La verdad sobre reparar baterías de plomo-ácido: te tratan como si fueras idiota. 1era parte, irresponsabilidad, teoría y riesgos

Ciclo de reparación y mantenimiento de todo tipo de acumuladores y baterías

Seguro que todos nosotros conocemos algún genio, cuñado o descerebrado por Internet y Youtube que nos explicará con sobrados fundamentos por qué tenemos que desconectar la batería de un portátil cuando lo usamos habitualmente conectado a la red o los beneficios de meter dicha batería en una bolsa sellada en el congelador para que se recupere.

Si quieres pillarlos no tienes más que preguntarles que es un diodo Zener y si no te saben contestar con claridad y a la primera, ya puedes mandarlos al infierno de una vez por todas, si tú tampoco lo sabes, quizás este trabajo  te pueda resultar útil para pillar a esos listillos.
 
Así de sencillas son estas cosas y a su vez así de complicadas (tranquilo, tus consejeros de pega no lo podrán encontrar mirando de reojo el móvil, la explicación de la wikipedia solo sirve si ya sabes de sobra electrónica y todo los cursos que encuentras buscando por Internet donde te lo explica, son tan malos y copias unos de otros, que probablemente le estalle la cabeza como en Scanners antes de que pueda entenderlo y eso que en realidad es un componente básico en electrónica.
 
Si esto ocurre con un simple diodo, ¡Imagínate explicar de una manera rigurosa cada tipo de batería!

Tranquilos que ya llegaremos a los diodos Zener, todo a su debido tiempo, de momento para que puedas pillar a tu bocazas particular, te comentaré que son uno de los componentes más básicos que sirven para regular la corriente y mantener tensiones constantes, así que están presentes en las baterías para evitar fallos y que cargas inapropiadas puedan dañarlas o al portátil en este caso. (Cuando alguien te conteste: “están especialmente diseñados para tener un bajo voltaje de ruptura” o algo parecido, sabrás perfectamente que el muy payaso ha mirado la wikipedia de reojo).
 
Desgraciadamente no podemos mandar al cuerno a Internet, pero si al “cuñado” de turno que nos explique en persona con sus variopintas razones las causas y razones por las cuales está en posesión de la verdad absoluta.
 
Ahora comencemos por los más básico para que esto tenga sentido: todo aquel que tiene un portátil en algún momento se habrá  preguntado si es mejor quitar la batería cuando usamos la red eléctrica, habrá visto, si tiene mala suerte con su equipo, como su batería fallece al poco tiempo o quizás no tan poco, ante lo que habrá entrado en Internet para buscar alguna solución para ahorrarse algún euro y habrá encontrado mil respuestas de lo más estúpidas y contradictorias (misión esencial de Internet por otro lado) que a veces incluso superan a la famosa “fantasmada” de limpiar una batería de plomo con bicarbonato, mi favorita por irresponsable, peligrosa y perjudicial con el medio ambiente y con la que comenzaré esta especie de “manual sin mentiras”.

Entre las respuestas que no suelen faltar ante nuestras dudas figura casi siempre en primer lugar la que le dio el “amigo ingeniero informático” donde el lumbreras le explicó como la batería se sobrecargaba mientras alimentaba el portátil, primero cargaba la batería que luego se destruía ya que luego instantáneamente el portátil “chupaba” de ella… y otros bonitos juegos de palabras que gracias a Internet y el “sentido común” de su imaginación se le pudieron ocurrir.
 
Pues lo siento mucho, quitar la batería puede llegar a ser incluso perjudicial para vuestro portátil si no contáis con un buen SAI con estabilizador (Sistema de alimentación ininterrumpida) independientemente de la calidad de vuestro cargador, que probablemente esté fabricado en China con los mejores componentes posibles, sin importar los costes de fabricación… (lo siento hoy me levanté graciosillo)
 
A día de hoy la batería sigue cumpliendo una función dentro del equipo como mecanismo de protección contra las variaciones en la tensión independientemente de la calidad del cargador, eso es así.
 
Con las baterías ocurre más o menos lo mismo, aunque es cierto que si hacemos estos “locos” experimentos, en algunos casos vamos a notar ciertas “variaciones”, pero os puedo garantizar que desde luego no vais a dejar como nueva la batería de vuestro portátil ni mucho menos, ni os aconsejo que volváis a poner en un coche o una moto una batería de plomo reparada con estos métodos chapuceros a riesgo de quedarse con el coche “muerto” en el peor de los momentos, sencillamente todas estas soluciones “caseras” son el resultado de la necesidad “rellenar” espacio a cualquier costa que aumente los ingresos publicitarios o las estadísticas de visita.
 
La peor de las estupideces: “No tienes nada que perder”
 
Cuando en diferentes foros alguien critica los métodos absurdos le contestan casi automáticamente: “No tienes nada que perder”, “Si la batería ya está rota”, “Que las baterías exploten es un mito” “Todo es mentira, se puede hacer, a mí me funciona”
 
-Pues lo siento: PUEDE SER PELIGROSO, MUY PELIGROSO y no solamente para tú portátil o tu coche ¡si no para tu vida!, desafortunadamente la ignorancia mata mucho más que las balas y los misiles.
 
