¿Cómo Funciona una Batería de Automóvil?

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ah cómo funciona una batería de automóvil estas grandes y bastante pesadas baterías se utilizan en todos los vehículos con motor de combustión son una parte esencial de un vehículo entonces qué hace y cómo funciona eso es lo que veremos en este vídeo la batería de automóvil de 12 voltios se ve algo así esta es una batería de plomo y ácido la llamamos batería de plomo y ácido porque dentro de esta estructura hay placas de plomo que están sumergidas en un ácido esto crea una reacción química que libera energía y nos proporciona un voltaje y una corriente por lo tanto la batería almacena energía en forma de energía química no almacena electricidad esta energía química se convierte en energía eléctrica cuando la necesitamos esta batería también es recargable si suministramos electricidad a la batería podemos invertir la reacción química y recargar la batería este tipo de batería proporciona grandes cantidades de corriente especialmente en comparación con las típicas pilas alcalinas domésticas más pequeñas en un vídeo anterior hemos visto cómo funcionan las pilas alcalinas échale un vistazo los enlaces se encuentran en la descripción del vídeo en la parte inferior la batería típica de un automóvil se encuentra en el compartimento del motor la batería se usa primero para arrancar el motor y lo hace suministrando electricidad a un pequeño motor eléctrico conocido como motor de arranque el motor de arranque acciona un pequeño engranaje del motor lo gira para hacer girar el cigüeñal que pone en marcha el motor de combustión el pequeño engranaje entonces se desengancha y el motor de arranque funciona por sí misma el motor de arranque necesita proporcionar una gran cantidad de fuerza para poder girar la polea así que el motor de arranque consume una corriente extremadamente grande posiblemente cientos de amperios pero esto es sólo por unos segundos esta gran demanda de corriente va a reducir el almacenamiento de energía de la batería así que tendremos que recargar la conectado al motor hay un alternador el alternador es girado por el motor y al girar genera electricidad esta electricidad se devuelve a la batería para recargarla mientras el motor está funcionando el alternador recarga la batería pero también proporciona la energía eléctrica para sistemas como la iluminación y el equipo de música cuando la demanda de electricidad en el automóvil excede lo que el alternador puede proporcionar entonces la batería proporcionará esta energía adicional que vuelve a agotar la batería si se apaga el motor el alternador deja de girar y de recargar la batería así que la batería proporcionará toda la energía eléctrica al automóvil hasta que se agote en este punto la batería no puede proporcionar suficiente electricidad para arrancar el motor por lo que tendremos que pasarle corriente para arrancar el automóvil echemos un vistazo a las partes principales de la batería del automóvil y entenderemos cómo funciona todo primero tenemos la caja de plástico que sostiene todos los componentes internos en su lugar en la parte superior tenemos la etapa de plástica y hay dos terminales un positivo y un negativo al quitar la tapa podemos ver el interior noten que la caja está dividida en 6 cámaras separadas cada una separada por una pared de plástico cada cámara se conoce como una celda cada celda genera alrededor de 2,1 voltios de cd o corriente directa cada celda está conectada en serie el negativo de una celda se conecta al positivo de la siguiente para darnos un voltaje total de alrededor de 12 6 voltios es lo mismo que si se conectarán juntas las pilas alcalinas domésticas sus voltajes se suman para proporcionar un voltaje total más alto cada celda de la batería está conectada por una placa ésta está hecha de plomo estas placas están soldadas a través de la pared de plástico para formar la conexión al observar la batería desde este punto vemos que la corriente fluye a través de las celdas de la batería desde el positivo al negativo y eso es usando la teoría de la corriente convencional pero lo que en realidad te está sucediendo es que los electrones están fluyendo en dirección opuesta pero veremos eso un poco más adelante en este vídeo noten que hay dos placas en cada celda una positiva y otra negativa se llaman placas porque cada una está conectada a un número de láminas de plomo las placas están formadas en estructuras en forma de cuadrícula que maximizan el área de la superficie las cuadrículas están recubiertas por una pasta de óxido de plomo la pasta es el lugar donde se produce la reacción química y lo veremos un poco más adelante en este vídeo la pasta actúa un poco como una esponja y va a absorber parte del líquido electrolítico que mejora el rendimiento de