TODO SOBRE BATERIAS  Por Igor Beades

INTRODUCCION

Ningún buzo moderno concebiría bucear sin conocer la presión de sus botellas. Incluso con un mando de reserva antiguo, tendría la referencia de haber llegado a 50 bares. Sin embargo, incluso en algunos buceos exigentes no nos concienciamos de la importancia de conocer la autonomía de nuestras baterías.

En un escenario de cueva, aunque fallara nuestra linterna primaria, si hemos cumplido los parámetros más elementales de seguridad, siempre contaremos con baterías desechables nuevas que nos garantizarán una vuelta iluminados, si bien en el peor de los casos os podremos servir de la luz del compañeros, aunque es posible que la velocidad de regreso llegue a duplicar el tiempo que hemos empleado en la ida, y por tanto tenga incidencia en el cálculo de nuestras reservas y en nuestro gas disponible.

El caso de los torpedos es bastante más crítico, pues incluso habiendo entrenado las técnicas de remolcado con el compañero, si la velocidad de retorno es más lenta que la de entrada o si el esfuerzo extra a que sometemos a las baterías las agota, podríamos encontrarnos con falta de gas.

El uso de torpedos en buceo técnico no tiene como utilidad ir más rápido sino más exactamente ahorrar gas al reducir el tiempo de recorrido, por ello pueden tener una incidencia decisiva en el gas disponible en caso de fallo.

Conocer por tanto la autonomía de nuestra iluminación y de nuestros torpedos se convierte en algo tan importante como conocer el gas que llevamos en las botellas al comienzo de la inmersión y que debe ocupar parte de la atención del buzo técnico responsable.

AUTONOMIA TEORICA VERSUS AUTONOMIA REAL

Los fabricantes proporcionan datos técnicos de sus productos. Con independencia de que nos podemos encontrar con un producto defectuoso, lo cierto es que esas autonomías pueden depender de cálculos teóricos o incluso de un proveedor determinado. Mismos modelos de baterías se ofrecen como 24Ah por unos fabricantes y de 30Ah por la competencia.

En otros casos, los datos de consumo son meramente teóricos sin tener en cuenta resistencias añadidas por los puntos de conexión, cableados, etc. La temperatura del agua por ejemplo, va a tener una influencia decisiva en el rendimiento y en la autonomía.

Por todo ello, la única forma, la única razonable de conocer la autonomía real de nuestros dispositivos es probarlos realmente de forma periódica y anotar los resultados. Para hacerlo no necesitamos de complicados aparatos (aunque existen en el mercado dispositivos de gran ayuda) sino que lo más eficaz es ser metódicos y especialmente anotar los resultados obtenidos y poderlos comparar en el futuro. Dicho esto y sentado que no debemos confiar en ningún cálculo teórico y mucho menos lo expresado por un fabricante, no está de más saber aproximadamente cuál debe ser la autonomía de nuestros equipos.

¿POR DONDE EMPEZAR?

Igual que es inconcebible bucear con mezclas sin disponer de un analizador con que confirmar las mezclas antes de bucear, es impensable tener un mínimo control de nuestra autonomía eléctrica sin un voltímetro. Se trata de un pequeño aparato, digital o analógico que apenas cuesta 10 Euros. Su tamaño suele ser aproximado al de una cajetilla de tabaco, y permite comprobar in situ el voltaje de las baterías.

¿Por qué medir el voltaje? Se le conoce también como diferencia de potencial entre ambos bornes de una batería. Cuando una batería está en carga ofrece un dato de medida que va descendiendo a medida que se consume. Por debajo de determinado valor de descarga, la batería es irrecuperable, aunque en valores ciertamente bajos, algunos cargadores profesionales pueden llegar a resucitar muchas baterías. Por eso un voltímetro no sólo permite confirmar que la batería no se ha dañado desde la carga sino que su estado general es adecuado.Tampoco se trata de recoger en estas líneas un tratado sobre baterías.