Es cierto que en algunos casos concretos “manipular” de manera adecuada una batería puede provocar beneficios en el artefacto y  alargar su vida, yo soy el primero que “ha recargado” una pila alcalina, “reparado” una batería de plomo o “devuelto” parcialmente a la vida una batería de polímero de litio, pero me temo que todo ese contenido que habéis leído y visto en Youtube es una sarta de “refritos” y “tonterías” sin sentido, basados en experiencias puntuales mal razonadas y extrapolaciones de casos muy concretos transformados en norma.

Los aparentes procesos físicos, químicos y electrónicos que se dan en una batería analizados en profundidad son muy complejos y difieren en un grado tremendo dependiendo del tipo de batería, poco tiene que ver en un acumulador de plomo con una solución de ácido sulfúrico a los de una batería de litio.
 
Si bien los principios que las rigen son similares, (hablamos del desplazamiento de electrones a causa del diferencial de potencial en ambos bornes) los fenómenos físicos y químicos que los producen son en sí “universos” completamente diferentes, donde intervienen múltiples reacciones químicas con diferentes compuestos, además sin contar con la “electrónica” que dichas baterías pueden montar, pues en el caso de las diferentes baterías de Litio, pueden ser auténticos “ordenadores” encargados de regular su funcionamiento o sencillos circuitos de escasa calidad que pueden incluso llegar a producir la explosión de la batería en caso de un funcionamiento defectuoso.
 
Existen métodos que permiten alargar la vida de los distintos tipos de acumuladores, incluso hay empresas dedicadas a ello, pero os puedo garantizar que NO VAIS A ENCONTRAR INFORMACION en Internet si no tenéis una buena preparación teórica en la materia (en cuyo caso sencillamente resultará inútil) es la verdad, OS GUSTE O NO.
 
Para poder reparar o alargar la vida de los distintos tipos de baterías son indispensables conocimientos en electrónica, química, reciclado y procesado de residuos peligrosos e incluso física. Cada tipo de acumulador o batería es en sí un universo, incluso una batería de polímero de Litio de Apple diferirá una barbaridad de la que monte Samsung y no digamos ya un fabricante “low cost”. (Ahora que salga el listo que diga que las baterías de Samsung y Apple son “iguales”, que me lo veo venir)
 
La mayoría de experiencias y explicaciones que encontramos en la red, INSISTO, si no son directamente FALSAS o refritos, son desgraciadamente extrapolaciones de experiencias puntuales que para el usuario han resultado “aparentemente” exitosas, por el verdadero desconocimiento que tiene de la materia, lo cual le lleva sin maldad en muchos casos a relatarlas desconociendo que incurre en graves errores y puede inducir a que terceros cometan acciones imprudentes o peligrosas.

OMS
 
El ejemplo más recurrente que se me ocurre y con el cual comienzo ya lo he dicho, es el de las baterías de plomo, si buscamos por Internet encontraremos mil videos con el “genio” de turno, que nos explica como devolverla a la vida “lavándola” con una solución de bicarbonato u otra sustancia más difícil de encontrar.
 
Cuando el video termina, el “experto” conecta la batería a un cargador y luego observa como el polímetro recoge un aumento de voltaje o enciende una bombilla.
 
¡Efectivamente, puede ocurrir que suba el voltaje e incluso recupere puntualmente algo de carga! Pero eso no significa que haya reparado la batería ni mucho menos y desde luego la mayoría de los videos, aunque advierten de lo corrosivo que resulta el ácido sulfúrico, los gases que se desprenden y lo tóxico que es el plomo, no tienen el menor reparo en “lavar” y verter esto compuestos de plomo ¡en el fregadero o en mitad de un jardín! Todo dicho.
 
Lo curioso es que el procedimiento que se explica en todos estos videos parte de un planteamiento cierto, pero que NUNCA se detalla con claridad y además el método que se emplea para intentar reparar la batería en la práctica resulta completamente INCORRECTO, PELIGROSO Y TÓXICO.
 
Sencillamente tomamos una “verdad” y consciente o inconscientemente la transformamos en un montón de procedimientos absurdos que pueden llegar a ser peligrosos.
 
Voy a intentar explicar pues, que es lo que ocurre realmente y como recuperar un batería de plomo hasta casi dejarla completamente nueva, en próximos artículos continuaré con el resto de baterías, pero tengo una mala noticia que daros, aunque es la verdad: el proceso es difícil, a veces imposible sin maquinaria, acceso a materiales que no se encuentran en las droguerías, conocimientos en química, electrónica y es una autentica barbaridad, peligrosa e incluso ilegal y delictiva si no se dispone de los medios y conocimientos para manipular productos tóxicos como el plomo y derivados.
 
Así que toda esta información es únicamente con fines académicos, que suelen decir para lavarse las manos, pero si, en serio, si no dispones de los medios, experiencia, preparación y comprendes los riesgos no intentes hacer absolutamente nada porque estas poniendo en riesgo tu salud, la de terceros, envenenarte con Plomo, el medio ambiente y el funcionamiento de tus equipos.
 
