.

En un alternador, el voltaje generado por las bobinas cambia en cada vuelta, pero no cambia de forma inmediata, sino que el valor de voltaje depende de la velocidad a la que cambia el campo magnético, y esa tensión varía en función del seno del angulo que forma la bobina con el campo magnético. Como se ve en la figura siguiente, la tensión en la salida del alternador sigue una curva senoidal (sigue el patrón del seno del angulo de giro). La corriente sube siguiendo ese patrón, luego, llegado al máximo (90º), regresa a cero (180º) y vuelve a subir pero en sentido negativo a 270º de giro la tensión alcanza su máximo negativo. Si continuamos girando, al terminar la vuelta completa se alcanza de nuevo un potencial cero. Como la polaridad es alterna entre picos positivos y picos negativos, le llamamos corriente alterna. La intensidad que recorre el circuito durante estos periodos también cambia de polaridad, por lo tanto, los electrones prácticamente han vuelto por donde venían. Pues si esto lo repetimos muchas veces por segundo ya tenemos corriente alterna, en este tipo de corriente los electrones corren alternativamente en uno u otro sentido por el cable, pero el efecto es el mismo que si fuese continua.

En realidad la corriente alterna tiene algunas ventajas sobre la corriente continua, y su comportamiento es exactamente el mismo siempre que el circuito sean resistencias o bombillas, en las que simplemente se produce calor. Si introducimos bobinas, condensadores o semiconductores la cosa cambia, pero eso será mas adelante.

Habitualmente la corriente alterna se genera con un Alternador, que ya vimos como funciona un poco mas atrás. Por la forma de funcionamiento del alternador, las bobinas giran alrededor del campo magnético siguiendo un círculo. La corriente se produce siguiendo ciclos de funcionamiento en los que la bobina para alternativamente de un polo a otro, y el voltaje en cada momento es proporcional al seno del ángulo que forma la bobina con el campo magnético. Por eso la curva que se dibuja si ponemos en una grafica el tiempo y el voltaje es una curva senoidal, como la curva roja del gráfico anterior.

En corriente alterna aparecen dos nuevas medidas. La primera de ellas es la Frecuencia. Se llama frecuencia a la velocidad con la que transcurre un ciclo completo de una corriente alterna. En la imagen de más arriba se muestran dos ciclos completos. La frecuencia que se utiliza normalmente en la distribución eléctrica cambia de polaridad 50 veces por segundo en Europa. La frecuencia se mide en hercios y el símbolo es Hz, así que en los enchufes de casa tenemos corriente alterna senoidal a 50 Hz.

Como la corriente alterna está permanentemente cambiando, para determinar su valor se puede expresar de varias maneras.

La Tensión de pico, que es la máxima tensión que se alcanza tanto a negativo como a positivo con respecto al cero.

La Tensión pico-pico, que es la tensión que hay desde el pico más negativo hasta el pico más positivo. Para una onda simétrica, con los picos positivos idénticos a los picos negativos, esta tensión es el doble que la tensión de pico.

La Tensión eficaz. Es la tensión que tenemos que alcanzar para obtener el mismo resultado que si fuese corriente continua. Si la onda es cuadrada, como nos da igual la polaridad, el voltaje de pico coincide con el voltaje eficaz.

La onda dibujada en verde en la siguiente figura es la onda senoidal que nos da el alternador, y la onda dibujada en amarillo sería la onda cuadrada equivalente. Para calcular la tensión eficaz, en ondas senoidales, hay que dividir la tensión de pico por la raíz de 2.

En la corriente alterna que tenemos en los enchufes de nuestra casa, el voltaje eficaz es 220V, eso quiere decir que la tensión del pico máximo es de alrededor de 311 V y la tensión pico-pico es de 622 Voltios.

Como la onda senoidal es complicada de generar sin un alternador, los primeros inversores eran de onda cuadrada, es decir, cambiaban bruscamente la polaridad. Como la onda cuadrada supone cambios muy bruscos en la dirección de los electrones, suponen un problema para los aparatos que llevan bobinas, tales como motores, etc. Los fabricantes idearon un medio de imitar las propiedades de la corriente senoidal (ideal para ser utilizada en bobinas de motores). Ese medio era la onda modificada. Consiste en crear pulsos espaciados entre ellos, incluso con diferentes voltajes, para imitar lo más fielmente posible la onda senoidal. No es una idea perfecta, pero es barata. En los modernos inversores de onda senoidal pura, se aprovechan medios mucho mas sofisticados (y caros) para generar este tipo de señal imitando la onda senoidal. Esto se hace creando muchos escalones de tensión o con impulsos de ancho variable a muy alta velocidad.

12- Transformadores

Si yo aplico una corriente continua a una bobina, voy a tener un campo magnético fijo. La polaridad de ese campo y su intensidad van a ser estables durante todo el tiempo que mantengamos la corriente. Al desconectar la corriente el campo magnético desaparecerá bruscamente y el núcleo magnético de la bobina perderá su magnetismo.

Si por el contrario yo aplico una corriente alterna a esa bobina, el campo magnético creado no va a ser estable. Voy a tener un campo magnético que esta continuamente cambiando su intensidad y polaridad en la misma proporción que cambia la corriente alterna.

Como habíamos visto en el alternador, si yo mantengo quieto el eje del alternador dentro del campo magnético, no voy a tener corriente de salida, pero si muevo la bobina dentro del campo magnético voy a obtener una corriente en la salida del alternador. Si yo muevo el campo magnético en lugar de mover las bobinas también se genera corriente eléctrica. ¿Qué pasaría si yo pongo dos bobinas cercanas y alimento una de ellas con corriente alterna? Más aun, ¿y si construimos un circuito magnético para que todo el magnetismo de una bobina pase por la otra?

Pues es muy sencillo, si la corriente es continua, como el flujo magnético que producimos es constante, no pasará nada, es como tener un alternador parado, el flujo magnético es constante y no hay nada en su salida. Por el contrario, si la corriente que aplicamos a la bobina primaria es alterna, el flujo magnético será variable, y es como si la segunda bobina se estuviese moviendo en medio de un campo magnético fijo. Como resultado en la segunda bobina obtenemos una corriente que es una replica de la corriente de la primera bobina. A este montaje le llamamos transformador.

