La Batería Automotriz

Definición y Función

La batería es un acumulador de electricidad que, mediante energía química (electrólisis), suministra la energía necesaria al motor de arranque y amortigua los picos de tensión.

Constitución

  • Bornes y Placas: Con aislantes, positivos (+) y negativos (-), conectados por puentes.
  • Tapa: Con monobloque (vasos o sellada).

El acumulador de plomo consta de 6 elementos con placas (+/-) dentro del monobloque (ebonita/polipropileno). Cada elemento tiene una placa negativa más.

Tipos de Placas

  • Positivas: Plomo con bajo contenido de antimonio y rellenas de peróxido de plomo (rejilla radial para menor resistencia).
  • Negativas (Masa Activa): Plomo (Pb) + antimonio (Sb) (6% en baterías con mantenimiento) o Plomo (Pb) y calcio en baterías de bajo mantenimiento (2% de materia).

Componentes Internos

  • Separadores: Aislante microporoso intercalado entre placas (+/-), inalterables a la acción química del H₂SO₄.
  • Electrolito: Solución de H₂SO₄ (33%) diluido con agua destilada (67%) con una densidad de 1,27 a 1,29 g/cm³ a 25ºC.

Procesos Químicos

  • Proceso de Descarga:

    PbO₂ (placa positiva) + 2H₂SO₄ (electrolito) + Pb (placa negativa) → 2PbSO₄ (sulfato de plomo) + 2H₂O (agua)

  • Proceso de Carga (Operación Reversible):

    2PbSO₄ (sulfato de plomo) + 2H₂O (agua) → PbO₂ (dióxido de plomo) + 2H₂SO₄ (ácido sulfúrico) + Pb (plomo) + calor

Características Eléctricas

  • Fuerza Electromotriz Nominal (E): En Voltios (V).
  • Capacidad: Cantidad de electricidad capaz de suministrar desde plena carga hasta quedar descargada. Se mide en Culombios (I x t) y se especifica como capacidad nominal (para descarga de 20h).
  • Intensidad Máxima de Arranque: En Amperios (A).
  • Tensión Eficaz o Voltaje en Bornes (VAB): Cuando está conectada al circuito:
    • En Descarga: VAB = E – (I x ri) (donde ri es la resistencia interna de la batería).
    • En Carga: VAB = E + (I x ri) (una ri baja indica buen estado, una ri alta indica mal estado).

Comprobación de la Batería

  • Con Densímetro:
    • 1,14-1,10 kg/l = Carga baja.
    • 1,20-1,24 kg/l = Carga media.
    • 1,27-1,29 kg/l = Carga alta.
  • Con Polímetro:
    • Tensión > 12,6V = 100% cargada.
    • De 12,35 a 12,25V = 50% cargada.
    • < 12V = Descargada.
  • Con Descargador Rápido: Descarga violenta entre 50-1000A durante 6 segundos. La caída de tensión debe mantenerse sobre 9,6V (si cae por debajo, la batería está descargada).

Puesta en Carga de la Batería

La intensidad de carga debe ser del 10% de la capacidad nominal (ej. C=40Ah → 4A).

  • a) Conexión en Serie: La intensidad es igual en todas las baterías.
    • Si son iguales: Et = n x E (número de baterías x E).
    • Si son distintas: Et = E1 + E2 + E3.
    • Capacidad: Ct = C1 = C2 = C3 (I x t).
    • Resistencia interna: Ri = Ri1 + Ri2 + Ri3.
  • b) Conexión en Paralelo: Cuando las baterías tienen el mismo valor de carga/voltaje.
    • Et = E1 = E2 = E3.
    • Ct = C1 + C2 + C3.
    • 1/RiT = 1/Ri1 + 1/Ri2 + 1/Ri3.

Tipos de Carga

  • Lenta: 5-10% de la capacidad nominal.
  • Rápida: Hasta 1/2 de la capacidad de la batería.

Dependencia de la Resistencia Interna (Ri)

La resistencia interna de la batería depende de:

  • La resistencia de las placas.
  • La resistencia del electrolito.
  • La resistencia del electrolito con las placas.
  • La resistencia de los puentes de unión (grosor +/-).

Baterías VRLA (Sin Mantenimiento)

Cada vaso tiene una válvula unidireccional para la salida de gases.

  • a) De Gel: Con fibra de vidrio.
  • b) AGM: Electrolito + silicona pastoso.

Las placas son de calcio (plata) y sensibles al calor. Tienen menor resistencia interna (Ri), lo que se traduce en mayor capacidad y duración. No hay pérdida de líquido ni desprendimientos al volcarla, y se usan dentro del habitáculo o maletero.

El Cargador de Baterías

Componentes principales:

  • Transformador: Reduce la tensión a 6-12-24V.
  • Grupo Rectificador: Convierte Corriente Alterna (C.A.) a Corriente Continua (C.C.).
  • Amperímetro con Regulador.
  • Salidas: Positivo (+) y Negativo (-).

El Circuito de Carga del Vehículo

Este circuito proporciona electricidad a la batería y a los demás componentes del vehículo.

Componentes:

  • Generador Eléctrico: Dinamo o alternador.
  • Regulador: Mantiene la tensión constante (aprox. 14-15V).
  • Batería.
  • Lámpara Testigo: Indica si el generador funciona correctamente.