Te lo repito cien veces si es necesario: Esto no es un tutorial irresponsable de una plataforma a la que le importa un rábano publicar cualquier barbaridad para ingresar algunos céntimos, así que no te pongas a usar esta información para hacer una barbaridad: Por mucho que te digan en esos tutoriales que es muy fácil manipular baterías es MUY PELIGROSO!!!!,
 
Ni decir, que los productos tóxicos resultantes de cualquier manipulación de una batería deben de ser llevados obligatoriamente a un punto de reciclado adecuado para estos fines, igualmente debes de tener unas instalaciones apropiadas, seguras y muy bien ventiladas por la peligrosidad de los gases.

Nuestro amig… enemigo, el Plomo
 
Puedes intoxicarte gravemente, la alegría con la que se muestra el proceso en estos videos es pasmosa, la intoxicación por plomo ocurre cuando el plomo se acumula en el organismo, a menudo, durante meses o años, incluso cantidades pequeñas de plomo pueden provocar gravísimos problemas de salud.
 
Especialmente si hay niños cerca manipular dispositivos que contengan plomo es realmente irresponsable, en niveles muy altos, la intoxicación por plomo puede ser mortal, pero en cantidades mínimas también, los niños menores de 6 años son especialmente vulnerables a la intoxicación por plomo, que puede afectar gravemente el desarrollo físico y mental, manipular estos materiales alegremente pueden traer problemas funestos a largo plazo, pero podríamos no darnos cuenta si desconocemos los procedimientos y pensar que “limpiar” una batería es como “limpiar” una zanahoria.
 
Al principio, la intoxicación por plomo puede ser  muy difícil de detectar, ya que las personas pueden parecer sanas y tener niveles altos de plomo en la sangre ya que los signos y síntomas no suelen aparecer hasta que se acumulan cantidades ya demasiado peligrosas, a causa de ello la persona que ve estos vídeos ve el proceso como algo seguro e intenta emularlo sin observar aparentes daños para su salud, coge confianza y puede repetir el proceso agravando los daños para su salud o la de terceros.
 
El plomo como ya sabemos es un metal que aparece naturalmente en la superficie de la tierra, y pronto extendió a gran parte de la actividad humana.
 
Hace años el plomo se empleaba en multitud de aplicaciones incluida la pintura y la gasolina sin restricciones y aún se utiliza por ejemplo en las citadas baterías, las soldaduras, ciertas tuberías, la cerámica, los materiales para techos y “sorpresa” incluso algunos cosméticos, entre otros usos, por fortuna a medida pasa el tiempo cada vez su uso está mas regulado por las diversas legislaciones.
 
Las partículas de plomo se asientan en la tierra y pueden permanecer allí durante años. La tierra contaminada con plomo es un problema importante por ejemplo alrededor de las autopistas, carreteras y en algunos entornos urbanos, algunas zonas que están cerca de las paredes de casas antiguas contienen plomo, por ejemplo.
 
Pues bien en estos tutoriales podemos contemplar como introducen agua del grifo, destilada o agua disuelta con bicarbonato dentro de una batería tras sacar la solución de ácido sulfúrico, lo hacen sobre fregaderos domésticos, terrazas, talleres improvisados y de cualquier tipo, sobre la tierra, he llegado a ver incluso un video donde un irresponsable vertía el agua de los “aclarados” sobre unas macetas diciendo:
 
- “Veis, el agua ya sale limpia, así que la aprovecharé para regar las macetas y no desperdiciarla, que tampoco es que vallamos malgastando”.
 
Para estos genios del reciclado, cualquier lugar improvisado vale, muchos no emplean mascarillas adecuadas, superficies aisladas, ¡ni tan siquiera unos guantes! Para muchos la mayor preocupación es que unas gotas de ácido sulfúrico disuelto les fastidie la ropa o salpique el fregadero de la misma cocina de su casa!
 
Creo que ya os he alertado bastante sobre estos “recicladores suicidas” vamos al procedimiento en cuestión.

Estructura y disposición habitual de los componentes de una batería de plomo comercial para automoción. Nótese la dificultad para acceder a las diferentes placas positivas y negativas una vez montada y “encapsulada” la batería. Varta
 
“Lavando” baterías: síntesis de la tontería que nos explican
 
El procedimiento completo en cuestión es bastante sencillo, todos estos tutoriales vienen a contar más o menos lo mismo: coges una batería estropeada, es decir con una tensión baja, incapaz de acumular carga y le extraes el ácido sulfúrico de las celdas, a continuación introduces unas cucharadas de bicarbonato en las distintas celdas, bien a cucharadas o diluido con agua, algunos emplearán agua del grifo y otros aconsejaran usar agua destilada, a continuación tras dejar actuar el bicarbonato durante unas horas, comenzarán un proceso de “lavado” para extraer los residuos de plomo de la batería, otros aconsejarán incluso “pegar unos golpecitos” a la batería o rascar en su interior.
 
Una vez terminado este proceso indican que se vuelva a introducir el ácido sulfúrico diluido (previa limpieza eso sí, en alguno de los tutoriales) para proceder a continuación al realizar una carga lenta de la batería.
 
Tras esto la batería recobrada milagrosamente la vida en muchos casos aunque en los videos más honestos sencillamente indicarán una leve subida del voltaje y de la capacidad de acumulación de la batería.