La ventaja que nos ofrece el transformador es que el voltaje del bobinado secundario (el de salida) va a estar en función del voltaje del primario (entrada) y en proporción al número de espiras de cada bobinado. Eso quiere decir que si yo pongo un bobinado de 1000 Espiras en el primario y otro bobinado de 50 espiras en el secundario, y le pongo 220 V en la entrada, en la salida voy a tener (220 /1000) * 50, una simple regla de tres, el resultado es 11 V de corriente alterna.

Por el contrario, si yo alimento con 11V de corriente alterna el bobinado de 50 espiras, voy a tener 220V en el bobinado de 1000 espiras. Una de las grandes ventajas de la alterna sobre la corriente continua es la facilidad para reducirla o elevarla con ayuda de transformadores.

Un punto a aclarar es que la potencia no se altera. Si yo conecto en la salida de 11 V un consumo de 10 A, la potencia consumida por el circuito será de 11 V * 10 A = 110 W). Pues en el primario el consumo será de esos mismos 110 W, eso quiere decir que la bobina del primario va a consumir un poco más de 0,5 A (0,5 A * 220 V = 110 W), y algo más de consumo por las perdidas, ya que algo de magnetismo y de calor se pierde en el transformador.

13- Protección

Una batería de automoción es capaz de dar una intensidad de hasta 900 Amperios sin dañarse y puede dar más de 1500 Amperios si la ponemos en cortocircuito. De hecho un motor de arranque cuando está trabajando llega a consumir 300 Amperios. El voltaje se baja hasta unos 10,5 V. La potencia liberada es de 300 * 10,5 = 3150 W. Como un caballo de potencia son 735 W, quiere decir que le motor de arranque saca 4,28 caballos de potencia. Si activamos la llave de arranque con la primera velocidad puesta, estos 4 caballos permiten mover el vehículo.

Si un día nos quedamos en un paso a nivel, el motor no arranca y el tren se acerca peligrosamente, metemos la primera, damos a la llave del arranque y sin esperar a que arranque soltamos muy despacio el embrague mientras aguantamos la llave. La propia fuerza del motor de arranque es suficiente para permitirnos arrastrarnos para salir del peligro. Son más de 4 caballos de potencia.

Esta operación nos puede salvar la vida y la autocaravana, pero es peligrosa para el motor de arranque y para la batería. El motor de arranque está construido para mover al motor de explosión durante unos segundos, y el esfuerzo mecánico necesario para moverlo, aun en frío, provoca una corriente determinada. Si aplicamos mas fuerza al eje del motor de arranque, por ejemplo, obligarlo a mover la autocaravana, la intensidad a través de él es mayor. El voltaje de la batería cae mas aun, poniendo en peligro tanto el motor como la batería. La intensidad consumida por el motor se dispara y la potencia puede llegar a ser de hasta 6 caballos, y el calor disipado en el motor puede llegar a quemarlo.

Si salimos de las vías y salvamos la vida se da por bien empleado el coste de un motor de arranque nuevo, pero este mismo efecto se puede producir, por ejemplo, en el motor del escalón eléctrico por efecto de una piedra que se ha colado en el mecanismo. Tu le das al botón de entrar y el motor se queda forzando la entrada sin éxito. La intensidad que debería ser de 4 o 5 Amperios sube por encima de los 20, el motor se achicharra y una chinilla mal caída en el mecanismo del escalón nos provoca una avería de unos cuantos euros. Si el motor del escalón tuviese un fusiblemuy ajustado, al aumentar la intensidad el fusible se funde, el motor deja de funcionar y ya no se fríe.

Si un cable conectado al positivo de la batería se roza contra alguna parte del chasis o la carrocería y se conecta al negativo, la batería empieza a soltar amperios por ese cable. El voltaje se cae hasta los 3 o 4 Voltios, la intensidad supera los 1500 Amperios, El líquido de la batería empieza a hervir, las placas de plomo internas se retuercen y llegan al cortocircuito. El cable se calienta hasta hacer arder la cubierta de plástico, el calor alcanza los muebles y la autocaravana arde sin remedio. Me contaron de un chaval con una camper al que se le hizo un cortocircuito, se quemó las manos tirando del cable incandescente que estaba en cortocircuito ardiendo y ante sus propios ojos en un par de minutos la flamante Volkswagen ardió como una tea sin poder hacer nada por evitarlo. Si hubiese habido un fusible, al llegar la intensidad a un cierto valor, el fusible se funde, se rompe el circuito y todo vuelve a la calma.

Un fusible es un pequeño hilo de cobre, aluminio o plomo. Esta calculado su grosor y longitud para que a una cierta intensidad se caliente y se funda el metal de que está hecho, al fundirse el metal se interrumpe la corriente eléctrica. Un fusible nos protege contra las sobrecargas de los circuitos. Es importantísimo tener TODOS los circuitos de la autocaravana protegidos.

En realidad un fusible no es algo exacto, un fusible de 10 Amperios se quemará de forma instantánea si lo sometemos a 15 Amperios. Podría fundirse si lo sometemos a 10 Amperios durante un tiempo determinado y podría saltar con 5 Amperios si antes lo hemos sometido a sobrecargas sin llegar a fundirlo, pero siendo inexacto nos protege de daños mayores. Es importante sustituir los fusibles por los recomendados por los fabricantes, y si se vuelve a fundir o necesitamos uno de mayor amperaje es porque hay algo que no funciona como debe, en ese caso hay que reparar y poner su fusible original.

14- Magnetotérmicos

Como el fusible es tan poco exacto, se han hecho muchos inventos para solucionar el problema. Uno de ellos es el interruptor térmico.

El funcionamiento del interruptor térmico esta basado en la dilatación de los metales. Supongamos que pegamos una tira de aluminio a otra de acero, las cortamos a temperatura ambiente y las pegamos completamente rectas. Cuando se calientan, la tira de acero se dilata a razón de 0,012 mm por ºC y metro de longitud, mientras que el aluminio dilata 0,023 mm. por ºC y metro. Eso hace que la cara de la tira de aluminio se dilate más que la del acero, por lo que la barra se comba hacia el lado del aluminio.

