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MANUAL BÁSICO DE TECNOLOGÍA AUDIOVISUAL Antonio Cuevas antoniocuevas@gmail.com

Tema 39

BATERÍAS 39.1

Baterías 39.1.1 Conexión en serie y en paralelo

39.2

Parámetros que definen una batería 39.2.1 Densidad de energía 39.2.2 Número de ciclos de carga-descarga 39.2.3 Eficacia (%) 39.2.4 Voltaje 39.2.5 Capacidad 39.2.6 Tiempo de recarga 39.2.7 Vida operativa 39.2.8 Memoria 39.2.9 Autodescarga 39.2.10 Envejecimiento

39.3

El cargador “inteligente”

39.4

Tipos de baterías utilizadas en cine y vídeo profesional 39.4.1 Níquel-cadmio (NiCad) 39.4.2 Ión-litio (Li-Ion) 39.4.3 Níquel metal hidruro (NiMH)

39.5

Tablas comparativas

39.6

Apéndices

Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 1 de 25


BATERÍAS Se llama batería, acumulador eléctrico, o simplemente acumulador, a un dispositivo que almacena energía eléctrica por procedimientos electroquímicos, pudiendo devolverla posteriormente en su casi totalidad, ciclo que puede repetirse determinado número de veces. La batería es un generador eléctrico secundario, es decir, sólo puede funcionar si se le ha suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso de carga. En general se compone de celdas electrolíticas en las que dos placas eléctricas de metales distintos (cátodo y ánodo) están separadas entre sí por una solución iónica capaz de conducir La batería es, simplemente, un electrones entre ambas placas. Las baterías, por medio de una recipiente de químicos que transmite reacción química producen, en su terminal negativo (cátodo), electrones. Se trata de una máquina una gran cantidad de electrones (que tienen carga negativa) y electro-química, es decir, una en su terminal positivo (ánodo) una gran ausencia de máquina que crea electricidad a electrones (lo que causa que este terminal sea de carga través de reacciones químicas. positiva). Al conectar un dispositivo, la corriente eléctrica fluye de un polo (cátodo) al otro (ánodo) hasta que la diferencia de electrones se equilibra. En ese momento, la batería está descargada.

química en eléctrica, y una vez descargadas resultan material de desecho <2>.

Es necesario distinguir entre baterías recargables o acumuladores y baterías desechables o pilas <1>. La diferencia entre ambos tipos estriba en que las baterías recargables permiten revertir la reacción química que se ha producido durante la descarga mediante la aplicación en sus electrodos de una corriente eléctrica procedente de un generador externo. En el caso de las pilas no es posible recuperar el estado de carga por haberse convertido la energía

Las cámaras cinematográficas actuales trabajan con baterías autónomas recargables de 12 a 24 voltios CC. En algunas, el voltaje de 12v se utiliza cuando la cámara es operada entre 5 y 50ips. Cuando se trata de filmar a velocidades superiores se utilizan 24v. En otras, la Arricam por ejemplo, el voltaje estándar es de 24v. A diferencia del pasado, los equipos actuales son alimentados por baterías en todas las circunstancias, incluso en estudio, lo que significa total independencia de plantas Batería de cinturón Pagbelt de NiMH (13,2v, 100wh) $4.200 generadoras o redes eléctricas. Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 2 de 25


En general, las baterías actuales, tanto para cinematografía como para cualquier otra aplicación, están definitivamente faltas de desarrollo. Son relativamente pesadas, contienen relativamente poca energía, necesitan cierto tiempo para cargarse, su fabricación es cara y la contaminación que generan resulta altamente preocupante. Este es uno de los ámbitos tecnológicos en que el desarrollo es más urgente y ello por razones no sólo técnicas, también BATERÍAS ambientales. Los usuarios deben saber que algunos elementos que Se compone de celdas en las que dos electrodos (placas componen las baterías son eléctricas de metales distintos) altamente contaminantes, llamados cátodo y ánodo, están especialmente el plomo y el cadmio, separados entre sí por una y que en el caso de este último, los solución (electrolito) que es el procesos de reciclado ni siquiera medio capaz de conducir electrones entre ambas placas. están bien establecidos todavía <3>. Se denomina batería puesto Todas las baterías, no importa el tipo, recién adquiridas son "perezosas" es decir, no adquieren su máxima capacidad ni entregan su máxima corriente hasta que se las ha ciclado algunas veces.

que se conectan varias parejas de placas (celdas) en serie para lograr el voltaje necesario.

La batería de un automóvil está formada por 6 elementos acumuladores del tipo plomo-ácido, cada uno de los cuales suministra electricidad con una tensión de unos 2 V, por lo que el conjunto entrega los habituales 12 V

Las baterías tienen dos polos, uno positivo (+) y otro negativo (-). Los electrones (de carga negativa) corren del polo negativo (cátodo) hacia el polo positivo (ánodo), donde son recogidos. A no ser que los electrones corran del polo negativo hacia el polo positivo, la reacción química no ocurre. Esto significa que la electricidad solo es generada cuando a la batería se le aplica una carga.

Conexión en serie y en paralelo Existen dos formas básicas de conectar entre sí varias baterías o acumuladores: en serie y en paralelo. En una conexión en serie el terminal positivo de una batería se conecta al terminal negativo de la segunda, este al negativo de la tercera, y así sucesivamente, la corriente tiene una sola trayectoria que seguir. En una conexión en serie el voltaje del circuito es la suma de los voltajes de todas las baterías conectadas juntas; la capacidad del sistema, sin embargo, es la misma que la del acumulador más pequeño del circuito. Por ejemplo, supongamos que cuatro baterías de 12 voltios y 80 amperios/hora se conectan juntos en una serie: el voltaje del circuito Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 3 de 25


sería 48 voltios (12 x 4). La capacidad del circuito sin embargo sería únicamente de 80 amperios/hora. Si una de las baterías conectadas en serie fuera de solo 10 A/h, la capacidad total del circuito se vería reducida a esos 10 A/h. Este tipo de conexión tiene el inconveniente de que si un elemento falla antes que sus compañeros, o se cortocircuita, arrastra irremisiblemente en su caída a todos los demás. En un circuito en paralelo la corriente tiene más de una trayectoria que seguir y en él, el borne positivo de una batería es conectado al borne positivo de la segunda, tercera y todas las demás. De la misma forma, todos los terminales negativos están conectados entre sí. El voltaje de un circuito en paralelo no cambia con la adición de más acumuladores, permanece igual a cualquiera de ellos. La capacidad, sin embargo, será la suma de las capacidades de todos los acumuladores conectados en paralelo.

BATERÍAS Las cámaras cinematográficas actuales trabajan con baterías autónomas recargables de 12 a 24 voltios CC.

Arri 416

En algunas, el voltaje de 12v se utiliza cuando la cámara es operada entre 5 y 50 ips. Para velocidades superiores se utilizan 24v. En otras, la Arricam por ejemplo, el voltaje estándar es de 24v. >

A diferencia del pasado, las cámaras cinematográficas actuales son alimentadas por baterías en todas las circunstancias, incluso en estudio, lo que significa total independencia de plantas generadoras o redes eléctricas.

Las pi las son fab ricadas con elementos qu ími cos considerados como tóxicos.

Todas las baterías actuales resultan: - Pesadas

De hecho, el 30 por ciento de su contenido s on materiales que caus an serios daños a la s alu d y el medio amb ien te.