Básicamente están en desuso las baterías recargables de Niquel Cadmio, que han sido sustituidas casi completamente por las de Niquel Metal-Hidruro. Cobran importancia por su excepcional rendimiento las de Ión de plomo, si bien pueden llegar a ser peligrosas si sus sales alcalinas entran en contacto directo con el agua y su precio es realmente prohibitivo. En exploración siguen teniendo importancia las de sales de plomo por su enorme fiabilidad y por una característica esencial frente a las de Níquel, cual es su gran capacidad de almacenamiento.

En general, las baterías de Niquel tienen la desventaja frente a las de plomo de su descarga permanente. Si pretendemos salir de viaje y cargamos las baterías la noche antes, con las de NiMH nos encontraremos al día siguiente con una pérdida de voltaje del 10%. En dos o tres semanas esta caída las habrá dejado en el mínimo de carga. Aparte del precio, la ventaja fundamental del plomo es que una vez cargadas, la curva de descarga estática es casi horizontal. Podemos por tanto cargar las baterías unos días antes, organizar todo el material y partir de viaje; aunque tardemos varios días en bucear los niveles de carga estarán cerca del 100%. Todo esto lo aprendemos de forma intuitiva si nos acostumbramos a usar el voltímetro y lo trataremos más adelante en profundidad.

Las baterías de Níquel se recargan a amperaje variable y voltaje creciente. Las de plomo en cambio, se recargan a voltaje fijo e intensidad creciente. Los cargadores por tanto suelen ser diferentes. Existen cargadores profesionales que pueden aplicarse a estos y otros tipos de baterías y que incluyen programas de descarga. Estos cargadores son una inversión interesante para el buzo técnico a pesar de su elevado precio, pero durante una expedición necesitaremos contar con cargadores portátiles.

Algunos cargadores pueden instalarse en el coche, ya sea porque se alimentan a 12 voltios (a partir de la batería del coche) o mediante un transformador a 220 y conversor de corriente continua a alterna en donde podamos enchufar nuestro cargador doméstico, pero en ambos casos es importantísimo monitorizar la carga de la batería del coche aunque el motor esté encendido durante la carga. Muchos cargadores pueden llegar realmente a “chupar” la carga de la batería de nuestro coche en poco tiempo y es posible que nos encontremos cerca de una cueva en lugares poco propicios para arrancar un coche remolcándolo. Por lo que acabamos de ver, si la descarga es muy brusca y por debajo de determinados niveles, es posible que no seamos capaces de arrancar un coche diesel con la ayuda de un turismo pequeño, ya que el motor de arranque de un diesel necesita de al menos 70 Amperios por hora. Hechas estas advertencias, comienza a ponerse de relieve lo importante que es manejar con soltura un voltímetro.

¿EFECTO MEMORIA?

Por reglamentación ambiental, las baterías de Cadmio están practicamente en desuso y han sido sustituidas por las de NiMH. Como ventajas fundamentales, las baterías de NiMH tienen una mayor densidad de carga (capacidad/peso superior, aprox. 40%-70% más capacidad) y no padecen “efecto memoria”. Sin embargo, el Cadmio posee una mayor resistencia al calor por lo que tolera las cargas rápidas y en algunas aplicaciones de buceo siguen siendo interesantes.

Un problema práctico de la carga de NiMH que no tienen tampoco las NiCd es la detección del pico de carga máxima. Si el cargador no tiene el voltaje limitado, es posible que no detecte que la batería ha llegado a su carga máxima y continúe suministrando energía hasta quemarlas. Conviene tener esto en cuenta si viajamos o si usamos un cargador desconocido: no todos los cargadores son iguales.Las baterías de polímeros de Litio, poseen una densidad de energía de entre 5 y 12 veces las de NiCd y NiMH, a igualdad de peso. Pero sus grandes desventajas se refuerzan: su precio es prácticamente cinco veces superior a las de Niquel y requieren un trato mucho más delicado, bajo riesgo de deteriorarlas irreversiblemente o, incluso, llegar a producir su ignición o explosión. En general, precisan una carga mucho más lenta que las de NiCd. Tampoco producen el pico de tensión del Niquel al alcanzar la carga máxima, por lo que los cargadores son específicos.

