El KERS, un cargador inesperado

Alejandro Pardo Castro »

La tecnología más moderna suele tener un comienzo humilde. Aunque parezca extraño, en ocasiones los aparatos más avanzados y sofisticados han evolucionado desde pequeñas ideas. La tecnología y la ciencia suelen tener una lógica sencilla que subyace a muchas de sus propuestas. Podemos encontrar esta lógica sencilla en muchos de los aparatos que tenemos en casa e incluso de los que vemos en otros ámbitos.

Uno de estos ejemplos sucede con uno de los útiles más fáciles de encontrar en una casa: la pila.

Desde que Alessandro Volta, en los albores del s. XIX, presentó la primera pila eléctrica, compuesta por discos intercalados de plata y cinc, separados por cartón húmedo; impresionó suficiente al propio Napoleón Bonaparte en la Academia de Ciencias de París, ganando la medalla de oro. Mucho han evolucionado estos objetos que a día de hoy se encuentran tanto en un supermercado como en la alta competición automovilística.

Funcionamiento de una pila

Para explicar el funcionamiento de una pila solo tenemos que observar lo que sucede cuando sumergimos una pieza de cinc (Zn) en una solución de sulfato de cobre(II), (CuSO₄):

Zn(s) + CuSO₄ (aq) → Cu (s) + ZnSO₄

En esta reacción espontánea encontramos un proceso de transferencia de electrones, debido a una reacción de oxidación-reducción, o redox. La reacción contiene a su vez dos semirreacciones. Por un lado encontramos la semirreacción de oxidación, que se produce cuando una sustancia se combina con el oxígeno, y por otro, una semirreacción de reducción, que se produce cuando una sustancia pierde el oxígeno.

En el ejemplo anterior las semirreacciones que encontramos son:

Oxidación: Zn ⟶ Zn2 + 2e-
Reducción: Cu2 + 2e- ⟶ Cu

Esto nos conduce al desarrollo de las pilas de las pilas eléctricas, que nos permiten producir energía eléctrica a partir de una reacción redox espontánea. Este ejemplo concreto lo encontramos aplicado a las pilas Daniell, donde gracias a la existencia de un “hilo conductor”, que puede ser una disolución, entre un ánodo de Zn y un cátodo de Cu, se produce esta corriente de electrones entre dos polos opuestos.

Baterías de coches

Estas reacciones se producen sin que nos percatemos tanto en el mando de nuestra TV como en la batería de nuestro coche. Es más, en ámbitos que parecen ser más sofisticados, también encontraremos “pilas”.

Gracias a que en 1860 el francés Gaston Planté inventó el acumulador, este dispositivo se ha generalizado y tecnificado hasta estar presente en todos los coches convencionales. Sin embargo, “simplemente” consiste en una serie de pilas colocadas en serie.

La batería de 12V que encontramos en muchos coches está formada por seis compartimentos. En esta batería el ánodo es de plomo (Pb) y el cátodo de óxido de plomo (IV) (PbOs). El “hilo conductor”, o electrolito, es una disolución de ácido sulfúrico (H2SO4) al 35%. Cada compartimento es una única pila, que gracias a que se encuentra combinada con otras, pueden generar un mayor voltaje que por separado. Esta batería emplea un alternador para cargarse, el cual funciona gracias al trabajo del motor, lo que requiere un consumo de combustible adicional.

Freno regenerativo

Uno de los ámbitos tecnológicamente más punteros, en el sector de automóvil, es la Fórmula 1. En ella se introdujo en el año 2009, un dispositivo conocido como KERS (Kinetic Energy Recovery System, sistema de recuperación de energía cinética) gracias al cual se recuperaba parte de la energía que se disipaba en calor durante las frenadas y se acumulaba en una batería. De esta forma, podríamos almacenar y liberar la energía acumulada de varias frenadas para obtener un extra de velocidad durante la competición.

El KERS, o freno regenerativo, no solo ha estado presente en la F1, sino también lo encontramos en coches convencionales, mediante el Brake Energy Regeneration, e incluso en los trenes. En este ámbito el hecho de que haya que detener o disminuir una masa de mayores dimensiones, como es la de un tren, deriva en una mayor generación de energía gracias a la frenada; por lo que es un elemento indispensable para lograr un medio de transporte más eficiente. Al estar conectados a la red eléctrica, este sistema es sumamente útil; ya que se combina con el motor diésel de los trenes. Por lo tanto, el freno regenerativo combinado al freno tradicional, por ejemplo, uno hidráulico; realiza la frenada y recupera energía.

En el caso del coche convencional, podemos encontrar sistemas similares que aprovechan la energía de la frenada. Estos sistemas, suelen estar a la par de un motor convencional diesel y son fundamentales para alimentar la batería de los coches híbridos, de una forma análoga a muchos trenes: combinar un motor diésel con un motor eléctrico alimentado por una batería que recupera parte de la energía disipada en calor. Por lo tanto, no sería necesario el uso de un alternador que cargue la batería, por lo que disminuimos el consumo de combustible y somos más eficientes en el uso de la energía de nuestro coche.

Como hemos visto, algo tan indispensable para nuestro día a día, como son las pilas, está presente, gracias a sus variantes, en el transporte y en la competición deportiva. Es aquí donde vemos como una simple reacción redox se ha tecnificado hasta el punto ser la base del almacenamiento de energía para usarla como queramos.