Si hacemos pasar una corriente eléctrica por la barra, a medida que aumenta la intensidad, el calor va aumentando en la barra, y la barra se comba mas en función de la temperatura, que a su vez es proporcional a la intensidad. Si ponemos un interruptor que pueda ser accionado por esta tira metálica, saltará cuando la intensidad alcance un nivel determinado. En el gráfico simplificado de abajo, cuando empujamos el pulsador hacemos bascular el muelle para que el interruptor cierre el circuito y deje pasar la corriente. Mientras que la intensidad esté por debajo de unos valores aceptables la temperatura del bimetal se mantiene estable, pero si la intensidad crece demasiado el bimetal se calienta y se comba y empuja al interruptor hacia afuera desconectando el circuito.

Otro sistema mejorado de protección es el interruptor magnético. Si aplicamos corriente a una bobina y tenemos cerca un núcleo de hierro, por el magnetismo producido en la bobina, el núcleo de hierro se mete dentro de la bobina. Aprovechando este efecto podemos construir un interruptor de forma que lo conectamos con un pulsador y si la intensidad que atraviesa la bobina llega a cierto valor, la bobina tiene la fuerza suficiente para vencer el muelle del interruptor y desconectar. Mientras que la intensidad se mantenga por debajo de un valor determinado el interruptor estará conectado, pero si la intensidad es suficientemente grande el interruptor se desconecta.

Estos dos sistemas siguen siendo imperfectos. El térmico tiene un tiempo de respuesta demasiado grande, en caso de un cortocircuito pasa un tiempo hasta que el bimetal se deforma por el calor, y el magnético, aunque es muy rápido en su respuesta, ante subidas lentas de la intensidad no es muy preciso. Para eso se han inventado los magneto-térmicos, que es una combinación de ambos sistemas, que tiene la velocidad del sistema magnético y la respuesta ante consumos estables del sistema térmico.

Este tipo de interruptores sustituye al fusible, y además se puede rearmar sin tener que cambiar ninguna pieza. Además, como también se pueden desconectar manualmente, sirven como interruptores de paso al tiempo que protegen la instalación.

14- Protección diferencial

Uno de los peligros que tenemos cuando manipulamos aparatos eléctricos es la posibilidad de que una avería del aparato nos ponga en contacto con los circuitos eléctricos internos. Si el voltaje es bajo, tal como los 12V de la batería no tendremos ningún peligro, pero cuando hablamos de voltajes de 220V la cosa puede ser mas grave.

Siempre que un aparato tiene una derivación, es decir, que uno de los cables de corriente hace contacto eléctrico con algún elemento metálico o si tocamos uno de los cables de alimentación de 220V, se produce una desviación de una parte de la corriente eléctrica que viene por los cables a través del mismo aparato o a través de quien toca las partes metálicas o los cables, esa corriente se va en dirección al suelo, que hace como un conductor a través del cual se cierra el circuito.

Hay un mecanismo llamado Interruptor diferencial que salta si la cantidad de corriente que entra por un hilo es diferente de la cantidad de corriente que sale por el otro. Si un circuito eléctrico esta correcto, la intensidad entra por un cable, recorre el circuito y sale por el otro cable, luego la diferencia entre las intensidades que pasan por los cables es cero. Por el contrario, si una parte de la corriente la derivamos a tierra, ya no sale por el otro hilo, por lo que la diferencia entre las intensidades aumenta.

Si ponemos un anillo metálico de forma toroidal con unas vueltas de cable a su alrededor formamos una bobina toroidal. Esta bobina nos dará un voltaje proporcional al flujo magnético que recorra el anillo.

Si hacemos pasar un cable por el interior del anillo tendremos un flujo magnético en este anillo proporcional a la intensidad que recorre el cable, y por lo tanto en la bobina del anillo habrá un voltaje proporcional a la intensidad que recorre este hilo.

Si pasan dos hilos por el centro del anillo el flujo magnético será la suma de los flujos provocados por los dos cables, pero si la intensidad en un cable pasa en un sentido y en el otro cable la intensidad va en sentido contrario, la bobina del toroide nos dará un voltaje proporcional a la diferencia de las intensidades. En caso de ser idénticas las dos intensidades la salida será cero.

Si utilizamos el voltaje de salida de la bobina toroidal para desconectar el interruptor ya tenemos una protección diferencial, cualquier derivación de corriente que sobrepase el umbral de disparo del interruptor hará que se corte la corriente.

Los diferenciales suelen llevar un botón para comprobar su funcionamiento que conecta una resistencia entre un hilo de cada lado del transformador para provocar una diferencia entre las corrientes de ambos hilos y comprobar que funciona perfectamente.

La presencia de un interruptor diferencial en la entrada de nuestra casa o de la autocaravana puede salvarnos la vida, pero no será efectiva si no conectamos las tomas de tierra correspondientes, pues para que funcione bien el sistema, todo lo que nos rodea debe estar conectado a tierra, principalmente en la autocaravana donde hay muchas partes metálicas. Si tocamos un cable de 220V con una mano, y tenemos alguna parte del cuerpo tocando a tierra, nos da una sacudida, pero inmediatamente el interruptor diferencial detecta esa corriente “fugada” y se desconecta, salvándonos la vida.

15- Semiconductores

¿Porque un material es conductor o aislante? pues los materiales aislantes son los que tienen en sus átomos los electrones exactos para que no se puedan mover o su composición impide que se muevan, ni hay electrones libres ni hay huecos que se puedan llenar de electrones. Al conectarlos a una fuente de energía eléctrica, los electrones no pueden moverse y no hay corriente eléctrica. Eso pasa en los sólidos que forman cristales y tienen en su capa externa exactamente los mismos electrones que se necesitan para hacer los enlaces entre moléculas. Cuando las moléculas cristalizadas tienen electrones libres, estos se pueden mover y el material es conductor. Si los átomos de un material tienen huecos en los que alojar a los electrones viajeros, los electrones que entran por el lado negativo ocupan esos huecos, los átomos cercanos que tienen huecos libres permiten que los electrones viajeros se empujan unos a otros desde el lado negativo hacia el positivo y se establece una corriente eléctrica. Cuando un material tiene electrones de sobra en sus átomos, al conectarlo a una fuente de corriente, los electrones del lado negativo empujan a los que ya hay libres en el material, y del lado positivo se atrae a los electrones para que dejen sitio a los que vienen, de esa forma también se establece una corriente eléctrica.