Tampoco la descarga del Litio puede ser tan profundo como con el Niquel. No está de más usar controladores de descarga en las aplicaciones de que se trate, especialmente iluminación de video y torpedos.

La organización de células se identifica por la colocación en serie o en paralelo. Por ejemplo, un elemento típico de Litio tiene un voltaje nominal de 3,7V (carga máxima 4,3 y descarga mínima 3,0V). El código “3S” indica tres elementos conectados en serie (3x3,7= 11,1 V) y el código 4S2P indica 2 grupos en paralelo de 4 elementos en serie (4x3,7= 14,8 V con capacidad duplicada). Como referencia, un pack 2S equivale aproximadamente, en voltaje de salida, a uno de 7 elementos de NiMH; un pack 3S equivale aproximadamente a uno de 10 elementos de NiMH. A la hora de escoger un cargador de Litio, debemos tener en cuenta además del voltaje nominal y la capacidad de la batería, el número de elementos. Así mismo, las propias baterías de Litio además de especificar voltaje (siempre 3,7) y capacidad, también identifican el número de elementos que se pueden instalar (nx3,7) y la corriente máxima que son capaces de suministrar sin sufrir daños, en múltiplos de C (capacidad). Así, una batería de 800 mAh y 15 C es capaz de suministrar una corriente máxima de  15x0.8 A= 12 A.

Un problema a tener en cuenta a pesar de ser enormemente controvertido es que ciertamente el Litio es un metal alcalino y por tanto, arde en presencia del agua. Las baterías actuales son blindadas, por lo que la entrada de agua dulce en el compartimento de las baterías no llegaría a dañarlas, pero ciertas aplicaciones en agua salada pueden ser críticas. Ya sea por el riesgo de ignición o por el coste de reparación si entrasen en contacto con agua salada, prefiero usar otra clase de baterías buceando en mar, si bien soy consciente de la enorme superioridad (precio aparte) de esta tecnología.

Las baterías de plomo gel, no han quedado fuera del escenario del buceo técnico. Aunque se trata de una tecnología más antigua que las de níquel, dada su enorme fiabilidad son las preferidas por muchos buzos en elementos críticos (iluminación, torpedos) y siguen siendo el "todo terreno" de las baterías.

El llamado "efecto de memoria" en las baterías de NiCd (que no existe en las de NiMH) es aún motivo de controversia. Se trata de una pérdida de voltaje máximo tras varios ciclos de descarga incompleta y recarga. El uso de teléfonos móviles (con usos continuados y recargas diarias), desde luego permitió comprobar que este efecto es real, a pesar de que también existía quienes decían que este efecto sólo sería posible si la descarga parcial siempre llega al mismo punto de voltaje, que actuaría como un “techo” de recarga. La solución técnica consistía en descargas controladas (nunca por debajo del punto de voltaje mínimo) y varios ciclos de recarga.Algo parecido sucede con las baterías nuevas, que son “perezosas” y no suben fácilmente de voltaje hasta pasar por varias descargas y recargas sucesivas. Esto sucede también en las baterías de plomo. Un fenómeno parecido sucede con los cargadores “stand by” o constantes, por lo que es necesario realizar de vez en cuando una recarga “fuerte”. Esto también ha sido comprobado por los usuarios de ordenadores portátiles; la causa técnica es el crecimiento de cristales en el electrolito, que se rompen con el ciclo de descargas.

Igualmente, sabemos que nunca se debe descargar completamente una batería. Por debajo de determinado voltaje puede llegar a producirse la inversión de polaridad de alguna de las células, y nuestra batería nunca volvería a alcanzar su voltaje nominal o incluso se quemaría. “Resucitar” una batería descargada no sólo es cuestión de tener un cargador profesional, sino que necesitamos auténtica suerte y si es posible, medir célula por célula.

CLASES DE RECARGAS

Si empleamos cargadores “inteligentes”, las recargas van a estar controladas por el propio cargador y afortunadamente es ya frecuente que sean capaces de funcionar a 110 ó 220V y tanto a 50 como a 60 herzios. Sin embargo, debemos conocer los rudimentos de una recarga para sacar todo el partido de las baterías.