Se usa incorrectamente - Contienen relativamente En su mayorí a contienen metales pesados como sinónimo de pila el poca energía qu e, liberados al medio ambiente, producen término batería. La s erios probl emas de contaminación. - Necesitan mucho tiempo diferencia es que la pila para cargarse Existen estu dios que muestran qu e 35 por no ha sido diseñada ciento de la contaminación por mercurio - Su fabricación es cara para poderse recargar y es ocasionada por las baterías que se por el contrario, la incineran con la basura domés tica. - La contaminación que batería es un dispositivo generan resulta altamente Una sola pil a botón (como las que utilizan los recargable o acumulador preocupante relojes) puede cont aminar 6,5 millones de litros eléctrico. Tanto pila (especialmente plomo y de agua, un volumen similar al contenido en el cadmio) como batería son estanque de La Sabana, en S an José términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas (en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo adosados lateralmente, "en batería"), como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. Las pilas actuales están formadas a veces por un único elemento (como sucede con las de 1,5 V que, por tanto, no son pilas en sentido estricto) y otras colocando elementos unos al lado de otros, en batería (caso de las de automóvil de 12 V que constan de seis celdas). Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 4 de 25


<1> Como la de la mayoría de descubrimientos, el de las pilas fue casual. En el año 1800, mientras Volta continuaba las investigaciones de Galvani sobre la electricidad animal, observó que se generaba una fuerza electromotriz cuando se utilizaban electrodos de dos materiales distintos introducidos en ciertas soluciones (llamadas electrolitos), de manera que, al reaccionar, había un paso de electrones del uno al otro. Volta dio a conocer al mundo su primera pila eléctrica en 1800, mediante una carta que envió al presidente de la Royal Society londinense. Se trataba de una serie de pares de discos (apilados) de zinc y de cobre, separados unos de otros por trozos de cartón o de fieltro impregnados de agua o de salmuera, que medían unos 3cm de diámetro. Hoy sabemos que cada uno de estos elementos suministra una tensión de 0,75V aproximadamente, pero ninguno de estos conceptos estaba disponible entonces; su apilamiento, conectados en serie, permitía aumentar la tensión a voluntad, otro descubrimiento de Volta. El invento constituía una novedad absoluta y gozó de un éxito inmediato y muy merecido, ya que inició la era eléctrica en que actualmente vivimos, al permitir el estudio experimental preciso de la electricidad, superando las enormes limitaciones que presentaban para ello los generadores electrostáticos, únicos disponibles con anterioridad. Otra disposición también utilizada y descrita por Volta para el aparato estaba formada por una serie de vasos con líquido (unos junto a otros, en batería), en los que se sumergían las tiras de los metales, conectando externamente un metal con otro.

Grabado de principios del s. XIX en el que Alessandro Volta muestra la pila eléctrica de su invención al emperador Napoleón Bonaparte. Impresiónado, el emperador francés nombró a Volta, conde y senador del reino de Lombardía.

Volta apiló discos de igual tamaño de cobre y de cinc, sólo o con estaño, alternados, que llevan intercalados entre cada uno de ellos un paño humedecido. Esta "pila de discos" empieza y termina con discos de diferente tipo. Conectando con un alambre los discos situados en los extremos logró que fluyera una pequeña corriente eléctrica. Impregnando el paño en determinadas sales la corriente obtenida era mucho mayor.

Los tipos hasta ahora descritos eran húmedos, pues contenían líquidos, que no solo hacían inconveniente su transporte, sino que además solían emitir gases peligrosos y olores desagradables. Las pilas secas, en cambio, estaban formadas por un recipiente cilíndrico de zinc, que era el polo negativo, relleno de una pasta electrolítica, y por una barra de carbón en el centro (electrodo positivo), todo ello sellado para evitar fugas. Obviamente, la sequedad es relativa, en primer lugar porque un elemento rigurosamente seco no suministraría electricidad alguna de modo que lo que se encuentra en el interior de las pilas es una pasta o gel, cuya humedad se procura por todos los medios conservar; pero además, porque el uso y el paso del tiempo tienden a corroer el contenedor, de modo que la pila puede sudar, vertiendo parte de su electrolito al exterior, donde puede atacar a otros metales, por lo que se recomienda extraerlas cuando no se las necesite durante mucho tiempo o cuando ya hayan trabajado mucho. Este inconveniente, aunque ya resuelto desde finales del siglo XX gracias a la utilización de recipientes de acero inoxidable, todavía se produce alguna vez.

Durante el resto del siglo XIX las investigaciones sobre este tema avanzaron rápidamente: desde los experimentos de Daniell o Georges Leclanché (que creó las bases de la primera pila seca) hasta que en 1859 fue inventada la primera batería recargable por Planté (las anteriores células voltaicas eran de un solo uso). A finales del siglo XIX se inventó la batería recargable de tipo alcalino (llamada así por utilizar un electrolito de material alcalino, metales blandos y muy reactivos). Esta utilizaba níquel para el electrodo positivo y cadmio para el negativo. Este diseño, originalmente muy caro en comparación con otras baterías secas, fue mejorado en varias etapas hasta que en 1947 Neumann realizó la forma definitiva que ha llegado a nuestros días. Posteriormente se han ido mejorando los diseños de baterías recargables utilizando otros metales como el litio o el hidruro de níquel. Estas últimas consiguen una mayor capacidad en menor tamaño y, por tanto, menor peso que las de níquelcadmio aunque no son compatibles con los sistemas de carga de las mismas. Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 5 de 25


<2> El funcionamiento de las pilas se basa en un conjunto de reacciones químicas que proporcionan una cierta cantidad de electricidad, que si bien es limitada, permite el funcionamiento de pequeños motores o dispositivos electrónicos. Esta ventaja favorable, su autonomía, se contrapone a los efectos negativos de los compuestos químicos empleados en la reacción donde se produce la electricidad, ya que en su mayoría son metales pesados que, liberados al medio ambiente, producen serios problemas de contaminación. Las pilas son fabricadas con elementos químicos considerados como tóxicos, de hecho, el 30 por ciento de su contenido son materiales que causan serios daños a la salud y el medio ambiente. En Costa Rica, cuando una pila ya no sirve se tira en la basura doméstica o a cielo abierto; con el paso de tiempo y por la descomposición de sus elementos, se oxidan y derraman diferentes tóxicos en suelo, agua y aire. Lo mismo sucede cuando se queman en basureros o se incineran. Existen estudios que muestran que 35 por ciento de la contaminación por mercurio es ocasionada por las baterías que se incineran con la basura doméstica. Para tener una dimensión del problema de contaminación baste mencionar que una sola pila botón (como las que utilizan los relojes) puede contaminar 6,5 millones de litros de agua, un volumen similar al contenido en el estanque de La Sabana, en San José. Es urgente exigir al Gobierno de la República depósitos adecuados para la recolección de las pilas que ya no sirven. PRINCIPALES FABRICANTES CREAN FUNDACIÓN RECICLAJE DE PILAS USADAS Madrid, (EFE). Los principales fabricantes de pilas de España forman parte de la Fundación ECOPILAS para la Gestión Medioambiental de las Pilas y Baterías, el primer sistema integrado de gestión en el sector de la electrónica. Las seis empresas (Cegasa, Duracell, Energizer, Philips, Kodak y Sony), agrupadas en la Asociación Multisectorial de Empresas Españolas de Electrónica y Comunicaciónes (ASIMELEC), mantienen un sistema de recogida y reciclaje de pilas y baterías al final de su vida útil, en cumplimiento de la Ley Marco de Residuos Urbanos. ECOPILAS, ha llegado a acuerdos con las Comunidades Autónomas, que tienen la competencia en este ámbito. Más información en http://www.asimelec.es/htmven ta/Ecopilas/Index.htm