El silicio es un ejemplo de material aislante, cada átomo tiene en su capa externa cuatro electrones, y debido a los enlaces atómicos de sus moléculas, esos cuatro electrones están atrapados, ni hay electrones libres ni hay huecos para alojar electrones transeúntes, y si ponemos un trozo de cristal de silicio en un circuito eléctrico la corriente no pasa por el porque es un perfecto aislante.

¿Y qué pasa si "dopamos" el silicio con otro material? por ejemplo, mezclamos silicio con aluminio, boro o galio, que es son átomos con valencia 3, es decir, en su capa externa tienen tiene tres electrones. Los cristales formados por átomos de silicio dopado con alguno de estos citados son idénticos al silicio, pero en sus átomos hay huecos, es como si un elevado número de átomos de silicio hubiese perdido un electrón, y el efecto es que el silicio se vuelve conductor. Los electrones ya pueden viajar a través del silicio dopado, pues hay huecos en los que se pueden alojar los electrones transeúntes. A este cristal se le llama cristal tipo P, pues es positivo, le faltan electrones y por eso es conductor.

También podemos dopar el silicio con Arsénico, Antimonio o Fósforo. El efecto obtenido es el contrario, estos átomos tienen valencia 5, y eso quiere decir que los cristales formados por el silicio con alguno de estos polizones van a tener electrones sobrantes que los hace conductores de la electricidad. A este otro cristal se le llama cristal tipo N, pues es negativo, tiene exceso de electrones.

Pero no basta con hacer conductor el silicio. ¿Qué pasa si juntamos dos cristales de silicio dopados de forma diferente? pues que obtenemos un semiconductor.

Cuando pegamos un cristal de silicio dopado para tener exceso de electrones (N) y otro con falta de electrones (P) obtenemos una unión del tipo PN. En la cara de contacto de ambos cristales, los electrones que hay de exceso en el cristal de tipo N próximos a esta cara se cruzan a la zona P y en una zona de unas pocas micras a cada lado de la cara de contacto se forma una barrera aislante. A esta zona se le llama Zona de deplexión.

Si yo conecto el positivo de una batería a la cara P y conecto el negativo a la cara N, estoy metiendo mas electrones en la parte N, y sacando electrones de la cara P, eso hace que los electrones que hay en la zona de deplexión sean atraídos desde la zona P y dejan espacio para que entren en esa zona los electrones que vienen de la zona N, el conjunto de cristales se comporta como un conductor.

Si conecto la batería el revés, el positivo al lado N y el negativo de la batería al lado P del par de cristales, lo que estoy haciendo es llenar la zona P de electrones y sacando electrones de la zona N, pero en la zona de deplexión sigue habiendo equilibrio, más aún, la aportación de más electrones a la zona P y la salida de electrones de la zona N hacen que la zona de deplexión se haga aun mas gruesa, y la corriente eléctrica no pasa por el par de cristales, se convierte en un aislante.

Pues esto es un diodo, un semi-conductor, un dispositivo que permite que los electrones pasen en una dirección y no en la otra.

Por cierto, si conectamos un diodo a una batería en el sentido en el que no pasa la corriente no pasa nada, pues es un aislante, pero si lo conectamos directamente a la batería en el sentido en el que conduce se quema inmediatamente, porque es tan buen conductor como un cable de cobre, y un cable de cobre conectado directamente a la batería arde...

16- Transistores

Se pueden construir elementos mas complejos. Si unimos dos piezas de cristal de silicio de tipo N pero separadas por una fina lámina de cristal de silicio de tipo P, el elemento construido no va a conducir la corriente, porque la capa de material de tipo P interpuesta no deja pasar la corriente en ninguno de los dos sentidos, pero si inyectamos electrones en la lámina de tipo P, conseguimos una cierta conductividad del conjunto, de tal forma que con una pequeña intensidad en la zona P conseguimos que pase entre los cristales N de ambos lados una corriente varios cientos de veces mayor. Con esto obtenemos un sistema que se comporta como un relé. Deja pasar la corriente entre los terminales de los extremos si introducimos una pequeña corriente en el tercer terminal. Ademas, la corriente de estos dos terminales de los extremos, es proporcional a la corriente introducida en el tercer terminal, por lo que pueden ser utilizados como amplificadores.

A estos transistores se les llama bipolares, ademas, existen transistores de efecto de campo, denominados FET, que funcionan generando un canal conductor en un cristal de tipo N o P, que permiten trabajar con grandes intensidades. Luego salieron los transistores MOS, un acrónimo de Metal Oxide Semiconductor, que utilizan las propiedades del oxido metálico depositado sobre cristales de silicio. En fin, es una tecnología que cada día nos ofrece avances nuevos que han permitido fabricar dispositivos cada vez mas avanzados.

La ventaja fundamental de un semiconductor sobre un relé es que el semiconductor no tiene piezas móviles, y puede trabajar a velocidades infinitamente superiores. Las fuentes de alimentación modernas funcionan activando y desactivando un transistor decenas de miles de veces por segundo. Los reguladores solares MPPT utilizan este mismo sistema. Los inversores consiguen una corriente de salida senoidal casi perfecta activando y desactivando transistores también miles de ves por segundo, pero ademas, consiguiendo variar en microsegundos el ancho de los impulsos.