Las recargas de esquema elemental se diferencian igual que las baterías, si son de plomo o de Níquel, pero en general podemos tener en cuenta que una batería de Níquel se debe cargar a un 10% de la potencia indicada por su fabricante. Si nos enfrentamos a una batería de 33Ah (por ejemplo la de un torpedo), el cargador debe proporcionar entre un 10 y un 20% de ese amperaje (entre 3 y 6 A). Una carga “clásica” lenta, tiene lugar a un 10% y dura 10 horas. Una carga “rápida” se realiza al 20% y dura 5. No obstante, no es igual cargar una batería a media carga que otra totalmente descargada, así que nuevamente nuestro voltímetro cobra protagonismo. Aunque podamos disponer de voltímetros inteligentes a bajo coste, es importante que recordemos siempre esos parámetros de carga elemental para detectar cualquier posible fallo del cargador o la batería.

La segunda cosa a recordar es que siempre el calor destruye las baterías, especialmente las de NiMH. Si durante la carga advertimos que la batería se calienta, debemos ser conscientes de que estamos destruyendo la batería y acortando su rendimiento una vez cargada. Si no disponemos de un cargador con control de temperatura o si tenemos poco tiempo para realizar una carga elemental por encima del amperaje indicado, podemos hacer ciclos cortos de cinco minutos (por ejemplo ayudados por un programador de iluminación) o enfriar previamente la batería. Las posibilidades son casi ilimitadas y nuestra experiencia derivada de anotar cifras y fechas permitirá que hagamos una carga “on the fly” en poco tiempo.

Casi todos los cargadores actuales incorporan tres fases como modelo de carga básica. En la primera fase se realiza la carga “profunda” en ciclo rápido. En la segunda, se realiza una carga tipo “meseta” en ciclo lento y finalmente existe un ciclo indefinido en “stand by” para evitar que las baterías almacenadas pierdan capacidad.Al regreso del buceo, el tratamiento de las baterías es también diferente según el tipo de que se trate. Las baterías de plomo requieren ser recargadas lo antes posible; de ello va a depender no sólo su vida útil, sino también su rendimiento. Las baterías de sales de Níquel en cambio no requieren ser recargadas y de hecho se benefician de ciclos de descarga durante su almacenamiento o si no llegan a descargase con el uso (por ejemplo, porque su autonomía sea superior al tiempo de uso).

De modo que las descargas van a influir de manera decisiva en el mantenimiento de las baterías y en su rendimiento y no hay razones para separarlas de un procedimiento de control que conocemos como “burn test”. Se trata no sólo de descargar las baterías sino de comprobar cómo se llevan a cabo estas descargas.

BURN TEST BASICO

Aunque se supone que debíamos haber aprendido la “Ley de Ohm en la escuela, no está de más recordar que la POTENCIA (Watios) = VOLTAJE (V) x INTENSIDAD (Amp). Dicho de otro modo, si sabemos que nuestro torpedo tiene una potencia de 180W y queremos probar su batería de 12V, debemos programar un burn test de 15 Amperios.Si no disponemos de burn test programable a 15Ah, podemos recordar que la RESISTENCIA (Ohmios) = VOLTAJE / INTENSIDAD y podríamos aplicar una resistencia de 0,8 Ohmios para hacer un burn test manual, midiendo el voltaje cada pocos minutos. Teóricamente, con esa resistencia podríamos simular el comportamiento que va a tener la batería a pleno consumo.

Hay que tener en cuenta que la resistencia que adquiramos en el establecimiento, tiene que tener no solo el valor de resistencia adecuado al consumo al que queremos someter nuestras baterías, sino que además, la capacidad de disipación de potencia de la misma sea superior a la que la vayamos a someter. En el caso del torpedo de 180 W anterior, además de solicitar una resistencia de 0,8 ohmios, ésta deberá de ser de una potencia de 200 W.