BATERÍAS

<3> El almacenamiento barato Todas las baterías y eficaz de energía, en particular actuales son: la electricidad, continúa siendo - pesadas un importante cuello de botella tecnológico. Un - contienen relativamente descubrimiento en esta área poca energía tendría un impacto mundial sin - necesitan mucho tiempo precedentes: disminuiría las para cargarse pérdidas en las fuentes de energía clásicas (por ejemplo, la - su fabricación es cara electricidad fuera de las horas - la contaminación que punta) y daría un impulso a la generan resulta altamente energía renovable, en especial a preocupante las fuentes no constantes como (especialmente plomo y Las baterías actuales no logran un el sol y el viento. Este efecto cadmio) almacenamiento barato y eficaz de la combinado reduciría energía. Todas son caras, ineficientes significativamente la producción 2 y altamente contaminantes. de CO y la dependencia de los combustibles fósiles, alentaría la producción descentralizada de energía y, por consiguiente, daría una oportunidad mejor para el desarrollo progresivo en países faltos de recursos financieros para inversiones importantes en infraestructura. También abriría el mercado a los vehículos eléctricos autónomos, que hoy sufren dificultades por las limitaciones de sus baterías. Otro beneficio secundario podría ser una disminución de la producción de baterías de desecho, gracias a la extensión de la vida de las mismas y a la reducción del uso de metales pesados. Conseguirlo sería un paso importante hacia el desarrollo sostenible. Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 6 de 25


Una pila barata, en general, tiene una menor vida útil que una de buena calidad, con el agravante de estar elaborada bajo un proceso más contaminante, que, en consecuencia, da como resultado pilas con mayores contaminantes también. Este hecho se traduce en la necesidad de tecnologías más complejas y por ende, mayores costos de tratamiento y disposición final. Es por este motivo que se recomienda comprar aquellas pilas que provengan de marcas y países desarrollados, puesto que en esos casos, el control sobre el proceso de producción de la pila y la normativa ambiental aplicable son más estrictos. Como resultado obtendremos un residuo con menos contaminantes. Particularmente, se sugiere adquirir las pilas con el rótulo "Libre de Mercurio (Hg)" o similar, dado que este elemento es el más contaminante de los contenidos en ellas. Así, las pilas de marcas reconocidas enmarcadas dentro de las leyes de los Estados Unidos, la Unión Europea y Japón que prohíben la adición de mercurio, podrían ser arrojadas a la basura común, siempre que se tenga la seguridad de que no poseen ese metal. Para las pilas provenientes del sudeste asiático, comúnmente compradas a precios significativamente menores, la forma más adecuada de gestión es, directamente, no comprarlas. El consumidor debería priorizar su compromiso ambiental antes que el supuesto menor costo de pilas baratas, ya que finalmente deberá pagar, en forma indirecta, tratamientos más caros, o bien, la recomposición de los daños que se causen al ambiente. LAS 25.000 MUERTES DE BHOPAL QUEDAN IMPUNES Público – Madrid – 13 de marzo de 2011 Un escape tóxico en 1984 causó la muerte inmediata de 3.000 personas y de otras 25.000 por las secuelas posteriores. Los culpables cumplirán dos años de cárcel ¿Cuánto valen las vidas de las 25.000 personas que la negligencia de una poderosa multinacional segó hace más de un cuarto de siglo en la ciudad india de Bhopal? ¿Cuál es el precio de otras tantas agonías de piel, ojos y pulmones quemados por un gas que se sabía letal y que se almacenó a dos pasos de un barrio de chabolas? La respuesta es dos años de cárcel y una multa de 8.900 euros (500.000 rupias) para la filial india de Union Carbide (UCAR), la multinacional norteamericana que causó la masacre y dejó luego a las víctimas abandonadas a su terrible suerte. El peor desastre industrial de la historia, la tragedia que sigue marcando las vidas de tres generaciones de habitantes de esta ciudad, poblada de niños que aún hoy nacen con terribles deformidades, ha quedado impune. La condena que dictó ayer un tribunal indio es tan "insignificante y tan tardía", en palabras de las víctimas, que sólo ha añadido desolación a una espera que comenzó en la madrugada del 3 de diciembre de 1984.

Imagen de la fábrica donde se produjo el escape que mató a miles de personas. Público - Madrid

Esa noche de invierno, húmeda y fría, una nube tóxica de isocianato de metilo un veneno que sigue fluyendo en las fuentes de las que beben los pobres de Bhopal mató instantáneamente a centenares de personas que dormían en el suburbio de chabolas anexo a la fábrica. Más de 40 toneladas de un producto que en Europa estaba prohibido almacenar salvo en barriles de 200 litros, mataron a 3.000 personas sólo esa noche. Miles de habitantes de Bhopal, sin saber lo que les quemaba la piel, los ojos y los pulmones, se echaron a la calle corriendo a ciegas para intentar escapar antes de desplomarse abrasados. Otras 22.000 personas fueron muriendo después por envenenamiento. El veredicto de "muerte por negligencia" y la ínfima condena de ayer es una nueva herida para los supervivientes. Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 7 de 25


La huída del presidente Después de un cuarto de siglo; después de saber que siete ejecutivos indios de Union Carbide apenas si pasarán una hora en la cárcel por cada muerto, las víctimas han comprobado que el principal responsable de la tragedia no se ha sentado aún en el banquillo de los acusados. Warren Anderson, el entonces presidente de la compañía, el hombre que le dijo al ingeniero español que le alertó del riesgo que la fábrica india sería "tan segura como una fábrica de chocolatinas", no ha respondido aún por Bhopal. Nada más suceder la tragedia, Anderson huyó y desde entonces está prófugo de la Justicia india. La multinacional estadounidense pagó unas indemnizaciones de 300 euros por persona "500.000 rupias no es nada. Apelaremos el veredicto hasta conseguir al menos cuatro de años de cárcel. Continuaremos con nuestro trabajo sin descanso hasta que Warren Anderson sea llevado ante la justicia", señaló a Público por teléfono la activista Rachna Dhingra. "Existen pruebas suficientes de que Union Carbide Estados Unidos y Anderson sabían que el diseño de la planta de Bhopal estaba basado en tecnología no verificada, y también de que tenían el control sobre la seguridad de la fábrica. Fueron ellos quienes ordenaron reducir los costes. No se hará justicia hasta que los principales acusados sean llevados a juicio", señaló en una nota de prensa Rashida Bee, quien perdió a seis miembros de su familia en la catástrofe. Pero la tragedia todavía no ha concluido y los desechos peligrosos, aún enterrados en la zona, se han filtrado en las aguas que dan de beber a 30.000 personas en los alrededores. Los activistas señalan que un número elevado de niños de la zona nacen ciegos, paralíticos o luego desarrollan cáncer. Un recorrido por las chabolas del barrio JP Nagar, cerca de la planta abandonada, muestra en la mayoría de los hogares la huella de terribles secuelas. Union Carbide entregó 470 millones de dólares (392 millones de euros) como compensación económica al Gobierno indio, tan sólo un 15% de lo que este había reclamado. Las víctimas recibieron hace 20 años una media de 300 euros. En la actualidad, 350 toneladas de residuos tóxicos siguen abandonadas en un cobertizo de hojalata en la planta. Dow Chemicals, que compró Union Carbide en 2001, se lava las manos y asegura que con dicha indemnización el problema de Bhopal queda resuelto. En un principio, los acusados podrían haberse enfrentado hasta diez años de cárcel por homicidio tras los cargos formulados en 1987 por el Buró Central de Investigación del Gobierno, pero en uno de los interminables meandros de la justicia india el Tribunal Supremo los redujo en 1996. Sati Nath Sarangi, activista indio presente en Bhopal desde el primer día de la tragedia, sentenció ayer que "el peor desastre industrial de la historia ha sido reducido a un mero accidente de tráfico".

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PARÁMETROS QUE DEFINEN UNA BATERÍA

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Densidad de energía Número de ciclos de carga-descarga Eficacia (%) Voltaje Capacidad Tiempo de recarga Vida operativa Memoria Autodescarga Envejecimiento

Densidad de energía La energía almacenada por una batería se mide habitualmente en Wh (vatios-hora). La relación energía/peso, también llamada “densidad de energía”, hace referencia a la capacidad de almacenamiento en vatios-hora por cada kilogramo de peso de la batería.