Principios de funcionamiento de los acumuladores de plomo
 
He procurado una explicación sencilla, “al límite de lo razonable” para poder reparar baterías, pero menos es imposible, lo siento, os resultará difícil comprender el problema de repararlas sin comprender estos principios como mínimo, quien diga lo contrario miente y puede que tengas que repasar primero algunos principios de química o electrónica, ya te dijimos al principio que nada de esto está chupado. J
 
Un acumulador de plomo está constituido en principio de una manera muy sencilla, hay dos tipos de electrodos de plomo que cuando la batería está descargada, se presentan en forma de sulfato de plomo (PbSO4 II) incrustado en una matriz de plomo metálico (Pb)
El electrólito es una disolución de ácido sulfúrico. Esta mezcla es tal que su densidad es de 1.280 +/– 0.010 g/ml con carga plena, y bajará a 1.100 g/ml cuando la batería esté descargada.
Así que empezar a recargar una batería después de limpiarla con cualquier densidad/concentración/ph no parece algo muy inteligente ¿verdad? Por ejemplo, en su fabricación, las placas positivas están impregnadas de dióxido de plomo (PbO2) y las negativas están formadas por plomo esponjoso. Este estado inicial corresponde a la batería completamente cargada, así que el electrolito que agregamos inicialmente debe corresponder a la batería con carga completa (densidad 1,280 g/ml). 

En estos videos casi nunca se hace mención al estado de las placas respecto a la densidad del electrólito, sencillamente se “limpia y recarga” tal cual, no hay que ser muy listos para ver que algo falla.

El principio sobre el que se basa el acumulador de plomo puede ilustrarse con un sencillo experimento:

Cogemos dos placas de plomo y se sumergen en un recipiente de vidrio que contiene ácido sulfúrico diluido a la densidad de carga inicial.

Ambas placas se conectan en serie con una lámpara (la cual actuará  como resistencia) y se alimenta el conjunto con una tensión continua de unos 2.5 a 3 Voltios. Cuando la corriente circula a través del elemento, se observa el desprendimiento de burbujas en cada placa, pero en una de ellas el número de burbujas es muy superior al formado en la otra.

Tras cierto tiempo se observa que una de las placas ha cambiado su color hacia un tono marrón o chocolateado, mientras la otra permanece inalterada en apariencia.

Ahora bien, un examen más cuidadoso muestra, sin embargo, que el plomo metálico de la superficie de la segunda placa, empezó a transformarse en plomo esponjoso. Mucha atención, esta es una de las claves del asunto.

Cuando la corriente circula a través del circuito que hemos creado, un voltímetro conectado a la “pila” indica aproximadamente 2,5 Voltios.

Pasado un tiempo, si se interrumpe la corriente, abriendo el interruptor, la lectura del voltímetro baja hasta unos 2,1 V y nuestra pila es capaz de suministrar una pequeña corriente, aunque la cantidad de energía que es capaz de ofrecer obviamente es muy poca.

Cuando esta pila casera se descarga, en condiciones normales, la tensión que podemos medir entre estas dos placas de plomo decrece lentamente hasta aproximadamente 1,75 V, después pasado otro periodo, comenzará a descender más rápidamente hasta llegar a desaparecer prácticamente y por tanto, nuestra pila quedará aparentemente agotada.

La placa que adopta el color pardo o chocolate es la positiva o cátodo, mientras que la parcialmente convertida en plomo esponjoso, más negra es la placa negativa o ánodo.

Las burbujas que se forman en las placas de plomo son hidrógeno libre. Así que mucho cuidadito con esto también, pues es realmente explosivo y si acumulamos cantidad suficiente podemos provocar una explosión en un lugar poco ventilado, aunque normalmente este no es el mayor riesgo, por mucho que algunos genios insistan, pues sería necesaria una cantidad muy considerable… pero por ejemplo, sin gafas de protección una pequeña detonación puede provocar salpicaduras de ácido que si acaban en nuestros ojos, es un mal asunto.

¿Os acordáis de unos episodios de Mr. Robot que pretenden volar un edificio, con las baterías de unos SAIS?, bueno la idea estaba basada en este principio pero llevado al extremo, detener el sistema de ventilación del edificio, apagar las alarmas, comenzar a sobrecargar las baterías para que generaran Hidrógeno en cantidades extremas, un chispazo y ¡bum!

Cuando pasa la corriente a través del circuito, el plomo metálico de la placa positiva se convierte en dióxido de plomo, mientras que en la placa negativa, aún cuando el plomo no varíe químicamente, pero si su configuración física y se transforma en plomo esponjoso o poroso.

Cuando se descarga la pila que hemos creado, el dióxido de plomo de la placa positiva pasa a sulfato de plomo, cuando esto ocurre ambas placas vuelven a transformarse en electro-químicamente iguales y por tanto la corriente cesa.

La acción inicial de la corriente eléctrica sobre las dos placas iguales convierte en dióxido de plomo la placa positiva  y en plomo esponjoso la negativa así que las dos placas se vuelven electro-químicamente distintas y en tal caso, existe una f.e.m. (Fuerza electromotriz).

La fuerza electromotriz (f.e.m.) resultante es de unos 2,1 voltios, ahora bien la diferencia o exceso de 0,4 voltios observado durante la carga del elemento se emplea para vencer la resistencia interna y los efectos de polarización.

