¿Por qué el gas alrededor de la batería de un automóvil solo está en riesgo de ignición por los cables de puente?

Como se señaló en Jump, arranque una batería agotada : ¿Conecte el cable negro al polo negativo de la batería o al metal conectado a tierra? , conecta el cable de puente negro al chasis del automóvil muerto para evitar chispas durante la conexión cerca de la batería, que podría estar rodeada de gas hidrógeno. Como señala Paul en ¿Por qué debería conectar el terminal rojo / positivo primero cuando se inicia el salto? , esto parece extremadamente improbable, pero está bien, la seguridad es lo primero.

Sin embargo, el consejo es conectar el cable negro al metal expuesto en el chasis o el bloque del motor. El bloqueo del motor en el automóvil promedio no es tan grande. Me pregunto, si la batería está rodeada por una nube de gas de hidrógeno, y conecto el terminal negro en algún lugar en el extremo opuesto del bloque del motor, ¿no encendería aún la nube de gas? ¿La nube de gas se enfocó fuertemente alrededor de la batería? Además, ¿qué pasa cuando realmente logra arrancar el automóvil? ¿Por qué no hay riesgo de encender la nube de gas de las diversas fuentes de calor y chispas cuando se enciende un automóvil?

No soy un experto en este tema, pero no creo que se forme una "nube de gas" alrededor de la batería. El gas de hidrógeno es el gas más ligero de todos (0.089 g / l) y no se acumulará si se filtra. Simplemente se elevará mientras el capó esté abierto porque es menos denso que el aire, que en su mayoría es nitrógeno mucho más pesado (1.25 g / l) y oxígeno (1.4285 g / l). Supongo que la práctica de conectar la tierra del receptor al chasis en lugar del poste negativo de la batería simplemente protege contra la ignición de una fuga diminuta de la batería.

No debe haber ninguna fuente de chispas abierta cuando se enciende el automóvil. El alternador, las bujías, los cables de las bujías, el distribuidor y el alternador no deben chispear abiertamente si están en buenas condiciones, y de todos modos suelen estar lo suficientemente lejos de la batería. El calor no debería ser suficiente, incluso si por alguna razón el motor que está arrancando está caliente. El hidrógeno se enciende espontáneamente en la atmósfera a ~ 500 ° C, bajo temperaturas de campana no debería superar los ~ 100 ° C

Esto se volverá un poco técnico, pero aún debe ser comprensible incluso si dormiste en clases de química.

¿Cuándo es peligroso el hidrógeno?

Al igual que con la mezcla de combustible y aire en un motor, el hidrógeno es combustible solo cuando está dentro de un rango de concentraciones. Usamos lo que se llama Límite explosivo inferior (LEL) y Límite explosivo superior (UEL), que son las concentraciones de gas (en el aire) que se encenderán. Para el gas de hidrógeno, el LEL es del 4% y el UEL es más del 75%, lo que significa que si la concentración de gas de hidrógeno alcanza el 4%, está al nivel que podría encenderse con una chispa. Para la comparación, la concentración natural de H ₂ en la atmósfera es de aproximadamente 0,01%.

¿Cómo produce la batería de un automóvil gas hidrógeno?

La batería de un coche se llena con una mezcla de ácido sulfúrico 36% (SO ₄ ) y 64% de agua (H ₂ O). El gas de hidrógeno se libera cuando la batería se está cargando debido a un proceso llamado electrólisisen el que el agua se descompone en su hidrógeno constituyente (H) y oxígeno (O) en presencia de un voltaje que es mayor que el equilibrio del voltaje de descomposición. Ese voltaje es 1.227V para el agua. El voltaje normal para una sola celda de batería de plomo-ácido es 2.1V y hay seis de ellos en serie en una batería de automóvil (6 x 2.1 = 12.6V). Debido a que el voltaje de la celda es más alto que el voltaje de descomposición del agua, casi siempre se producen cantidades muy pequeñas de gas. Sin embargo, el peor de los casos (la mayoría del hidrógeno) se produce al forzar la corriente máxima en una celda ya cargada por completo. También es una reacción sensible a la temperatura, por lo que las temperaturas más altas tenderán a producir más gas.

¿Cuánto hidrógeno se produce?

La reacción que nos interesa es la de los iones de hidrógeno (H ⁺ ) que se convierten en hidrógeno gaseoso (H ₂ ). Los químicos lo escribirían así:

2H ⁺ + 2e ^- -> H ₂

Esto solo significa que dos iones de hidrógeno más dos electrones producen una molécula de gas hidrógeno. (También implica que el gas proviene del electrodo negativo, pero recuerde que esto es por celda).

Saltando gran parte de los detalles matemáticos y químicos, podemos calcular que a una temperatura de 25C (77F), producimos aproximadamente 0,45 litros de gas de hidrógeno por celda por sobrecarga de 1 Ah (amp-hora). Por lo tanto, empujar 10 A a través de una batería estándar de 6 celdas completamente cargada durante una hora produciría 0,45 l / Ah x 6 x 10 A x 1 h = 27 l de gas hidrógeno a 25 ° C. Para que eso sea peligroso, necesitaríamos al menos un 4% de concentración, por lo que necesitaríamos un volumen total de aire + hidrógeno para ser 675 litros o menos. El arranque rápido no suele ocupar una hora completa y generalmente no implica sobrecargar una batería ya cargada.

¿A dónde va el hidrógeno?

Como sabe cualquiera que haya oído hablar del desastre de Hindenburg, el hidrógeno es más ligero que el aire y también combustible. Debido a que es más liviano que el aire, cualquier gas de hidrógeno liberado de la batería tenderá a aumentar.

La línea de fondo

En la colocación típica debajo del capó de la batería de un automóvil, la mayor parte del hidrógeno se elevará inofensivamente a la atmósfera tan pronto como se abra el capó, pero se puede producir más a medida que se arranca el automóvil. Es por eso que las campanas deben permanecer abiertas y también es una buena práctica conectar primero (y primero desconectar) la conexión negativa tan lejos de la batería como sea práctico.

Los diseñadores automotrices ya han realizado estos cálculos y las concentraciones debajo del capó son mucho más bajas que 4% incluso en situaciones extremas de mal funcionamiento del sistema de carga. Por ejemplo, estándares como IEEE 484 describen un objetivo de diseño de no más del 2%.

En primer lugar, la razón para conectar el jumplead positivo antes del negativo es que, si se desliza, lo notará antes de conectar el negativo. Si conectó primero el negativo y luego el positivo, uno de los clips de cocodrilo positivos podría resbalarse, hacer contacto con el chasis de uno de los vehículos, cortocircuitando la batería y causando un flujo de corriente inmenso, lo que provocaría un incendio. . Con los jumpleads envueltos modernos esto no es un problema.

En segundo lugar, la razón más importante para conectar el jumplead negativo al bloque del motor del vehículo muerto es para una mejor conexión al motor de arranque. La tierra del motor de arranque está conectada a través de su chasis al bloque del motor, por lo tanto, el arranque más efectivo ocurre cuando el jumplead está conectado allí. La conexión al terminal de la batería introduce una ruta más larga desde la jumplead al motor de arranque, por lo que debe evitarse ya que hace que el arranque sea menos efectivo.

Por otro lado, conectar el cable negativo al bloque del motor aumenta la resistencia a la batería del vehículo muerto, evitando una corriente de carga excesiva. Conectar el cable negativo a la batería del vehículo muerto daría una corriente de carga más alta (pero como se explicó anteriormente, una corriente de arranque más baja).