17- Transductores

Los circuitos electrónicos captan señales externas, las procesan y las entregan procesadas. Por ejemplo, un amplificador recibe las vibraciones del sonido en el aire captadas por un micrófono, las amplifica y las devuelve al aire mucho mayores haciendo vibrar la membrana de un altavoz. Una grabadora toma las vibraciones, las digitaliza (las convierte en números), transforma los números digitales en impulsos y perfora la superficie de un CD-ROM para dejar grabado el sonido o la imagen, o directamente graba los números obtenidos en una memoria. Un reproductor de CD lee esas perforaciones, las convierte en números, luego transforma los números en una magnitud analógica y los envía a un altavoz para escuchar la música otra vez. En el caso de una memoria grabada con música, se leen los números de la memoria y se aplican también, convertidos en magnitudes analógicas a la membrana del altavoz. Esto permite aplicar formulas a los números obtenidos (aquí hay muchísima matemática) para eliminar ruidos y alterar el sonido para dar mejor calidad.

Como vemos, la electrónica es solo un medio para hacer las cosas, pero lo realmente importante son los transductores, que convierten las magnitudes físicas en impulsos eléctricos y viceversa.

Ejemplos de transductores son los micrófonos, que capturan las vibraciones del aire, los altavoces que convierten impulsos eléctricos en vibraciones del aire. El sensor de una cámara de video, que transforma la imagen en señales eléctricas. La pantalla de un TV, que convierte las señales eléctricas en una imagen.

En el sentido mas amplio, un transductor toma una magnitud del mundo real y la transforma en magnitudes eléctricas o al revés, nos convierten una señal eléctrica en un efecto en el mundo real. Por ejemplo un inyector de un motor moderno, que convierte los impulsos eléctricos que le llegan en una modulación de la cantidad de combustible que inyectan en el cilindro, o la sonda lambda, que convierte la cantidad de CO2 que hay en el escape en una señal eléctrica. El caudalímetro del motor, que convierte la cantidad de aire que entra en el motor en una señal eléctrica. Las señales eléctricas recogidas, son utilizadas por los circuitos para calcular otras señales eléctricas que van a los transductores de salida y producen el efecto deseado. A veces se hace tratando las señales eléctricas de forma analógica, otras veces las magnitudes de voltaje e intensidad se convierten a números, se tratan por medio de un procesador y se vuelven a convertir de nuevo en magnitudes eléctricas analógicas para obtener un resultado.

Un ejemplo de procesamiento complejo es el motor de un automóvil moderno. El pedal del acelerador ya no lleva un cable, es una resistencia variable que transforma la posición del pedal en una corriente eléctrica. Las señales procedentes de la sonda de temperatura exterior y la de temperatura del motor, unidas al caudal de aire detectado por el caudalímetro del motor, a las revoluciones, al punto concreto en el que se encuentra el cigüeñal (captado por un transductor de posición), la presión del aceite, el CO2 de los gases de escape, etc., hacen que la centralita calcule en que momento exacto debe meter el combustible, cuanta cantidad, si es gasolina también decide cual de las bujías y en qué momento la dispara y el tiempo que da al impulso de la bujía para que la alta tensión sea mas o menos elevada. Hasta hay algunos motores que regulan automáticamente desde la centralita si deben abrir o cerrar el paso de los alabes del turbo (geometría variable), etc.

Hasta la válvula solenoide que abre el gas en el frigorífico es un transductor, que hace que una señal eléctrica sea capaz de abrir el gas. Luego el circuito electrónico genera una chispa, el transductor de llama detecta si aún no ha encendido el gas y mantiene las chispas hasta que esto sucede. La centralita del frigorífico detecta si hay llama y deja de generar las chispas, o calcula que ha pasado demasiado tiempo sin encender y cierra todo poniendo la luz roja que nos indica que falta gas. Detectan que hemos arrancado el motor para pasar el frigorífico a 12V apagando el gas o detectan si hay 220V en la toma de corriente para pasar el funcionamiento del frigorífico a 220 y apagar el gas o la resistencia de 12 V.

Un altavoz es una bobina dentro del campo magnético de un imán, de forma que al llegarle los impulsos eléctricos se ve atraída o repelida por el imán, y como esta unida a una membrana, la membrana vibra con estos impulsos eléctricos.

Un solenoide es una bobina en cuyo interior hay un núcleo empujado por un muelle. Cuando alimentamos la bobina el núcleo se desplaza abriendo la espita del gas o del agua.

Algunas válvulas utilizan un motor para abrirse o cerrarse. Los termómetros son unos semiconductores que ven alterada su resistencia eléctrica con la temperatura. Un píxel de una cámara fotográfica es un semiconductor que conduce mas o menos corriente eléctrica en función de la luz que le ilumina, una rejilla llena de estos semiconductores es un sensor de imagen y nos da una señal eléctrica que describe la imagen proyectada sobre la superficie del sensor.

En resumen, los transductores son imprescindibles para que funcionen los circuitos eléctricos y electrónicos.

18- Baterías

¿Qué es una batería?

Si no profundizamos mucho, una batería tiene un funcionamiento bastante simple, aunque actualmente, la tecnología hace que los procesos químicos en las baterías sean algo más complejos, debido a las mejoras en los electrolitos y la composición del metal de las placas. Trataré de explicarlo todo de la forma más sencilla posible.

Una batería es un dispositivo electroquímico capaz de almacenar energía eléctrica en forma química. Si le sometemos a una tensión externa, entra una corriente de electrones que provoca unas alteraciones químicas en el electrolito, el cual almacena energía en forma química. Cuando se conecta a un circuito eléctrico, se produce otra reacción química que invierte el proceso, y la energía química se transforma en energía eléctrica.

Todas las baterías son similares en su construcción y están compuestas por un número de celdas electroquímicas. Cada una de estas celdas está compuesta de un electrodo positivo y otro negativo sumergidos en un electrolito.

Aunque su principio es el mismo, hay diferentes tipos de materiales para construcción de las baterías. Generalmente las baterías toman su nombre del material utilizado en su construcción. (Níquel-Cadmio, Níquel-Hierro, Litio-Hierro). También se diferencian por el tipo de electrolito utilizado en dos grandes grupos, las ácidas y las alcalinas. El material activo utilizado determina el voltaje de las celdas y el número de celdas determina el voltaje total de la batería. Las baterías utilizadas en las autocaravanas casi en su totalidad (hasta ahora) son baterías de plomo ácido.