Reacciones químicas durante todo el proceso

El electrólito base es una solución de ácido sulfúrico, (H2SO4) y agua (H2O). Como ya dije, esta mezcla tiene una densidad es de 1.280 +/– 0.010 g/ml con carga plena, y bajará a 1.100 g/ml cuando la batería esté descargada. (Atención: no menciono en ningún momento porcentajes de H20 / H2SO4 si no densidades)

Descarga

Iniciemos el ciclo de reacciones químicas desde la descarga, donde el acumulador produce corriente, esto provoca un cambio químico a través de la reacción que hace que el dióxido de plomo, (PbO2), de la placa positiva al combinarse con el ácido sulfúrico, (H2SO4), forme sulfato de plomo II, (PbSO4),

En este proceso el dióxido de plomo (PbO2) libera oxigeno, (O) el cual al combinarse con el hidrógeno, (H2), liberado del ácido sulfúrico (H2SO4), forma agua, (H2O). 

A su vez, el plomo, (Pb) de la placa negativa se combina con el ácido sulfúrico, (H2SO4), formando sulfato de plomo (II), (PbSO4).

Esto causa que la densidad del electrolito disminuya como disminuye la tensión  hasta el momento de agotar la reserva de energía del acumulador.

Carga

Cuando el acumulador se carga, parte del material de plomo de la placa positiva (ojo, no todo) está constituido por dióxido de plomo (PbO2)  y el material activo de la placa negativa se compone de plomo metálico en estado esponjoso, (Pb). (Otra vez atención: no todo, tan solo y dependiendo del grosor de la plancha de plomo, parte de la estructura).

Una vez se inicia la carga,  la corriente que el acumulador recibe desde nuestro cargador provoca la reacción inversa a la expuesta hace un momento en la descarga, buscando el estado inicial, la densidad del electrolito ascenderá hasta alcanzar 1.260 / 1.280 P.e.

Por otro lado, en condiciones normales la tensión progresivamente irá en aumento hasta cierto valor: 2.5 V. Cuando superamos este valor, comienzan unas reacciones diferentes que  destruyen nuestro acumulador donde un proceso de electrólisis genera la separación del hidrógeno y del oxigeno que son liberados respectivamente por la placa positiva y negativa.

Realmente las reacciones que se producen son más complejas, mucho más, pero estos son los principios mínimos que considero necesarios comprender.

Analizando el ciclo, procesos de degradación

Si observamos el proceso electroquímico, todo se resume en unos cambios determinantes:

Cuando el acumulador se está cargando, el cambio que se produce en nuestra cubeta contenedora a nivel de electrolito resulta de una transformación del agua en acido sulfúrico. La densidad del electrolito aumenta durante el proceso de carga. Se desprende hidrógeno libre de la placa negativa.
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Al revés, en la descarga, el ácido sulfúrico disociado reacciona con el dióxido de plomo formando agua. Así, la densidad del electrolítico va disminuyendo.
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Si continuamos la carga o los ciclos de carga-descarga durante mucho tiempo, observamos que el dióxido de plomo de la placa positiva se desprende y se va depositando en el fondo de la cubeta formando, como unos residuos o escamas que enturbian el electrólito de agua con ácido sulfúrico, igualmente el plomo poroso sufre una descomposición de su estructura.
 
En una batería actual, construida industrialmente, el estado inicial del plomo y su composición puede variar muchísimo de un modelo a otro, pese a partir del mismo principio básico, durante el proceso de carga inicial, de seguir estos principios, el sulfato de plomo (II) es reducido a plomo metal en las placas negativas, mientras que en las positivas se forma dióxido de plomo (PbO2), así que es una reacción de reducción-oxidación donde un elemento es al mismo tiempo oxidado y reducido dando un resultado en los potenciales de los correspondientes pares redox mayor de 0, así que hablamos de proceso de dismutación.
 
En este proceso no se liberará hidrógeno, ya que la reducción de los protones a hidrógeno elemental está cinéticamente impedida en una superficie de plomo, para que esta característica necesaria para la duración de la batería se refuerce, las diversas empresas fabricantes de baterías incorporan a la composición de los electrodos pequeñas cantidades de plata y otros elementos, incluidas fórmulas realmente “secretas” y diversas, pero que tras la degradación de la batería pueden provocar reacciones de todo tipo, que incluso favorecen la rápida degradación de la batería o pueden impedir su reciclaje de no ser adecuadamente eliminados.
 
El desprendimiento de hidrógeno provoca la degradación del electrodo, cuanta más “violenta” sea esta liberación que favorecerá la “erosión” o “destrucción” de la superficie “útil” de este, atención de nuevo, este es un punto muy importante: en principio no degradamos todo el electrodo, si no principalmente las zonas más externas.
 
Sólo cuando se supera la tensión de carga recomendada se libera hidrógeno que daña los electrodos y se degrada el electrolito (aunque no es la única razón de que se degraden).
 