DENSIDAD DE ENERGÍA Plomo/ácido 30/50 Wh/kg

Níquel-cadmio (NiCad) 48/80 Wh/kg

Níquel-metal-hidruro (NiMH) 60/120 Wh/kg

Ión-litio (Li-Ion) 110/160 Wh/kg

El litio es el metal más liviano existente. Así, las baterías de iones de litio son capaces de almacenar hasta cinco veces más energía por cada kilogramo de peso que las tradicionales de automóvil (plomo/ácido). Las baterías de plomo/ácido <4> no son utilizadas en cine o vídeo profesional pero han sido incluidas a efectos comparativos por ser el tipo tradicional de acumulador eléctrico.

Número de ciclos de carga-descarga Las baterías recargables no son eternas. Después de una serie de ciclos de carga y descarga pierden su capacidad de regenerarse. El número de ciclos de carga-descarga hace referencia al número de veces que la batería puede ser recargada después de su uso para recobrar su capacidad completa. Obviamente, es una indicación de la duración de la vida de la batería y, por tanto, cuanto más alto el número de ciclos, mejor. Las baterías de NiMH son las más perecederas, y suelen durar entre 500 y 700 ciclos. También son las más sensibles a las sobrecargas. El aumento de temperatura acorta drásticamente su vida útil. Las de NiCad aguantan bastante más, unos cuantos miles de ciclos, hasta 3.000 en ciertos casos siempre que se tenga cuidado con el efecto memoria y no se sobrecarguen.

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Las baterías de iones de litio tienen una vida útil de hasta unos 1000 ciclos pero envejecen incluso sin usar, dentro de su embalaje original.

CICLOS MÁXIMOS DE CARGA-DESCARGA Plomo/ácido

Níquel-cadmio (NiCad)

Níquel-metal-hidruro (NiMH)

300/500

1000/3000

500/700

Ión-litio (Li-Ion) 500/1000 O dos años desde su fabricación

Eficacia (%) Fracción de electricidad que devuelve la batería en proporción a la cantidad de electricidad que ha sido necesaria para cargarla. Cuanto más alta, mejor, idealmente el 100%. También es importante que una batería mantenga su eficacia pese al tiempo de almacenamiento, lo cual está en función de su valor de autodescarga.

EFICACIA Plomo/ácido 70/80%

Níquel-cadmio (NiCad) 60/85%

Níquel-metal-hidruro (NiMH) 75%

Ión-litio (Li-Ion) 98%

Autodescarga (%) Debido a las características internas de las células, todas las baterías experimentan el fenómeno de la autodescarga durante su almacenamiento: pierden su carga en vacío poco a poco, es decir, aunque no sean utilizadas, sin haber sido conectadas. Una batería de NiCad pierde el 10% de su carga en las primeras 24 horas y un 1% adicional por cada 24 horas posteriores. En las de Ni-MH la pérdida es mayor. Las baterías corrientes de automóvil (plomo) son las de menor autodescarga. Es también notable la resistencia a la autodescarga de las baterías de iones de litio. Una baja temperatura de almacenamiento minimiza el fenómeno y, a la inversa, temperaturas altas aumentan la autodescarga. Sea cual sea el tipo de batería, la auto-descarga se duplica cada 10ºC de aumento en la temperatura del proceso químico del acumulador.

AUTODESCARGA POR MES (% del total) Plomo/ácido 5%

Níquel-cadmio (NiCad) 40%

Níquel-metal-hidruro (NiMH) 50%

Ión-litio (Li-Ion) 10%

A medida que las baterías envejecen con el uso y con el tiempo, aumenta la carga que pierden en vacío, es decir, incrementan su autodescarga. Después de haber estado sujetas a un elevado Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 10 de 25


número de ciclos, en los sistemas de iones de litio y de plomo no aumenta la autodescarga tanto como en sus similares de níquel. En todo caso, una vez que la batería exhibe una alta autodescarga no hay remedio que logre revertir el efecto. Voltaje Hay una extendida confusión con el voltaje de las baterías utilizadas en cine y vídeo profesional debido a la incorrecta práctica de referirse a una batería relacionándola a un número concreto de voltios. En la práctica profesional no existen baterías de 12 voltios ni camascopios de 12 voltios. Este número no significa ni el voltaje promedio, ni el voltaje máximo, ni el voltaje mínimo sino el llamado voltaje nominal que es, en realidad, una denominación técnica de conveniencia. Cada batería y cada cámara tienen, no un voltaje sino un rango de voltaje de operación (voltaje nominal). Es obviamente de la mayor importancia que ambos rangos, el de la batería y el de la cámara, sean idénticos. Este rango suele definirse así:

Power = 11-17 voltios; Power = 12 (-1,+5) voltios.

En ambos casos, el rango de operación es de entre 11 y 17 voltios. Los rangos de voltaje en las baterías profesionales de cine y vídeo pueden ser: o o o

12 voltios nominales (10 celdas) = 10-14 voltios 13 o 13,2 voltios nominales (11 celdas) = 11-15,5 voltios 14 o 14,4 voltios nominales (12 celdas) = 12-17 voltios

Las baterías de 13,2 voltios nominales son compatibles con la inmensa mayoría de los equipos de cinematografía de 16 y 35mm y los de vídeo profesional de alta gama fabricados a partir de 1980 y, por tanto, prácticamente universales con la excepción ya comentada de la Arricam y las cámaras de formatos superiores (65mm en cualquiera de sus versiones). Capacidad El voltaje de la batería (medido en voltios) y su capacidad (medida en miliamperios por hora) son como el agua en una botella. El voltaje indica la fuerza del chorro, mientras que la capacidad de la botella nos indica cuanta agua puede contener. Aquí tenemos una lámpara de 12 voltios y 60 vatios (intensidad de corriente de 5 amperios), conectada a una batería de 12 voltios. La batería tiene una capacidad de 1 amperio/hora. Esto significa que dará una cantidad de electricidad de 1 amperio durante una hora, antes de que necesite ser recargada. Con la lámpara conectada a ella, la batería proporciónará 5 amperios por cada 1/5 de hora. Es decir, a los 12 minutos se habrá agotado y necesitará ser recargada. Si la batería fuese de 5 amperios/hora, la lámpara podría estar encendida durante una hora, antes de que la batería se descargara. Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 11 de 25


La capacidad se refiere a la potencia que puede proporcionar una batería a plena carga. Cuando los equipos que utilizamos funcionan con baterías, es importante saber la cantidad de amperios que estos necesitan. Las baterías se miden no sólo en voltaje sino también en amperios/hora. Esta medida indica cuántos amperios (intensidad de la corriente) puede suministrar una batería durante un tiempo determinado. Si una batería tiene una capacidad de 50 amperios/hora (50 Ah) quiere decir que puede suministrar una corriente de 50 amperios de intensidad durante una hora, o de 5 amperios durante 10 horas, o de 1 amperio durante 50 horas. Para asegurar un rendimiento óptimo, el tamaño y capacidad de la batería debe estar acorde con el equipo que vamos a utilizar. Cuando se trabaja en exteriores y lejos del punto de recarga, resulta crítico el correcto cálculo de este factor. La capacidad también puede medirse vatios/hora puede alimentar durante dos horas una cámara cinematográfica o un camascopio (cámara de vídeo con magnetoscopio incorporado) cuyo consumo es de 26 vatios. En la práctica conviene utilizar baterías cuya capacidad (en vatios/hora) sea, por lo menos el doble del consumo (en vatios) del equipo a utilizar. La cantidad de carga almacenada por una batería decrece gradualmente con el uso, desgaste, con algunas reacciones químicas, y por falta de mantenimiento. Las baterías deben entregar el 100% de su capacidad cuando son nuevas y deben ser reemplazadas cuando la capacidad cae a un nivel del 70% o 60%. Normalmente, el 80% se usa como umbral de alarma.