la batería el tamaño de la placa determina cuánta corriente puede proporcionar una batería pero no cambia el voltaje los materiales utilizados para la reacción química y el número de placas determinan el voltaje producido por cada celda la cuadrícula mantiene la pasta en su lugar para asegurar una distribución uniforme de la corriente a través de la placa y ayuda a transportar los electrones fuera de la batería y alrededor del circuito eléctrico del automóvil la placa negativa es el ánodo y esta es una placa de plomo puro aunque se añaden algunas pequeñas cantidad de aditivos para endurecer el plomo y protegerlo de la corrosión la placa positiva es el cátodo y está hecha de óxido de plomo las placas están hechas de materiales diferentes para formar la reacción química y liberar los electrones no queremos que las placas positiva y negativa entren en contacto directo entre sí porque esto provocaría un cortocircuito en la batería así que en su lugar colocamos cada placa positiva en una cubierta separadora este es solo un material poroso que permite que los iones fluyan a través de él sin que los materiales entren en contacto directo entre sí las placas positiva y negativa se colocan entre sí con un pequeño espacio entre cada placa la cámara se llena entonces con un líquido electrolítico de ácido sulfúrico y agua de ahí que la batería se llame batería de plomo y ácido quiero hacer un breve repaso de los fundamentos de la electricidad para que entiendan la siguiente parte de cómo funciona la batería la electricidad es el flujo de electrones en un circuito necesitamos que muchos electrones fluyan en la misma dirección a través de un cable para que podamos colocar cosas en el camino de los electrones como las lámparas por lo tanto los electrones tendrán que pasar a través de esto y mientras lo hacen producirá luz cuando muchos electrones fluyen en la misma dirección lo llamamos corriente todo material está hecho de átomos los átomos tienen diferentes números de protones neutrones y electrones lo que los convierte en un material diferente algunos materiales como el cobre tienen un electrón que es libre de moverse a otros átomos si conectamos una fuente de poder como una batería al cable de cobre el voltaje de la batería empujará los electrones y éstos se apresuran a llegar a la terminal positiva de la batería acabo de decir que los electrones fluyen del negativo al positivo esto se conoce como flujo de electrones es una teoría de cómo funciona la electricidad y lo que realmente ocurre pero podrías estar acostumbrado a ver la corriente convencional que va de positivo a negativo esta es la teoría original que se conoce como corriente convencional esta teoría se demostró errónea por joseph thompson que descubrió el electrón y encontró que fluían de lo negativo a lo positivo sin embargo aún hoy en día usamos la teoría de la corriente convencional para diseñar circuitos eléctricos así que si miramos este simple circuito debemos siempre asumir que la corriente fluye desde el positivo y hacia el negativo pero los ingenieros y científicos saben que los electrones están fluyendo en realidad en la dirección opuesta las fórmulas eléctricas que usamos darán el mismo resultado independientemente de la dirección en la que fluya la electricidad más rica no importa hay dos tipos de electricidad cde corriente directa que obtenemos de las baterías los electrones de este tipo son empujados en una dirección por lo que se llama corriente directa piensa en esto como el agua que fluye por un río el otro tipo de electricidad de este a corriente alterna que es la que se obtiene de las tomas de corriente de las casas en este tipo los electrones son empujados y tirados hacia adelante y hacia atrás piensa en esto como la marea del mar que entra y sale entre su máxima marea alta y su máxima marea baja cuando mezclamos ciertos materiales juntos podemos causar reacciones químicas esto es cuando los átomos de un material interactúan con los átomos de otro material durante esta interacción los átomos se unen o se separan los electrones también pueden ser liberados o capturados por los átomos durante esta reacción cuando hablamos de átomos normalmente oiremos el término ion unión es un átomo que tiene un número desigual de electrones y protones un átomo tiene una carga neutra cuando tiene el mismo número de protones y electrones porque los protones están cargados positivamente y los electrones están cargados negativamente por lo que se equilibra si el átomo tiene más electrones que protones entonces es un ión negativo si el átomo tiene más protones que electrones entonces es un ión positivo en lugar de tratar de entender esta compleja estructura vamos a simplificar la hasta este simple modelo de una celda con un solo cátodo llamado en esta celda tenemos el líquido