Como hemos explicado, en la descarga baja la concentración del ácido sulfúrico ya que se crea sulfato de plomo (II) y aumenta la cantidad de agua liberada en la reacción. El ácido sulfúrico concentrado tiene una densidad superior al ácido sulfúrico diluido, por lo que se suele decir que podemos mirar el estado de nuestra batería midiendo esa densidad, con un densímetro para baterías: ESO NO ES CIERTO, tan solo valdría para baterías en perfecto estado, ya que la degradación de la batería en todos los aspectos FALSEARÁ estos valores. Es práctico por tanto para verificar la carga y observar la evolución del estado de la batería en condiciones óptimas únicamente y por supuesto también resultara muy útil en caso de reparar una batería para comprobar la densidad inicial del electrolito y su evolución, para determinar un buen funcionamiento.
 
Por otro lado otro problema en el proceso de carga y descarga de los acumuladores reside en la estructura física del sulfato de plomo, pues resulta que es un sólido “cristalino”, pero cuando el sulfato de plomo forma cristales de tamaño excesivo, la reversibilidad de la reacción química que hemos descrito desaparece, ya que se ha provocado lo que llamamos un fenómeno de sulfatado.
 
La formación de estos cristales de gran tamaño se debe a varias razones pero si dejamos que la tensión del acumulador caiga por debajo de 1,8 V durante un periodo de tiempo relativamente corto también comenzarán a formarse y  lo perderemos, por eso es tan importante en un acumulador de plomo que la tensión no decaiga en ningún momento de su vida útil por debajo del umbral.
 
La industria con el paso de los años, dado el bajo coste de fabricación de los acumuladores de plomo bajo los principios descubiertos por el físico francés Gastón Planté en 1859, ha continuado fabricando baterías según este modelo, a día de hoy resultan difíciles de re pero a diferencia de lo que vais a leer en muchos lugares tanto los procedimientos como los materiales utilizados han evolucionado de manera excepcional desde las primeras y rudimentarias baterías  de finales del siglo XIX.

Partiendo del modelo de Planté, es decir de baterías secundarias, recargables bajo una configuración ácido-plomo, se han desarrollado muchas versiones de baterías en búsqueda de la más sencilla de realizar, al menor coste y con el mejor comportamiento y duración, aunque también existen modelos del alta gama mucho más duraderas que por ejemplo utilizan un electrolito en pasta / gel, que no se evapora de la misma manera y hace por tanto su utilización mucho más segura, cómoda y maximiza la duración, aquí nos topamos con el mismo problema, cada fabricante tiene sus formulaciones… ¿Lo vamos pillando?
 
Igualmente los elementos aislantes entre las diversas placas de plomo, así como su disposición para que no cortocircuiten entre s pero poder poner la máxima superficie de dichas placas en contacto con el electrolito en el menor espacio posible, sin que dicho aislante se vea degradado por el ácido sulfúrico, también ha evolucionado y se ha experimentado con multitud de materiales capaces de resistir la acción del ácido y los efectos electroquímicos sin degradarse, suponiendo tan solo este punto un “universo” por sí solo.
 
Muchas veces contamos con que se ha degradado algún componente “químico”, cuando puede ser un problema ´”físico”. Si por ejemplo se degrada una de las membranas que separan las distintas placas de plomo, puede provocar incluso cortocircuitos, al igual que si se degrada la separación entre las distintas “celdas”. Además en el diseño del acumulador se procura acercar las placas al máximo posible y se multiplica el número de las mismas para lograr una mayor densidad de corriente.

Cuando una batería desconectada de un circuito de carga comienza a “recalentarse” puede que haya sucedido este y a partir de este momento la batería rápidamente quedará inutilizada.
 
Celdas, voltaje y deterioro
 
Como ya hemos explicado al principio cada “circuito” basado en este modelo de acumulador de plomo/ácido o sulfúrico/dióxido de plomo,  suministra un voltaje aproximado cuando está cargado de unos 2.1 Voltios así que para conseguir voltajes superiores es necesario conectar en serie varios de estos acumuladores:
 
En una batería de 12V: 6 celdas, (6x2)  en una de 24V: 12 celdas (6x12) y así sucesivamente, hasta conseguir el voltaje deseado para hacer funcionar el automóvil o dispositivo deseado, así que bastará con que en una batería “monobloque” se deteriore una de estas celdas para que rápidamente todo el sistema acumulador falle y se deteriore el resto de celdas.
 
Por ejemplo, cuando se realiza el proceso de carga, la corriente suministrada está calculada para elevar la tensión de cada celda a un máximo de 2.5V, pero basta que una falle para que el resto rápidamente alcancen voltajes que iniciaran las reacciones explicadas que destruirán los diferentes elementos.
 
Podemos separar los procesos de degradación por sobrecarga y descarga:
 
En caso de sobrecarga
 
- Se provoca una rápida corrosión de las placas positivas.
 
- El calor, que intensifica las reacciones químicas normales, originando un envejecimiento prematuro de todos los componentes.
 
- Deformación de las placas positivas y daños a los separadores que pueden provocar roturas, cortocircuitos y fugas del electrolito.
 
- Derramamiento del ácido, lo cual reduce el nivel del electrolito y provoca daños en los circuitos externo y elementos cercanos a la batería
 
-Pérdida excesiva de agua por evaporación, alterando nuevamente el equilibrio del electrolito
 
En caso de carga insuficiente:
 
- Se comienzan a provocar grandes depósitos de sulfato de plomo en las placas, lo que afecta la reacción electroquímica normal.
 