en vatios/hora en lugar de amperios/hora. Una batería de 52 CAPACIDAD Ejemplo La Panasonic AG-HVX200 tiene un consumo máximo de 14 vatios a 7,9 voltios. Es decir, necesita un amperaje (intensidad de corriente) de: > 14 / 7,9 = 1,78 amperios > El fabricante propone dos tipos de baterías: CGP-D28 2. 800 mAh (2,8Ah) CGA-D54 5.400 mAh (5,4Ah)

¿Duraci ón máxima de las baterías? CGP-D28 2,8 / 1,78 = 1,57 horas = 98 minutos CGA-D54 5,4 / 1,78 = 3,03 horas = 182 minutos

La capacidad también puede medirse en vatios/hora (w/h) en lugar de amperios/hora. La PMW-EX3 tiene un consumo de 13,5 w/h. Alimentada por una batería Sony BPU-60 de 56w/h, estará en funcionamiento durante: 56/13,5 = 4,15 horas = 249 minutos En la práctica conviene utilizar baterías cuya capacidad (en vatios/hora) sea, por lo menos el doble del consumo (en vatios) del equipo a utilizar.

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Tiempo de recarga

TIEMPO DE RECARGA Plomo/ácido 8/16h

Níquel-cadmio (NiCad) 1h

Níquel-metal-hidruro (NiMH) 2/4h

Ión-litio (Li-Ion) 2/4h

Las baterías de plomo deben mantenerse siempre completamente cargadas. Si una batería de plomo ácido se descarga por completo puede sulfatarse (los electrodos de plomo del interior de la batería se convierten en sulfato de plomo). Esto destruye la batería e imposibilita su recarga. Es muy notable la rapidez de carga de las baterías Ni-Cad. Esta ventaja, junto con su capacidad de producir voltajes altos, todavía la mantiene bien situada en el mercado.

Vida operativa Hay múltiples factores que afectan a la vida operativa de una batería, entre otros: ·

Calor

El calor puede disminuir la vida útil de una batería hasta en un 80%. Las baterías jamás deben cargarse ni exponerse (dentro de lo posible) al pleno sol. Los cargadores siempre generan calor por lo que es conveniente realizar la operación de carga en lugares ventilados. Cuando las baterías vayan a ser almacenadas por períodos largos (más de dos meses) deben ser envueltas en plástico hermético y conservadas en un AAton XTR con batería NiMH incorporada refrigerador (pero nunca en el congelador). La recarga debe realizarse sólo con los cargadores homologados por el fabricante. El calor es el gran enemigo de los elementos de NiCad e Ión-litio y aún más de las de NiMH. Si se carga una batería con una corriente elevada y una vez alcanzada la carga máxima se sigue suministrando corriente, ésta se disipará en el interior de la batería en forma de calor, pudiendo deteriorarla o incluso destruirla. ·

Velocidad de descarga (Discharge Ratio)

Para cada tamaño y tipo de batería hay una corriente de descarga adecuada. Cuando ésta aumenta, disminuye la vida de la batería y cuando ésta disminuye, la batería resultará más duradera. Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 13 de 25


·

Sobre descarga (Over Discharge)

Cuando una batería es descargada por debajo de cierto límite, se crea una condición llamada “reversión de la polaridad” que produce daños irreversibles en los electrolitos: una batería nunca está compuesta de elementos exactamente iguales en capacidad y prestaciones, por lo que, en una descarga total, inevitablemente se descargará antes el elemento más débil, y al seguir circulando corriente impulsada por los elementos más fuertes, se producirá la carga parcial del elemento débil con polaridad contraria. Esto es nefasto para la vida útil de ese elemento, pues en su interior se crean dendritas metálicas que pueden llegar a cortocircuitar los dos electrodos, destruyendo la celda. ·

Arri D20 (cine digital) alimentada por una batería externa que porta el asistente de cámara

Carga en frío

Las baterías deben alcanzar la temperatura ambiente (18ºC aproximadamente) antes de ser cargadas. La carga rápida de una batería de níquel-cadmio que se encuentra a una temperatura de 5ºC o menor, puede entrañar riesgo de explosión. En tales condiciones la reacción química interna desvía una porción significativa de la corriente de carga hacia la producción de gas hidrógeno, altamente explosivo. VIDA OPERATIVA Factores que afectan la vida operativa de una batería CALOR Puede disminuir la vida útil de una batería hasta en un 80%. No deben cargarse ni exponerse (dentro de lo posible) al sol. Cargarlas en lugares ventilados (la carga genera calor). El calor es el gran enemigo de los elementos de NiCad y aún más de las de NiMH. Si se carga una batería con una corriente elevada y una vez alcanzada la carga máxima se sigue suministrando corriente, ésta se disipará en el interior de la batería en forma de calor, pudiendo deteriorarla o incluso destruirla. > Almacenamiento de las baterías por períodos largos (>2 meses): en el refrigerador (no en el congelador), envueltas en plástico hermético. A media carga.

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Memoria La famosa “memoria” de las baterías NiCad, y en menor proporción a las NiMH, es una anomalía que ha dado lugar a bastantes confusiones. Hay dos fenómenos distintos asociados a esta anomalía, uno el fenómeno auténtico de memoria, otro el de caída del voltaje. El fenómeno de memoria apareció por primera vez en los comienzos de la aventura espacial norteamericana mientras los científicos de la NASA, controlaban un satélite orbital que cada día y a intervalos exactos pasaba de la luz del sol a la oscuridad y cuyas baterías de níquel-cadmio alimentadas por paneles solares sufrían por tanto intervalos de carga y descarga perfectamente regulares y exactos. Tras muchos ciclos consecutivos de este tipo los científicos descubrieron que las baterías se negaban a entregar energía más allá del punto desde donde, hasta entonces, la habían entregado repetitivamente. En otras palabras, las baterías habían “memorizado” ese punto de descarga parcial y no entregaban energía más allá de él.

Las Arri 16SR en todas sus versiónes excepto la Advanced, llevan la batería incorporada

Esta historia ha dado lugar al mito de que las baterías deben ser descargadas por completo cada vez para evitar puntos de memoria. Este tipo de memoria real es estadísticamente imposible en el ámbito profesional del cine o vídeo porque el fenómeno sólo podría aparecer cuando la secuencia de descarga parcial se repitiera en una cadencia exacta. Habría, por ejemplo, que descargar todos los días la batería en cuestión durante, digamos, los mismos 23 minutos y medio con la misma potencia consumida, recargarla las mismas ocho horas durante cada noche y repetir este ciclo durante al menos semana y media para que el fenómeno de memoria real aparezca. En la práctica las baterías profesionales trabajan en secuencias variables y es altamente improbable que lleguen al caso límite del satélite de la NASA. Además, el fenómeno que se observa en la práctica profesional no es una pérdida total de capacidad sino una caída de voltaje, aproximadamente de 1,2 voltios, en un cierto punto que coincide con el del voltaje mínimo en que las baterías son cambiadas regularmente. En ese punto las baterías siguen proporcionando energía pero a un voltaje que ya no es aceptable por la cámara cinematográfica o el camascopio. Habría que hablar, por tanto, de una caída de capacidad en ese punto de memoria. En la práctica, el punto en Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 15 de 25


que la batería deja de proporcionar el voltaje que el camascopio necesita es el mismo con o sin memoria, por tanto el problema no es tal si se utiliza una batería con el rango de voltaje adecuado.

MEMORIA ¿Qué ocurre en la práctica? No hay una pérdida total de capacidad (NASA) sino una caída de voltaje, aproximadamente de 1,2 voltios, en un cierto punto que coincide con el del voltaje mínimo en que las baterías (NiCad o NiMH) son cambiadas regularmente. En ese punto las baterías siguen proporcionando energía pero a un voltaje que ya no es aceptable por la cámara cinematográfica o el camascopio.