19- Plomo Ácido

Las baterías de Plomo ácido tienen un voltaje nominal por celda de alrededor de dos voltios. La mayoría de baterías de nuestras autocaravanas se componen de seis celdas y por ello tienen una tensión nominal de 12 V.

A pesar del gran esfuerzo realizado en investigación de los diferentes tipos de materiales, las baterías de plomo ácido siguen siendo las mas utilizadas para las aplicaciones en las que el peso no es un factor crítico. El plomo es abundante y no demasiado caro y es por esta razón por la cual es idóneo para la producción de baterías de buena calidad en grandes cantidades.

Las primeras baterías de plomo-ácido (acumuladores de plomo), fueron fabricadas a mediados del siglo XIX por Gastón Planté. Hoy en día todavía son uno de los tipos de baterías más comunes. Se descubrió que cuando dos placas de plomo se sumergía en una solución de ácido sulfúrico se producía un voltaje eléctrico entre ambas placas, y el proceso se podía revertir, es decir, que al hacer circular una corriente en sentido contrario, se podían recargar.

Este tipo de baterías es único en cuanto que utiliza el plomo, material relativamente barato, tanto para la placa positiva como para la negativa. El material activo de la placa positiva es óxido de plomo (Pb O2). El de la placa negativa es plomo puro esponjoso y el electrolito es una disolución de Ácido sulfúrico (SO4 H2) en agua.

Lo que ocurre en el interior de una batería.

Cuando una batería está descargando está teniendo lugar un cambio electroquímico del material activo en ambos electrodos.

En términos sencillos el material en el electrodo negativo también llamado cátodo se oxida y se liberan electrones por lo que adquiere polaridad negativa (reacción catódica).

Al mismo tiempo el material en el electrodo positivo o ánodo, se reduce (en química es lo contrario de oxidarse) y el electrodo pierde electrones, quedando sus átomos “huérfanos de electrones”, es decir, cargado positivamente.

Esto hace que cuando ponemos un circuito exterior, los electrones sobrantes en el electrodo negativo circulan por el cable atraídos por la carencia de electrones del electrodo positivo.

Este proceso produce sulfato de plomo, tanto en la placa positiva como en la negativa, debido a la combinación del azufre del ácido sulfúrico con el plomo. El electrolito despide oxígeno e hidrógeno en estado gaseoso los cuales salen de la batería como deshecho liberado durante las reacciones producidas. Esta perdida de Oxigeno e hidrógeno se traducen en perdida del agua del electrolito debido al funcionamiento normal de la batería. Tanto mas la utilizamos, (carga descarga) tanto mas agua hay que reponerle. También se pierde agua debido a la evaporación por los cambios de temperatura.

El material activo permanece estable hasta que los electrodos son conectados eléctricamente. Cuando son conectados, los electrones fluyen del polo positivo al negativo y se da la reacción. El voltaje generado entre los electrodos es de unos 2V.

La batería puede ser cargada con un voltaje exterior de 2.2-2,4V, y todas las reacciones son reversibles.

Diversos tipos de baterías de plomo ácido.

La tecnología del plomo ácido puede variar según las diferentes necesidades existentes. Las baterías se clasifican en grupos según el uso que estas tengan y por su diseño. Las diferencias principales entre estos grupos se dan por la estructura y diseño de los electrodos (o placas), el material activo y el electrolito. Los tipos más comunes de baterías de plomo más comunes son:

Baterías de tracción: para carretillas elevadoras, sillas de ruedas eléctricas y usos similares.

Baterías estacionarias: para fuentes de alimentación de emergencia y fuentes de alimentación ininterrumpida para usos de informática (UPS).

Baterías de arranque: para arrancar automóviles y otros vehículos de motor Diésel y gasolina.

Diferencias en la construcción.

Baterías de tracción. Las baterías de tracción están sujetas a una constante y relativamente pequeña descarga, durante largos periodos de tiempo, lo que supone un alto grado de descarga. Hay que procurar cargarlas, preferiblemente de 8 a 16 horas cada día antes de que se vuelvan a descargar. Tienen electrodos muy gruesos con rejillas pesadas y un exceso de material activo.

Baterías estacionarias. Las baterías estacionarias están constantemente siendo cargadas o en flotación, y se debe tener cuidado de evitar que se sequen. El electrolito y el material de la rejilla del electrodo están diseñados de forma que se minimice la corrosión.

Baterías de arranque. Tienen que ser capaces de descargar el máximo de corriente posible en un corto espacio de tiempo manteniendo un alto voltaje. Tienen que ser capaces de aguantar muchas descargas incluso con cambios fuertes de temperatura. Esto puede lograrse con una gran área de superficie de electrodos, un pequeño espacio entre placas y unas conexiones resistentes entre celdas.

20- baterías de GEL

Una batería, por su modo de funcionamiento, pierde oxigeno e hidrógeno durante su funcionamiento. Mucho mas cuando se está cargando. Este gas es altamente explosivo, y conviene evacuarlo rápidamente. Rara vez una batería va metida en compartimentos cerrados. Suelen ir en soportes bien aireados en el compartimiento del motor. Las baterías en las viviendas de las autocaravanas deben ir siempre en lugares en los que estos gases sean evacuados de forma segura, ya que también son tóxicos.

Hay unas baterías llamadas “baterías de GEL”, empleadas en modos Estacionario y Tracción. No deben ser sometidas a fuertes descargas, pues las dañaríamos, pero a cambio, el electrolito no es completamente liquido, es un tipo de GEL o de pasta que retiene los gases, recuperando el Hidrógeno y el Oxigeno. Esto las hace adecuadas para su uso en las autocaravanas, porque hace menos crítica la evacuación de los gases al exterior. No tiene ninguna otra ventaja, pues el resto son inconvenientes. No admite descargas rápidas, la carga también debe ser lenta, y además admiten menos ciclos de carga/descarga que las de electrolito líquido.

De cualquier manera, sea cual sea el tipo de batería utilizado, se debe prever una salida de los gases al exterior. Hay baterías que vienen equipados con una única válvula de descarga de gases, lo que permite conectarle ahí un tubo que a través de un agujero en el suelo deriva los gases al exterior de la vivienda.