A este respecto no está de más recordar, que si no encontramos una resistencia de tanta potencia, podemos poner dos o tres resistencias conectadas en paralelo, de una potencia menor, pero de resistencia mayor, de manera que se cumpla que la suma de las potencias nominales de cada resistencia sea igual a la potencia total necesaria, y el valor en ohmios de la resistencia (suponiendo que cogemos todas del mismo valor), sea igual al de la resistencia final deseada, multiplicado por el número de resistencias.p.e si solo tenemos resistencias de 50 W, para el caso anterior, hemos de poner 4 resistencias en paralelo, y la resistencia de cada una de ellas ha de ser de 3,2 ohmios.

Uno de los primeros conceptos que hay que aclarar es el del voltaje. No es correcto decir “esta batería es de 12V” o “Esta linterna funciona a 12V”, ya que durante el uso normal de u aparato, la demanda de potencial es variable y durante el uso de una batería su voltaje va cayendo. Por tanto, lo correcto sería decir que un aparato funciona correctamente entre 17 y 11V o más corrientemente 12V (-1,+5).

Lo anterior es como admitir que cuando encendemos un aparato con la batería a plena carga, estaría funcionando por ejemplo con 17V, pero que por debajo de 11, el fabricante no garantiza su correcto funcionamiento. Otra cuestión es dilucidar si ese rango 17-11 lo puede suministrar la batería o al alcanzar los 11V sufriría un daño permanente y sería irrecuparable mediante una recarga. Sentado este concepto, podríamos simular facilmente el funcionamiento de un aparato monitorizando la descarga completa de la batería hasta llegar a su voltaje mínimo.

Para distinguir las baterías, los fabricantes no dicen que pueden funcionar entre 17 y 11V sino que tienen un voltaje nominal de 14,4V. Dependiendo de la construcción y características de cada batería, nos podemos encontrar por ejemplo que una batería de 14,4V proporciona mejor redimiento que otra de 13,2V. Por esa razón, aunque teóricamente pueden construirse baterías “a medida”, lo cierto es que algunos modelos estándar proporcionan la mejor relación de rendimiento. En general, debemos pensar que cuanto más común es un tamaño o combinación de baterías, es por razones de eficiencia.

Aparte del voltaje nominal, los fabricantes nos proporcionan el dato de la capacidad, medida en “Amperios por hora”. Por ejemplo, podemos leer que una batería tiene 12V/ 5Ah. Eso significa que puede alimentar aplicaciones de 60 Watios (1W = 1V * 1Ah). La capacidad no es igual a distintos voltajes, por eso no es igual hablar de Watios a 220V que a 12V.

En cada aplicación, podemos conocer la autonomía dividiendo la capacidad nominal por la potencia del equipo. Por ejemplo si una batería proporciona (24V*33Ah) 792W/hora, si dividimos por la capacidad del aparato (por ejemplo 300W) obtendremos su autonomía en horas: 

792 Wh / 300W = 2,64 horas (2 horas, 38 minutos)

Si una linterna por ejemplo, está alimentada con una batería de (12V*9,5Ah) 114 Wh y queremos saber la autonomía teórica de una linterna de 24W:

114 Wh / 24W = 4,74 horas (4 horas, 44 minutos) 

La misma batería a 13,8V (131 Wh) proporciona una autonomía de 5 horas y 28 minutos.

Los datos proporcionados por los fabricantes de aparatos submarinos, con frecuencia recurren a este tipo de cálculos teóricos, pero dado que la producción de baterías no es homogénea y dado se trata de valoraciones “ideales”, siempre perjudicadas por el paso del tiempo, por las condiciones de uso, disipación del calor, etc. Es fundamental disponer de un modelo empírico de comprobación. En todo caso, no es raro que verificando estos cálculos comprobemos que muchos fabricantes publican datos imposibles.

 Las baterías de NiCd siguen siendo interesantes para algunas aplicaciones debido a que su tiempo de carga dura entre la mitad y el tercio de lo requerido por una batería de NiMH o Litio. 

Las baterías de plomo tienen el inconveniente de resultar dañadas si permanecen descargadas durante periodos de tiempo relativamente cortos y que no aguantan tantos ciclos de recarga como las baterías de otros tipos.