Las baterías NiCad y Habría que hablar, por tanto, de una caída de capacidad en ese también las de NiMH punto de memoria. > aunque menos, acusan este efecto de caída de En la práctica, el punto en que la batería deja de voltaje en el punto donde proporcionar el voltaje que el camascopio necesita, es el los circuitos de control de mismo con o sin memoria, por tanto el problema no es tal la cámara exigen cambio si se utiliza una batería con el rango de voltaje adecuado. de batería. Las baterías de plomo y ácido (las utilizadas en vehículos) y las de iones de litio carecen de efecto memoria. A pesar de que las baterías de NiMH fueron inicialmente publicitadas como baterías sin memoria, tanto las de NiCad como las de NiMH se ven afectadas en forma similar por este fenómeno, ya que la formación cristalina que causa la pérdida de capacidad es generada principalmente por la placa de níquel, metal compartido por ambos sistemas. La memorización puede no resultar tan visible en las de tipo NiMH porque su vida en ciclos es más corta que las de NiCad. Para borrar el punto de memoria de las baterías de NiCad y NiMH deben descargarse por completo para luego cargarlas a fondo. Si no surtiera efecto, se repetirá la operación. Sin embargo, descargarlas por completo antes de cada recarga, acortaría drásticamente la vida de la batería.

Envejecimiento El envejecimiento de las baterías comienza en el mismo momento de salir de la línea de producción. Es un tema que los fabricantes suelen ocultar. Las capacidades químicas de una batería de litio se degradan notablemente en un periodo de un año. Transcurridos dos o tres años, simplemente dejan de funcionar. Esta degradación química ocurre tanto si se utiliza la batería como si no. Otros tipos de baterías sufren también de esta degradación química, especialmente las baterías de metal hidruro si se exponen a altas temperaturas. Batería Panavisión de 12-24 voltios, conmutable, NiCad, 17Ah. El cargador está interconstruido en la caja de transporte Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 16 de 25


<4> La primera batería recargable fue el acumulador de plomo, inventado por el físico francés Gaston Planté en 1859 que descubrió que cuando el material de plomo se sumerge en una solución de ácido sulfúrico se produce un voltaje eléctrico el cual podía ser recargado. Fue revolucionaria la posibilidad de recargar una batería en lugar de desecharla. Las reacciones químicas que producen la corriente hacen que la pila “muera” gradualmente al convertir el ácido sulfúrico en agua y sulfato de plomo. Sin embargo, en un acumulador, puede invertirse la reacción química haciendo pasar electrones por la batería en sentido opuesto al proceso de descarga. Así se recarga para su uso posterior. La de plomo es la batería recargable más antigua. El plomo es abundante y no demasiado caro lo que facilita la producción de baterías de buena calidad en grandes cantidades. El acumulador de plomo se utiliza en aplicaciones estacionarias o móviles en las cuales el tamaño y el peso no son factores preocupantes. La batería de plomo tiene la menor densidad de energía (por tanto resulta muy pesada) de todas los sistemas de baterías, haciéndola inadecuada para dispositivos de mano que exigen un tamaño compacto. Es el tipo de acumulador que equipan la mayoría de los vehículos a motor. Carece de efecto memoria y su autodescarga es muy baja. Su alto contenido en plomo la hace peligrosa para el medio ambiente.

El acumulador contiene un grupo de células conectadas en serie. Cada célula consiste en una placa de plomo, otra de óxido de plomo, y una disolución electrolítica de ácido sulfúrico. Cuando estos acumuladores se descargan, pueden recargarse creándose una corriente en sentido opuesto a la que fluye cuando el acumulador está completamente cargado.

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EL CARGADOR “INTELIGENTE”

Los actuales cargadores “inteligentes” de baterías recargables están controlados por un microprocesador. Son capaces de cargar simultáneamente varias baterías de cualquier tipo (tanto NiCad como NiMH o Li-Ion), y de cualquier capacidad. Son de uso universal pues automáticamente detectan el tipo de corriente de alimentación que reciben (50/60Hz 100-240V). El microprocesador interno analiza y detecta tanto la capacidad como el estado de las baterías, siendo incluso capaz de recuperar baterías con descarga severa. Al finalizar el proceso de carga normal, el cargador mantiene una corriente de carga residual que evita la auto descarga de las baterías, manteniéndolas cargadas al 100% pero evitando la sobrecarga.

Swit D-3004A capaz de cargar simultáneamente 4 baterías. $1.300

La línea de cargadores inteligentes del fabricante estadounidense Anton Bauer (izquierda) ofrece, a través de una pantalla, información sobre el tipo de la batería, fecha de fabricación, estado de carga, capacidad disponible, ciclos acumulados de carga/descarga y su temperatura y voltaje en tiempo real.

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TIPOS DE BATERÍAS UTILIZADAS EN CINE Y VÍDEO PROFESIÓNAL Por muchos años, la batería de níquel-cadmio (NiCad) fue la única que se adecuaba a dispositivos portátiles. En 1990, surgieron comercialmente las baterías de níquel metal hidruro (NiMH) y de iones de litio (Li-Ion), ofreciendo mayores capacidades. Las tres tecnologías tienen viabilidad para cámaras profesionales de vídeo y cinematografía y así, los principales fabricantes ofrecen hoy baterías recargables tanto en NiCad, como en NiMH y Li-Ion. Níquel-cadmio - NiCad La más antigua, y también la más evolucionada. A pesar de la aparición de otras fuentes como NiMH y Li-Ion, la vieja tecnología Ni-Cad se mantiene vigente gracias a: 1.- Su larga vida útil (hasta 3.000 ciclos carga/descarga) 2.- Su rápida recarga (hasta 1 hora) 3.- Su capacidad para proporcionar voltajes elevados.

Anton Bauer ProPac (NiCad) de 14,4v, 65wh y 2,3kg de peso.

Los acumuladores de NiCad son todavía muy populares en aplicaciones de alto voltaje, como son herramientas de taller o iluminación portátil en vídeo profesional. Las baterías de níquel-cadmio tienen una densidad de energía relativamente baja (resultan pesadas), se ven afectadas por el efecto memoria, sufren de alta autodescarga y deben ser recicladas por su alta capacidad de contaminación ambiental (cadmio). Una batería NiCad nunca debe ser descargada por debajo de su tensión mínima (1,2 voltios por elemento), ya que se corre el peligro de producir la inversión de polaridad de uno o varios elementos. En las cámaras de vídeo actuales, este riesgo es mínimo ya que no trabajan por debajo de un cierto voltaje (llegado ese punto, la cámara exige cambio de batería) y ese voltaje está por encima de la tensión mínima por célula. Sin embargo, puede ocurrir con las baterías destinadas a alimentar otros sistemas (iluminación portátil, por ejemplo).

Níquel-metal-hidruro (NiMH) La tecnología níquel-metal-hidruro NiMH, por su parte, ha progresado de manera significativa, especialmente respecto al reducido rango de temperatura que, para operar, tenían las primeras celdas de esta tecnología. Son muy usadas a causa de las nuevas normativas medioambientales que ya en algunos países limitan el uso de las NiCad. Anton Bauer Hytron Las baterías NiMH poseen menos efecto memoria que las baterías de 140 (NiMH) de 14,4v, NiCad y aunque del mismo tamaño y peso, las Ni-MH ofrecen mayor carga. 140wH y 2,5kg La vida de estas baterías oscila entre los 700 y 500 ciclos carga/descarga. Uno de sus inconvenientes son las relativamente “altas” temperaturas que alcanzan en las cargas y/o en los usos. Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 19 de 25


A la izquierda la pequeña batería NiMH de la Aaton XTR Prod (Super 16) de 3Ah a 12 voltios: en condiciónes óptimas permite rodar hasta 25 chasis de 120 metros de película cada uno, suficiente para varios días de rodaje (información del fabricante). A la derecha el cargador doble controlado por microprocesador que permite cargar simultáneamente dos baterías en aproximadamente 3 horas y media.