21- baterías AGM

Las baterías de uso más común, son las llamadas de electrolito líquido. Pero existen otro tipo de baterías, en las que el electrolito no esta en estado fluido. Es decir, el electrolito está inmovilizado. Durante su normal funcionamiento estas baterías no emanan gases al exterior, por tanto el peligro de corrosión y de emisión de gases tóxicos es casi nulo.

Técnicamente hay dos formas de inmovilizar el electrolito, Haciendo que el electrolito sea una gelatina (o sea GEL), o usando separadores entre las placas de la batería hechos con fibra de vidrio de gran capacidad de absorción, en inglés AGM (Absorbed Glass Mat). De esta manera, además de evitar que las placas se puedan poner en cortocircuito tenemos el electrolito inmovilizado. En la tecnología GEL se agrega al electrolito un compuesto de silicona, lo que provoca que el líquido se vuelva una masa sólida, como una gelatina. Si esta batería se rompe o se instala tumbada o incluso boca-abajo no hay posibilidad de derrame de líquido.

En la tecnología AGM se usan separadores a base de fibra de vidrio absorbente, es un material que tiene la consistencia de los pañales de bebé. Cuando se agrega el electrolito liquido, este es absorbido por el AGM que actúa como una esponja.

Toda batería durante su normal funcionamiento genera gasificación, y si ésta es abundante se origina presión en el interior de la misma, por tanto, no es apropiado sellar completamente una batería. Por eso, las baterías AGM, llevan unos tapones que cierran herméticamente cada celda. Estos tapones se abren en caso de exceso de gasificación liberando la presión interna. Es decir, los tapones por seguridad, regulan una eventual subida de presión haciendo salir el gas. Debido a esto las AGM, reciben también el nombre de baterías Valvo-Reguladas.

La batería AGM, se provee de su propia agua, esta característica es llamada Recombinación. Con las AGM, podemos conseguir todas las ventajas de las GEL sin adquirir ninguna de sus desventajas. Por último las baterías AGM, se pueden instalar, al igual que las de GEL tumbadas y no habrá filtración.

Al recargar estas baterías, debe cuidarse la cantidad de corriente que entrega el cargador. Si la corriente es excesiva, se genera abundante gasificación al interior de la batería. Si la gasificación llega a ser excesiva se abren los tapones y además la batería se deforma, se hincha y queda inservible.

Es recomendable iniciar la carga, con una corriente estabilizada equivalente en valor a 1/10 de la capacidad de la batería. Una batería AGM de 120 AH hay que empezar a cargarla con 12 Amperios, y mantener esta intensidad hasta alcanzar la tensión máxima de la batería, que al igual que en las baterías de GEL es de alrededor de 14,4 V.

Puesto que el oxigeno y el hidrógeno que se genera en la gasificación se recombina en su interior formando agua, las baterías AGM no necesitan añadir ningún agua, los mismos gases liberados, en lugar de salir al exterior se recombinan de nuevo y vuelven al electrolito en forma de agua. Cuando consumimos la energía almacenada, también se recombinan los gases, y por esto permiten un ciclo de descarga equivalente al de las baterías de GEL, en torno al 80%, mientras que las baterías tradicionales se dañan si las descargamos por debajo del 50%.

Dicho todo esto, se llega a la conclusión de que las baterías AGM tienen todas las ventajas de las baterías de GEL y las ventajas de las baterías de electrolito líquido. Las debemos cargar con cargador de GEL, podemos descargarlas tanto como las de GEL, admite corrientes de descarga similares a las baterías de electrolito líquido y además su vida es más larga comparándola en ciclos de carga/descarga.

22- Cargando las baterías

Hay varias formas de cargar las baterías. La más sencilla es la utilizada en los automóviles, con un alternador que carga a una intensidad constante, hasta alcanzar un voltaje determinado, en ese punto la carga se interrumpe. En realidad, el regulador reduce la intensidad de carga a medida que nos acercamos a este voltaje.

Este tipo de carga es al mejor para el uso de la batería en el motor, pues habitualmente la batería no se utiliza nada más que para el arranque. Durante el estado de motor parado, habitualmente en los automóviles no hay consumos, y si los hay son tan pequeños que no son determinantes en la vida de la batería, por otro lado, durante el estado de motor en marcha, el alternador suple todos los consumos del automóvil, por lo que la batería solo está cargando o en reposo.

Esto quiere decir que la batería solo se utiliza durante unos pocos segundos, pero con una descarga brutal de entre 250 y 300 amperios durante el arranque. La descarga producida por un arranque apenas alcanza el 0,1% de la capacidad, y se repone de forma casi inmediata después del arranque. Un arranque de 3 segundos a 300 Amperios, se repone al cargar el alternador a 50 Amperios durante 20 segundos, es decir, que el alternador, después del primer minuto de marcha ya ha recuperado con creces el gasto en el arranque y solo se dedica a generar la corriente que el automóvil necesita para funcionar.

Carga en dos etapas.

Cuando la batería recibe otros usos, como puede ser el de la vivienda de la autocaravana, el consumo instantáneo es menor, pero la descarga es mas profunda, y por lo tanto se necesita un método de carga más racional. Los cargadores habituales de los talleres de automoción, ya no son la mejor formula para cargarlas. La forma mas adecuada de cargar las baterías de plomo ácido cuando son para este uso es en dos etapas.

En primer lugar se carga a una intensidad constante. Sometiendo la batería a esta intensidad, a medida que se carga, el voltaje va subiendo hasta alcanzar el voltaje máximo, que oscila entre 14,4 y 14,7 V. Una vez alcanzado este valor, se mantiene la carga a tensión constante, lo que hace que la intensidad vaya decayendo. Esta carga a voltaje constante se mantiene durante un periodo que oscila según el tipo de batería, aproximadamente una hora para las de electrolito líquido y 8 horas para las de GEL.

Hay algunos fabricantes que recomiendan para sus baterías mantener esta carga hasta que la intensidad cae por debajo de un cierto valor.

Carga de flotación.