electrolítico que es un tercio de ácido sulfúrico y dos tercios de agua tenemos el electrodo positivo que es el cátodo está hecho de óxido de plomo luego tenemos la terminal negativa que es el ánodo este está hecho de plomo puro cuando estos materiales se combinen obtendremos una pequeña reacción química entre los átomos mostraré los átomos de estos materiales con estas esferas de color la terminal católica positiva del óxido de plomo va a reaccionar con el sulfato del electrolito esto formará una capa de sulfato de plomo en el terminal del cátodo durante esta reacción unión de oxígeno es expulsado del cátodo y dentro del electrolito una vez en el electrolito estos iones de oxígeno se combinarán con los iones de hidrógeno para formar agua al mismo tiempo los átomos de plomo del ánodo van a reaccionar con los iones de sulfato del electrolito esta reacción creará una capa de sulfato de plomo alrededor del electrodo durante esta reacción se liberan dos electrones y se recogen en la terminal negativa por lo que ahora tenemos una acumulación de electrones en la terminal negativa como los electrones están cargados negativamente esto significa que tenemos una diferencia de carga a través de las dos terminales y podemos medirla con un voltímetro o un multímetro si piensas en un imán los electrones están cargados negativamente y por lo tanto se repelen entre sí estos son atraídos por la terminal positiva que tiene menos electrones sin embargo no pueden llegar a ésta todavía por lo tanto si proporcionamos un camino para los electrones como un cable entonces los electrones fluirán a través de éste para llegar a la terminal positiva podemos entonces colocar cosas como una lámpara en el camino de estos electrones y usarlos para hacer trabajos como iluminar la lámpara mientras el camino existe en la reacción química continua pero esto no durará para siempre los químicos requeridos para la reacción se agotará el ácido se diluye y se debilita y una acumulación de sulfato de plomo recubre ambos electrodos esto significa que los materiales de los electrodos son cada vez más similares y por lo tanto la reacción química se hace más difícil de lograr afortunadamente esta reacción química puede invertirse así que si suministramos a la batería electricidad del alternador podemos empezar a invertir la reacción los electrones entran en la terminal negativa y se vuelven a unir con el sulfato de plomo liberando el sulfato en el electrolito para dejar solo el plomo en la placa negativa los iones de sulfato entran en el electrolito y se combinan con los iones de hidrógeno para liberar los iones de oxígeno y así el ácido del electrolito se hace más fuerte los iones de oxígeno se combinan con el plomo para crear óxido de plomo y esto libera el sulfato de nuevo en el electrolito haciéndolo aún más fuerte si dejamos que una batería se descargue completamente durante demasiado tiempo o demasiadas veces se hace muy difícil revertir la reacción química además la capa de sulfato podría desprenderse de los electrodos y acumularse en el fondo de la batería esto significa que ya no participará en la reacción química por lo que la batería debe ser reparada o reemplazada así que cuando observamos la batería esta reacción química se produce entre cada placa de cada celda para proporcionar los cientos de amperios de corriente para arrancar el motor y también proporcionar el voltaje para alimentar las luces etcétera que luego es recargado por el alternador para verificar el voltaje de una batería de automóvil simplemente cambiamos el ajuste de voltaje a cd en nuestro multímetro y luego conectamos el cable rojo al positivo y el negro al negativo deberíamos ver un voltaje de alrededor de 12 6 voltios si está por debajo de 12 entonces la batería no está funcionando correctamente por cierto si no tienes un multímetro dejaré un enlace en la descripción del vídeo en la parte inferior para que puedas conocer cuál es recomiendo y cuáles están disponibles en tu región cuando arrancamos el automóvil el voltaje caerá porque el motor de arranque está jalando una gran cantidad de corriente el voltaje caerá unos 11 voltios sin embargo si cae por debajo de 10 entonces la batería no está funcionando correctamente una vez que el motor esté funcionando el alternador debería estar generando electricidad y por lo tanto deberíamos ver un voltaje más alto de alrededor de 14 voltios esto se debe a que el alternador está recargando la batería y el voltaje debe ser más alto para forzar a los electrones a volver a entrar e invertir la reacción química bien chicos esto es todo por este vídeo pero para continuar su aprendizaje miren uno de los vídeos en pantalla ahora y los veré la próxima elección no olvides seguirnos en facebook instagram twitter linkedin y en www punto de ingeniería mindset puntocom