-  Acumulación de depósitos de plomo en los separadores, lo que origina cortocircuitos entre placas positivas y negativas.
 
-  Se reduce el contenido de ácido en el electrolito, altera el ciclo químico e incrementa las posibilidades de congelación en temperaturas muy frías de este.
 
Clasificación de los acumuladores de plomo comúnmente a la venta
 
Muy bien, partiendo de estas premisas ya podemos hacer una clasificación de los diferentes tipos de acumuladores de plomo según  la composición del electrolito.
 
VLA: Electrolito inundado o ventiladas,  donde los electrodos se encuentran sumergidos en exceso de electrolito líquido.
 
VRLA Selladas o reguladas por válvula, donde el electrolito se encuentra inmovilizado en un separador absorbente o en un gel
 
Baterías de Plomo-Ácido ventiladas (VLA, Vented Lead-Acid)
 
Este tipo de baterías es el más común y forma la mayor parte que vamos a encontrar a la venta:
 
Se divide a su vez en tres grupos
 
SLI (Starting, Lighting and Ignition Batteries - Arranque, iluminación y encendido) Son las más frecuentes en el mundo de la automoción. Son las más baratas y nos proveen un buen nivel de corriente a bajo coste, aunque con un ciclo de vida corto.
 
Ciclo profundo: diseñadas para aplicaciones donde tengan lugar descargas profundas, como pueda ser en equipos a los que no tenemos acceso continuamente o la posibilidad de recarga constante es difícil.
 
Estacionarias: aquellas cuya premisa de uso sea requerir una larga vida útil y un bajo mantenimiento.
 
VRL (Valve Regulated Lead-Acid) Baterías de Plomo-Ácido reguladas por válvula
 
Estas baterías se encuentran parcialmente selladas para evitar la evaporación del electrolito. Ya que una de sus principales premisas es aumentar la movilidad y seguridad.
 
En comparación con las baterías VLA, presentan un ciclo de vida más corto, elevadas temperaturas y mucha más intolerancia al abuso.
 
Las clasificaremos dependiendo de cómo se inmoviliza el electrolito:
 
AGM Absorbed Glass Mat VRLA: donde el electrolito se mantiene por un separador poroso absorbente, generalmente fabricado en fibra de vidrio.
 
Gelled electrolyte VRLA, donde se añade un agente gelificante al electrolito líquido a fin de que este adopte la consistencia de gel.
 
Siguiendo esta clasificación básica sus especificaciones serian estas:

Y estas sus “expectativas de vida”, aunque esta tabla es muy relativa.

Clasificación de las baterías de libre mantenimiento
 
Aunque esta clasificación es un poco simplista, se centra principalmente en las baterías que encontraremos en el mercado, principalmente para automoción donde se reemplazan ciertos componentes y ya de paso se complica el proceso de restauración en caso de fallo atendiendo a la fórmula original.
 
Teóricamente, una batería de libre mantenimiento se caracteriza por no necesitar el repostaje de agua destilada durante el período que se espera que dure su funcionamiento, en condiciones normales de uso. (Aunque claro en unas y otras la mayor parte de la gente da por hecho que la densidad de ácido no importa y basta con abrir los “taponcitos” y verter agua… un despropósito)
 
Rejillas de Calcio
 
Esta ausencia teórica de  mantenimiento se logra principalmente por medio del uso de rejillas con una aleación que contenga Calcio como sustituto del tradicional Antimonio. (Más adelante explico las rejillas en el proceso de fabricación)
 
Las ventajas de la aplicación de Calcio son la reducción del calor en el ciclo de carga y descarga, reduce la pérdida de agua por la gasificación y reduce corrosión.
 
Baterías de Libre Mantenimiento de Calcio- Plata:
 
Las rejillas fabricadas con la aleación de calcio-plata aumentan su mayor resistencia a la corrosión y a los efectos destructivos de las altas temperaturas, alargando la vida útil de la batería.
 
 Ahora bien no nos engañemos, su precio es mucho más elevado y un uso “extenuante”, puede compensar la diferencia de precio, frente a su duración con una  batería de coste inferior, pero por ejemplo en un vehículo con un uso correcto, los ciclos de vida frente a una más normal, no difieren demasiado ya que bajo condiciones de cargas de “mantenimiento” habituales, a causa de otros múltiples procesos de deterioro hacen que los tiempos reales de vida no superen a modelos más modestos, según mi experiencia (reconozco que este punto es personal y basado solo en contrastar experiencias durante 20 años, por lo que sería discutible)
 
Densidades del electrolito y temperatura
 
Las densidades altas (concentración de ácido sulfúrico) perjudican notablemente la vida de la batería, en el supuesto de que la batería no contenga  en el electrolito aditivos especiales, las densidades varían según el diseño de la batería y el tipo de clima de cada región.
 
Como referencia podríamos decir que:
 
1240 – 1260 gr. / litro (en climas cálidos).
1260 – 1280 gr. / litro (en climas templados).
1280 – 1300 gr. / litro (en climas fríos o muy fríos).
 