Una batería desconectada tiene pequeños consumos internos, lo que hace que tenga una descarga permanente, incluso con los bornes desconectados. Esta descarga, tras unos meses hace que la batería se pueda sulfatar y quedar dañada de forma irreversible si no se tiene la precaución de guardarla cargada a tope. Una forma de evitar esta degradación de la batería es la carga de flotación. Los cargadores simplemente meten una corriente constante de unos 50 a 100 mA. Estos cargadores son los de tres etapas, La primera de carga a corriente constante, la segunda a voltaje constante, y la tercera etap, que es el mantenimiento en flotación.

Una formula para que las baterías no se degraden en las paradas largas de la autocaravana son unas plaquitas solares de muy poca potencia que mantienen este ritmo de carga. Una placa de 1 W, mantiene a 12V una corriente de algo mas de 80 mA, suficiente para mantener la batería en estado de flotación, es decir, perfectamente cargada y lista para su uso.

23- Conectar más baterías

Cuando la capacidad de una batería se queda corta para el uso que le damos, tenemos dos opciones, instalar una batería mayor o poner dos baterías juntas. La primera opción tiene un límite por el tamaño de las baterías y el espacio de que disponemos.

Se puede instalar dos o mas baterías simplemente conectándolas en paralelo, es decir, los negativos juntos y los positivos juntos, pero solo si las baterías son idénticas. Dos baterías de diferente fabricante o diferente modelo, o una más nueva que la otra, pueden tener diferentes voltajes de trabajo, y cuando cargamos, una se carga mas que la otra. Eso provoca que al dejar de cargar, la batería que mas carga tiene se descarga sobre la otra, o que una de las baterías se sobrecarga y la otra no se carga completamente, con lo que la primera se puede dañar y la segunda no nos rinde nada. También puede ocurrir que en descarga, una de ellas queda por debajo del nivel de voltaje en el que se empieza a deteriorar mientras la otra aun no ha terminado de dar toda la energía almacenada, con lo que una se castiga en exceso y la otra se hace vieja sin utilizarla apenas.

La instalación ideal es con un separador de baterías. Estos separadores hacen que las baterías se conecten al circuito de carga y de descarga de forma alternativa, por lo que cada una de ellas recibe la carga y descarga adecuada.

24- Mantenimiento de las baterías

Una batería no necesita más mantenimiento que la carga a niveles adecuados y la reposición del agua que pierden. Cuando una batería se está cargando, la reacción química que se produce dentro de ella, hace que uno de los electrodos libere hidrógeno del electrolito, y la otra placa libera oxigeno Este hidrógeno y oxigeno proceden del agua del electrolito. En las baterías de GEL y AGM, este hidrógeno y Oxigeno se recombinan para volver al electrolito en forma de agua. Las antiguas baterías de plomo ácido pierden esos gases y cada cierto tiempo hay que reponer acon agua destilada, pues si empleamos agua corriente estaremos aportando, también, las sales minerales disueltas en ella, ocasionando a la larga cortocircuitos internos. Si no reponemos esa agua, las placas de plomo se quedan por encima del nivel del electrolito. El aire hace como un catalizador que acelera el sulfatado de la placa. Normalmente el sulfatado del electrodo es lo que le da la carga, pues es ahí en el sulfato de plomo donde está la energía, pero el sulfatado desordenado provocado por el aire y malos ciclos de carga-descarga (descargas profundas, cargas insuficientes, etc.) daña de forma irreversible la batería.

Cuando escuchamos que un vaso se ha comunicado (expresión tan utilizada como errónea, pues lo correcto es decir que se ha cortocircuitado), no es mas que el depósito de sulfato de cobre ha inutilizado las placas al provocar cristales muy grandes que la recarga no destruye, lo que deja la batería definitivamente fuera de servicio. En otros casos, es el desprendimiento natural (o acelerado por malas cargas y exceso de temperatura) del plomo que forma las placas, que se desprende formando posos en el fondo y haciendo que se lleguen a poner en cortocircuito las placas. Las baterías tienen en el fondo de cada vaso unos pequeños canales en los que se deposita de forma normal la materia activa de las placas y los residuos del líquido. Si se llegan a llenar y las placas se cortocircuitan también y eso es causa de muerte de la batería.

También hay que tener cuidado con baches y golpes fuertes, que pueden hacer que se suelten placas enteras repentinamente, inutilizando la batería en el acto. La batería no va a dar una tensión y la densidad es correctas, pero como internamente está en circuito abierto cuando se le exige un consumo cae su voltaje. Así que cuidado: cuando te quedas tirado por ejemplo en una gasolinera, el motor se niega a arrancar y probablemente sea por ese bache que pillaste hace 200 km del que ni te acuerdas…

Nunca se debe almacenar una batería descargada y/o sin agua destilada. Eso provocaría su muerte.

Unos de los graves problemas para las baterías, como hemos dicho, es el exceso de temperatura. La temperatura favorece la recarga en condiciones normales, pero su exceso provoca el deterioro acelerado de las placas y aumenta el consumo del agua destilada. De igual manera, una temperatura muy baja impide que el proceso de carga se produzca eficazmente, alcanzándose densidades menores y en consecuencia una menor autonomía. El ideal de trabajo es de unos 25 grados. Por encima de 45 grados es contraproducente para la batería.

Signos del fin de la vida útil de una batería

1- Menor autonomía

2- Aumento del consumo del agua destilada

3- Electrolito turbio como consecuencia de un mayor desprendimiento de las placas.

4- Elevada temperatura.

5- Mayor dificultad para recargar eficientemente. Al desprenderse la materia activa de las placas la capacidad de la batería disminuye, con lo que la recarga se produce a un valor excesivo, disipando la energía sobrante en forma de calor, desprendiéndose mas materia activa. Un auténtico circulo vicioso.

5- Ennegrecimiento de los tapones de llenado. No es más que la materia activa descompuesta.

La vida útil de las baterías viene a durar en condiciones normales de uso (y abuso) entre 4 y 5 años, más o menos. Cualquier signo de merma de autonomía a esas edades es definitivo.

25- ¡ Ha llegado el litio!

Próximamente ampliaré este capitulo de baterías con la nueva tecnología del litio, que al parecer es el futuro de las baterías de las autocaravanas.