Ión litio (Li-Ion) Utilizan un electrodo de óxido de níquel y otro de cobalto, intercalándose entre ellos el litio, el metal más liviano existente. Son las más pequeñas y ligeras, aproximadamente la mitad que la batería de níquel-cadmio de capacidad equivalente. A pesar de resultar más caras, son las más populares en la actualidad (los nuevos diseños de teléfonos móviles compactos no serían posibles sin ellas). Las baterías de iones de litio <5> tienen la densidad de energía teórica más alta de todas las recargables (de ahí su poco peso relativo) y carecen de efecto memoria, pero a cambio de altos costes de fabricación y de I+D. La tecnología ión-litio ofrece el futuro más promisorio en aplicaciones de bajo consumo, donde el factor primordial es la portabilidad. Junto con las de hidruro metálico son las que van encontrando un mayor consenso en cuanto a su potencial y un mayor esfuerzo en su investigación y desarrollo a nivel mundial. Son muchas las razones que han originado este consenso. En primer lugar el litio es el metal más ligero y esto da lugar a una alta capacidad específica (figura superior), lo que permite obtener la misma energía con un peso muy inferior. Además, y a diferencia del plomo o cadmio, los materiales que componen las baterías de litio no representan un problema tan serio de posible contaminación ambiental. Las celdas de litio producen una carga nominal de 3,6 voltios en vez de los 1,2 voltios de otras tecnologías. Esto permite alcanzar el voltaje nominal de 14,4 habitual en los camascopios actuales con sólo cuatro celdas en vez de las 12 necesarias cuando se usan celdas de níquel. Sin embargo, como las celdas de iones de litio sólo se fabrican en tamaños pequeños, apropiados para computadoras portátiles o teléfonos celulares, deben alinearse varias celdas en paralelo con el fin de obtener la capacidad suficiente para operar una cámara profesional. Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 20 de 25


Las baterías de iones de litio también tienen defectos. Su estructura es frágil y requieren de un circuito de seguridad para proteger las celdas contra la sobrecarga o sobredescarga. Estos sistemas deben monitorear todas y cada una de las celdas de la batería ya que éstas son muy susceptibles al calor generado por una sobrecarga. Es imprescindible utilizar cargadores específicos, de los llamados “inteligentes” para interactuar con las baterías. Cargar una batería de ión-litio con otro cargador significa su deterioro irreversible y un riesgo grave por el calor generado. En los últimos años las agencias gubernamentales y de transporte como la Federal Aviation Administration (Agencia Federal de Aviación), Air Transport Association (Asociación de Transporte Aéreo) y el Departamento de Transportes de los Estados Unidos han emitido una serie de prohibiciones y Anton Bauer limitaciones para el transporte de este tipo de baterías. Las baterías de ion-litio Diónic (Li-Ion) de que han sido bien diseñadas, incluyen mecanismos de seguridad. Un ejemplo 14,4v, 91wh y de esto es el diseño de celda de nido de abeja, en los que cada celda de 0,75kg de peso. batería individual esta autocontenida, evitando que las celdas que han resultado dañadas puedan dañar las celdas adyacentes. Las baterías ion-litio, que se consideran como “mercancía peligrosa”, son aquellas que tienen más de 160 vatios-hora. Ocasionalmente las baterías ion-litio que tienen entre 101 y 160 vatios-hora pueden sufrir restricciones de equipaje. La primera carga es la más importante en términos de duración de una batería de Li-Ion. Tal primera carga debe realizarse hasta el máximo (el cargador indicará cuándo ha finalizado). Después, se debe utilizar la batería hasta su descarga normal. A partir de ahí, podremos comprobar cómo al ir realizando cargas sucesivas, la batería va adquiriendo mas capacidad de carga hasta llegar a su máximo amperaje (aproximadamente sobre el décimo ciclo de carga-descarga). Otra gran diferencia de las celdas de Li-Ion radica en que la solución electrolítica, es decir, el medio que permite el paso de la corriente de electrones entre los dos polos, es una sustancia orgánica altamente inflamable. En otras tecnologías, en cambio, la solución electrolítica es una sustancia acuosa sin peligro. Como es lógico, las investigaciones de los fabricantes se han enfatizado en este aspecto negativo para reducir los riesgos de esta tecnología. Esta característica hace que muchas compañías aéreas limiten la capacidad máxima de las baterías de este tipo que están dispuestas a transportar. NUNCA debe perforarse una batería de Litio, ya que la reacción química originada podría provocar una explosión. Batería Panavisión NiCad de 12v

En resumen, las baterías de Li-Ion son de bajo mantenimiento, ventaja que ningún otro proceso químico puede reclamar, carecen de memoria y no se requieren ciclos para prolongar la vida de la batería. Además de una elevada densidad de energía y escaso peso, su autodescarga es menos de la mitad si se compara con la del NiCad y NiMH. En cuanto a lo negativo, la batería de iones de litio requiere un circuito de protección para evitar peligrosos excesos de temperatura (cargador “inteligente”). La corriente de carga es moderada y la carga resulta por tanto relativamente lenta. Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 21 de 25


A efectos operativos, el problema más serio es que la batería de iones de litio envejece, se use o no. Tres años es normalmente su límite de vida operativa. Debe tenerse presente la fecha de fabricación cuando se adquiere una batería de iones de litio. Ladinamente, esta información se encuentra a menudo codificada en el número de serie y el usuario no tiene acceso a ella. <5> El litio (Li) es el metal más ligero; al tener únicamente tres protones, su peso atómico es muy bajo, permitiendo un gran potencial químico para crear baterías de gran capacidad con poco peso. Los primeros intentos de crear una batería de litio metálico fallaron debido a problemas de seguridad por la inherente inestabilidad química del litio, especialmente durante su carga. Durante los años ochenta, se determinó que los ciclos alteran el electrodo de litio, reduciendo así su estabilidad térmica y causando potencialmente una expansión interna. Si esto ocurre, la temperatura de la celda se acerca rápidamente al punto de fusión del litio, lo cual produce una reacción violenta. Una importante cantidad de baterías de litio recargables enviada a Japón tuvo que ser retirada en 1991 después que una batería en un teléfono celular soltó gases calientes que causaron quemaduras en la cara de un usuario. Los investigadores decidieron utilizar una forma química del litio que no fuera metálico usando ciertos iones de litio. Aunque ligeramente inferiores en capacidad de almacenar energía, estos iones de litio son seguros si se tratan con mínimas precauciones cuando se cargan y descargan. En 1991 la compañía Sony comercializó la primera batería de ión-litio.

TABLAS COMPARATIVAS

Plomo/ácido

Densidad de energía (vatios hora por kilogramo)

30/50 Wh/kg

Níquel cadmio

(NiCad) 48/80 Wh/kg

Níquel metal hidruro

Ión-litio

60/120 Wh/kg

110/160 Wh/kg

(NiMH)

(Li-Ion)

Ciclos máximos de cargadescarga

300/500

1000/3000

500/700

500/1000 o dos años desde su fabricación

Eficacia

70/80%

60/85%

75%

98%

Autodescarga (% por mes)

5%

40%

50%

10%

Tiempo de recarga

8/16h

1h

2/4h

2/4h

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Níquel-cadmio

NiCad

Níquel metal hidruro

NiMH

Ión litio

Li-Ion

A favor

En contra

A favor

En contra

A favor

En contra

Rápida recarga

Al límite de su evolución.

Alta densidad de energía (aproximadamente el doble que el

Efecto memoria (aunque menos que NiCad).

Muy alta densidad de energía (mayor carga por unidad de volumen).

Requieren un circuito de seguridad para mantener los límites de voltaje máximo y mínimo.