Aunque es importante partir de la densidad “montada en fábrica” con la batería a máximo de carga: 12.70V
 
Nociones generales sobre la construcción y elementos de una batería de automoción
 
Para reparar una batería tenemos que comprender muy bien como está construida, bastaría con esto para entender lo absurdo de intentar “limpiar” una batería con bicarbonato, pero si queremos aprender a intentar repararlas “de verdad” es fundamental conocer los componentes y el proceso, no queda otra.
 
El proceso, materiales y colocación difiere entre marcas y modelos, también es aplicable a muchos otros tipos de acumuladores para energía solar, por ejemplo, pero al menos unas nociones básicas nos ayudarán a entender cómo resolver el puzle con claridad, ahora que ya he explicado el proceso que tiene lugar y ya conocemos los personajes principales de esta obra.
 
Componentes de la batería

VZH Van Zadweghe Hnos / UNIONBAT
 
Electrolito
Como ya he comentado sobradamente, es una solución acuosa con Ácido Sulfúrico, es el medio utilizado por la energía para migrar en la batería y el medio donde se producen las reacciones químicas. En las baterías de Plomo-Ácido, es una solución de ácido sulfúrico en agua desmineralizada en una proporción aproximada de 36 partes de ácido por 64 partes de agua (la densidad  suele oscilar 1240 – 1260 gr. / litro @ 1280 – 1300 gr. / litro, según el clima y características concretas del fabricante). Su función es servir como medio conductor de energía, entre los componentes internos de la batería.
 
Plomo y otros metales
Bornes: conexiones externas para cargar o descargar la batería.
Placas positivas y negativas: Compuestas por Rejillas y Material Activo.
Straps: Soldadura entre placas de una misma polaridad.
 
Rejilla:
Armazón o parrilla que sirve de soporte para los materiales activos que conducen la corriente. Desempeñan también la misión de distribuir la corriente uniformemente en toda la placa a través de diseños muy específicos. Están fabricadas de una mezcla de plomo, calcio, plata, estaño, según el modelo y tipo de batería, creando una aleación que le ofrece cualidades específicas a la rejilla.
 
 
Placas:
Compuestas por las rejillas, impregnadas de una pasta o material activo que favorece las reacciones químicas positivas para el acumulador, reduciendo las contrarias, así como reduce la degradación. .Esta pasta es una mezcla de óxido de plomo con otros elementos químicos
 
Placas positivas:
Compuestas de peróxido de plomo, un material cristalino de color marrón oscuro, constituido por partículas muy pequeñas y de alta porosidad que facilita que el electrolito penetre libremente en el interior de las placas.
 
Placas negativas:
Compuestas por plomo esponjoso (Pb) de color gris pizarra, en el que penetra libremente el electrolito, haciendo esponjar las placas, con lo que crece el área eficaz de las mismas, aumentando el rendimiento. En estas placas se emplean en pequeñas cantidades, sustancias difusoras o expansoras para impedir la contracción y solidificación del plomo esponjoso, con lo que perdería capacidad y vida la batería. (Al reparar una batería disponer de estas sustancias resulta de una importancia esencial para garantizar la longevidad de la batería, pero no es tarea sencilla aunque necesaria ya que el proceso de limpieza, elimina estas sustancias).

VZH Van Zadweghe Hnos / UNIONBAT
 
Elementos Plásticos:
 
- Conjunto Monoblock, tapa y caja termosellada, habitualmente están fabricadas en polipropileno y son un buen problema a resolver en muchos casos para reparar una batería, pues resulta muy difícil su apertura sin equipo específico y resulta ser un contenedor de difícil acceso donde se agrupan los diversos elementos que la componen.
 
- Tapones con orificio de ventilación.
Debido a que una batería Plomo-Ácido libera Hidrógeno (H2) durante la carga, la caja no es completamente sellada. Las baterías poseen un respiradero en los tapones o en la tapa que liberan al exterior dicho gas, y el vapor del ácido sulfúrico se condensa a los lados de los orificios llenando de nuevo la batería.
 
- Separadores:
Son elementos que evitan descargas por contacto entre placas positivas y negativas, pero al mismo tiempo, permiten la conducción electrolítica libre. Estos  separadores son colocados en las baterías de tres maneras principalmente: en forma de placas, en forma de sobres y en forma de sobres envolventes, aunque dentro de esta diferenciación los diseños para un modelo específico son inmensos, con peculiaridades propias del fabricante.
 
Entre los principales tipos de separadores están los materiales de fibra de vidrio y materiales vítreos porosos de PVC, sobres de polietileno, plásticos microporosos, películas de celulosa, telas de Dynel o Vinyon.
 
Existen muchos tipos de separadores, dependiendo el material y diseño, y pueden representar la autentica clave para que podamos reparar o no una batería con un coste y dificultada razonable.
 
 
Valores normales de carga
 
Finalizaremos esta primera parte con los valores básicos que debemos conocer para poder interpretar el estado de una batería a través de sus tiempos de carga o la densidad del electrólito.

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¡Atención!
Ya se ha publicado la segunda parte, puedes acceder pulsando aquí:  La verdad sobre reparar baterías de plomo-ácido: 2da parte, simplificación del modelo, ecualización y proceso industrial

Raul Mora M

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