La Dinamo

La dinamo es un generador de Corriente Continua (C.C.) que funciona a menos de 3000 rpm, ya que a mayores revoluciones las fuerzas centrífugas podrían dañar las bobinas. Tiene un único sentido de giro (si no, no produce corriente).

Regulador de la Dinamo

Compuesto por 3 bobinas con relés (RL) que regulan:

  • Tensión: Mediante un hilo fino.
  • Intensidad: Mediante un hilo grueso.
  • Disyuntor: Evita la descarga de la batería sobre el rotor.

El Alternador

El alternador genera Corriente Alterna (C.A.) y necesita de un puente rectificador (placa de diodos) para convertirla a Corriente Continua (C.C.). Funciona mediante un conductor (estator) y un inductor (rotor). Puede ser monofásico o trifásico (3 bobinas desfasadas con doble bobinado) y puede generar hasta 3.500W de potencia con refrigeración (aire/agua). Produce corriente en los dos sentidos de giro (ver sentido del ventilador).

Bobinado del Estator (Conducido)

  • En Estrella: Mayor tensión.
  • En Triángulo: Mayor intensidad.

En el alternador, el rotor es el inducido, y el estator es el inductor (en la dinamo es al revés).

Ley de Faraday

La variación de flujo se describe por la Ley de Faraday: ∆ɸ (variación de flujo) / ∆t (rapidez) x Nr hilos.

Limitación de Intensidad

La intensidad (I) se limita en el alternador, mientras que en la dinamo, al haber más consumidores, produce más hasta que se destruye.

Componentes del Alternador

  • Rotor: Campo magnético.
  • Estator: Espiras.
  • Rectificador: Placa de diodos.
  • Regulador.
  • Ventilador: Sujeto al rotor si es compacto o por fuera si es monobloque.
  • Tapas/Carcasas: De aluminio.
  • Polea: Con chaveta y sistema de rueda libre.

Mejoras del Alternador frente a la Dinamo

  • Permite el incremento del consumo eléctrico de los aparatos.
  • Genera corriente a bajas revoluciones.

Comprobaciones Estáticas del Alternador

Estator

  • Medir resistencia de las bobinas.
  • Comprobar el aislamiento de las bobinas.

Rotor

El rotor consta de un eje de acero apoyado en cojinetes, masas polares, un devanado de excitación (bobina interna entre los 2 polos) y anillos rozantes.

  • Comprobar excentricidad/ovalación de los anillos.
  • Verificar el giro del rodamiento.
  • Comprobar el aislamiento de los anillos rozantes.
  • Medir la resistencia de la bobina (Ω eje con anillos).

Placa de Diodos

La placa de diodos tiene un borne de salida (+), conexiones de fases, masa (-), y terminales EXC (excitación).

  • Comprobar el borne (+) de la placa con cada conexión de fase (usando el símbolo de diodo del multímetro).
  • Comprobar EXC con conexiones de fase (no debe dar lectura).
  • Comprobar masa de la placa con conexiones de fase.
  • Comprobar placa de diodos (+) con (-).

Regulador

  • Diodo de Protección: Verifica la dirección de corriente (en una posición luce la bombilla, en la otra no).
  • Diodo Zener: Regula la tensión (no deja pasar más de 15V y la bombilla se apaga).

Funcionamiento Detallado del Alternador

a) Placa de Diodos

Realiza la rectificación de media onda o de onda completa. Para aprovechar tanto las semiondas positivas (+) como las negativas (-) de cada fase, se disponen 2 diodos por fase (uno en el lado positivo y otro en el negativo), siendo necesarios 6 diodos de potencia.

Los 3 diodos de excitación (D+) alimentan al inductor (rotor) y a la luz testigo (que se enciende al haber diferencia de potencial entre la batería y el alternador). Los terminales de entrada del estator están unidos a la placa y de allí a los diodos EXC (y estos 3 al punto D+).

b) Rotor

Es un electroimán que gira en el estator, creándose líneas de fuerza que generan el desplazamiento de los polos Norte-Sur (N-S) y la fuerza electromotriz (E).

c) Regulador (PNP/NPN)

Cuando un transistor funciona, el otro no (el emisor es más positivo que la base para conducir).

Características Eléctricas del Alternador

Frecuencia (f)

La frecuencia se calcula como: f = (número de polos x rpm) / 60 = Hz (Sabiendo la frecuencia, podemos calcular las rpm del motor – borne W en diésel).

Fuerza Electromotriz (E)

  • a) Máxima: Hasta el pico de la onda.
  • b) Eficaz (medida con polímetro): E_eficaz = E_max / √2 ≈ 0,707 * E_max ≈ 1,11 * E_media.
  • c) Media: E_media = (2 * E_max) / π y/o E = ɸ (flujo en Maxwell: 1 Wb = 10^8 Mx) x 2p (número de polos) x n (rpm) x Na (número de conductores activos - monofásico) = V (voltios). Para trifásico es Nf = Na / 3.

Alternador Trifásico

  • a) Conexión en Estrella:
    • E_línea = √3 x E_fase
    • I_línea = I_fase
    • Rt = Ri + Ri = 2Ri
  • b) Conexión en Triángulo:
    • E_línea = E_fase
    • I_línea = √3 x I_fase
    • Rt = (2 * Ri) / 3 (Resistencia equivalente entre dos terminales, donde Ri es la resistencia de fase).

Potencia (W)

La potencia se calcula como: P = E_línea² / Rt.