Poco peso (a igualdad de volumen).

Vida útil: 3 años independientemente de su uso.

Alto voltaje por célula (cada una proporciona 3,6 voltios, lo mismo que tres células de NiCad (1.2v cada una).

Menos ciclos carga-descarga que una batería de Ni-Cd o Ni-MH.

Tecnología muy experimentada.

Muy contaminantes (cadmio)

Buen rendimiento a bajas temperaturas

Efecto memoria

Larga vida útil (gran cantidad de ciclos carga descarga)

Pierden capacidad por efectos del mal uso Muy alta autodescarga

NiCad).

No contienen cadmio (muy tóxico) No pierden capacidad por efectos del mal uso

Menos contaminantes Uso limitado para aplicaciones que requieran alta potencia. No admiten una carga tan rápida como las de NiCad, bajo riesgo de deteriorarlas. Muy sensibles al calor que ocasiona seria merma en sus prestaciones Alta autodescarga

Descarga lineal (durante la descarga el voltaje apenas varia)

Fabricadas con materiales inflamables Precio superior

Sin memoria.

Rendimiento muy inferior en bajas temperaturas, (reducen su duración hasta a un 25%.

Baja auto descarga

Carga más lenta que NiCad o NiMH Limitada cantidad de ciclos carga descarga (300-500 ciclos o 3 años desde su fabricación No satisfacen plenamente en las aplicaciones de elevada corriente

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COCHES ELÉCTRICOS: PENDIENTES DE UNA BATERÍA Y DE CÓMO RECARGARLA EL MUNDO. Madrid. 10 de enero de 2009 El repunte en el precio del petróleo volvió a ponerlos de moda, hasta el punto de que es políticamente incorrecto decir que siguen siendo una utopía a falta de una batería mejor y una red de suministro de energía. Hace años, la aparición de la pila alcalina – que uno de sus fabricantes anunció utilizando la imagen de un conejito hiperactivo que nunca paraba –, dio a los electrodomésticos y otros aparatos que no se enchufaban a la red, una nueva dimensión. Hasta entonces, su funcionamiento estaba limitado en el tiempo y, además de la incomodidad que esto representaba, era caro.

MINI E. Tiene un motor eléctrico de 204 caballos, la batería se puede recargar desde un enchufe y la autonomía llega a los 250 kilómetros.

Pues bien, en el caso del coche eléctrico, seguimos a la espera de que aparezca el conejito con una nueva generación, no de pilas, sino de baterías, que permitan impulsar a un vehículo – con un mínimo de habitabilidad y con seguridad suficiente – a una cierta distancia. Además, el desplazamiento deberá efectuarse a velocidades próximas a las que los coches actuales circulan, y tener la posibilidad de hacer recargas en un plazo corto de tiempo. En sí mismo, el coche eléctrico es muy simple. Las industria del automóvil, que ahora muchos descubren, hace tiempo que busca alternativas al petróleo. Ferdinand Porsche, cuando todavía no había comenzado a pensar en el “Escarabajo”, ya desarrolló un vehículo eléctrico en los primeros años del siglo XX. En España, Citroën construyó versiones eléctricas de la furgoneta C15 a principio de los 90 que nadie quiso comprar. Y en esa misma época, la vilipendiada General Motors comercializó el EV1, un bonito MITSUBISHI i-MIEV. Se comenzó a probar en coupé de cuatro plazas con esta tecnología, pensado para el 2008 y se podría vender en 2011. Entre carga muy comprometido público de California. No llegó a vender y carga, recorre hasta 120 kilómetros. una docena, pese a que no era caro. Simplemente, los californianos seguían prefiriendo los grandes todoterrenos con enormes motores de gasolina. Burro grande, ande o no ande. Como puede apreciarse, pese a los esfuerzos técnicos de unos y otros desde el coche de Porsche, las cosas no han cambiado mucho. Y el problema sigue siendo el mismo a día de hoy: las baterías. Mientras no se resuelva, cada nuevo intento estará abocado al fracaso. Es cierto que poner a punto un nuevo tipo de batería con más capacidad de almacenamiento, de menor tamaño y peso y con mayor rapidez de recarga, parece estar más próximo. Se parte de las baterías de ión-litio que se emplean en los teléfonos móviles y se está intentando adaptarlas al automóvil. De partida tienen un problema. Son caras, tienen una duración corta y corren riesgo de incendiarse debido a la temperatura a la que trabajan. Al no haber podido resolver de forma satisfactoria este problema, Toyota decidió seguir utilizando baterías normales en la nueva generación del Prius que se introducirá la próxima semana en el Salón de Detroit. Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 24 de 25


Pero no hay que ser del todo pesimistas pues, bien sea porque están presionadas por los fabricantes o por el simple hecho de seguir siendo competitivas, las empresas de baterías están haciendo un gran esfuerzo por poner a punto esta nueva generación de acumuladores. Todo parece indicar que están muy cerca de lograrlo, por lo menos en cuanto a fiabilidad, duración y seguridad. Sin embargo, los datos que llegan desde estos fabricantes es que siguen siendo un artículo caro. Algo que no extrañará a quien, por ejemplo, haya tenido que cambiar la batería de su ordenador portátil.

RENAULT Z.E. Tiene paneles solares en el

Pero aunque lleguemos a tener en un futuro muy cercano techo y cristales que repelen el calor. Podría estas baterías, queda por resolver la cuestión de dónde ser una realidad en el año 2012. recargarlas. Es posible que en el medio rural resulte más fácil ubicar un punto de recarga, pero es menos evidente que eso se pueda hacer en medios urbanos, para los que el vehículo eléctrico está más indicado. Sería necesario crear una infraestructura de suministro, con formas de pago estudiadas, en todas las plazas de aparcamiento de las ciudades, algo de lo que, por el momento, nadie quiere ni oír hablar. Esto sin contar con que España tiene un suministro de energía eléctrica muy alambicado, hasta el punto que en verano, cuando todo el mundo conecta el aire acondicionado, se producen cortes de energía. ¿Qué ocurrirá cuando, por la noche, se pongan a cargar el millón de coches eléctricos que el Gobierno Español quiere para el año 2014? Híbrido enchufable o eléctrico inteligente General Motors (GM), con su vicepresidente Larry Burns a la cabeza, hace tiempo que se tomó en serio el empleo en el automóvil de energías alternativas. A la espera de que el hidrógeno pueda ser asumido, ha ideado una solución que permite eliminar los inconvenientes del coche eléctrico. Se trata de lo que se ha dado en llamar híbrido enchufable o eléctrico de autonomía extensible que implica, tras admitir las limitaciones del coche eléctrico y la poca reducción en emisiones que suponen los híbridos actuales, darle la vuelta al concepto de ambos para paliar sus puntos débiles. Lo que propuso fue hacer un coche eléctrico, que pudiera enchufarse para recargar las baterías después de haber recorrido al menos 65 kilómetros, pero que no se quedara inevitablemente parado después de haber hecho ese trayecto. Para ello añadió un pequeño motor de explosión que, cuando las baterías reducen su carga a un cierto nivel, se pone en marcha para accionar un generador que las recarga, con lo que la autonomía se eleva a cerca de los 700 kilómetros, que es cuando se acaba el carburante que lo alimenta. Es el principio de las locomotoras diesel-eléctricas. GM pretende comercializar este coche como Chevrolet Volt en EEUU y en Europa como Opel, con una carrocería diferente, entre 2011 y 2012. Para entonces, Mitsubishi tendrá en la calle el Miev, BMW habrá entregado las 500 unidades del Mini, y Daimler tendrá un centenar de Smart eléctricos circulando. Sin contar con lo que hagan Renault y Nissan. Baterías – Antonio Cuevas – Pág. 25 de 25

Baterías  

Manual de Tecnología Audivisual de Antonio Cuevas.

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