Baterías y el efecto memoria

Cuando nos compramos un teléfono móvil, un ordenador portátil, una cámara digital o cualquier aparato con una batería recargable, inevitablemente el vendedor nos da el mismo consejo: hay que descargar totalmente la batería antes de cada recarga. Y como nos lo dice el que nos vende el aparato, pues le creemos. Y sin embargo, esto no es del todo cierto.

Antes de explicar por qué, vamos a ver un poco por encima cómo funciona una batería química y recargable. Una batería está compuesta por lo que se denominan células. Una célula consiste básicamente en un recipiente con dos materiales en su interior (electrodos), separados físicamente por otro material que permite contacto eléctrico entre ellos (electrolito). Las reacciones químicas de su interior producen un exceso de electrones en un electrodo (el polo negativo), y una ausencia de ellos en el otro (el polo positivo). Si unimos ambos extremos mediante un circuito, los electrones circularán desde el polo negativo al positivo, y tendremos una corriente eléctrica. En algunos casos, las reacciones son reversibles aplicando una corriente externa en sentido opuesto. Tenemos entonces una célula recargable, que podemos cargar y descargar varias veces.

Una pila pequeña de toda la vida (las típicas AA o AAA) está formada por una sóla célula (y además, muchas son no recargables). Sin embargo, las baterías de los dispositivos que he mencionado al principio, están formadas por más de una célula.

Básicamente existen tres tipos de baterías comercializadas para estos aparatos: de niquel-cadmio (Ni-Cd), de niquel-hidruro metálico (Ni-MH) y de iones de Litio (Li-Ion). Cada una de ellas tiene características diferentes, debido precisamente a su composición y reacciones químicas que se producen.

Las baterías Ni-Cd son las más antiguas de las tres. Tienen el llamado efecto memoria, que es la causa de que se recomiende descargar completamente la batería. Este efecto consiste en que la batería parece «recordar» el nivel de carga que tenía cuando se comienza a recargar, de forma que al utilizarse nuevamente, sólo se descarga hasta dicho nivel, disminuyendo obviamente su tiempo de uso. Sin embargo, esto no sucede cada vez que se carga una batería que no ha sido descargada totalmente. Para que aparezca el efecto memoria, la batería debe descargarse varias veces consecutivas hasta un mismo nivel (por ejemplo, al 50% de su carga). Aún así, es recomendable hacer descargas completas con cierta frecuencia, pero teniendo en cuenta que no es necesario hacerlo todas las veces (eso puede incluso acortar la vida de las baterías).

Y cuando digo descargar totalmente, no me refiero a quitarle hasta el último electrón, sino descargarla con su uso normal. Como he comentado antes, una batería tiene varias células. En un mundo ideal, las células serían totalmente idénticas, con idéntica carga, y se descargarían al mismo ritmo. Pero en el mundo real, es normal que alguna célula se descargue antes que otra. Si una célula es completamente descargada, sus vecinas aún tienen carga, y se sigue extrayendo corriente, la célula descargada se ve atravesada por la corriente de sus vecinas, deteriorándose. Si la célula queda inutilizada, habremos perdido su capacidad de carga, y por tanto, la batería en su totalidad tendrá menos capacidad.

Afortunadamente, los circuitos de los aparatos alimentados por estas baterías, están diseñados para evitar esto. Aunque las células mantienen más o menos el mismo voltaje exterior, a medida que se descargan, inevitablemente disminuye algo. En el caso de que una célula se descarge completamente, el voltaje total de la batería disminuye de forma más apreciable, por lo que se puede interrumpir el circuito al detectar un nivel de voltaje por debajo de determinado valor, deteniendo la descarga. Pero si utilizamos algún otro medio para descargarla, como conectándola a un simple circuito casero con una pequeña resistencia (una bombilla o un LED, para así saber si sigue circulando corriente o no), puede producirse el efecto antes mencionado, dañando nuestra batería. Por eso es preferible descargarla con el uso normal del aparato. Fijáos que en este caso, la batería perderá capacidad, y un usuario podría pensar que no la descarga lo suficiente en cada ciclo, cuando en realidad es justo al contrario.

De hecho, la causa física del efecto memoria, es la formación de unos cristales que hacen que el voltaje de algunas células disminuyan bruscamente antes de descargarse del todo. La circuitería externa detectará la caída de voltaje, y considerará que la batería se ha descargado, interrumpiendo el circuito.

Las baterías Ni-MH son más modernas que las Ni-Cd, y aunque también sufren el efecto memoria, este es menor. Lo dicho para las Ni-Cd es igualmente aplicable para estas.

Las baterías Li-Ion son las más modernas, y estas sí que no sufren el efecto memoria. Es más, el agotar estas baterías de forma completa antes de cada recarga, puede acortar su vida útil, por lo que lejos de ser una práctica recomendable, es algo que hay que evitar. Eso no quiere decir que no se pueda «apurar» la batería. De hecho, es conveniente descargarla completamente de vez en cuando (una vez al mes, por ejemplo).

Una cosa de la que no nos suele avisar el vendedor, y que es dañino para las baterías, es la sobrecarga. Uno puede pensar que cargando la batería más tiempo del necesario, se puede «ganar carga extra». Sin embargo, las sobrecargas continuadas también dañan nuestra batería, formando otra vez esos cristales en su interior, y produciendo el dichoso efecto memoria. Si el cargador es bueno, puede interrumpir la carga al detectar que la batería está completamente cargada, y evitar este problema.

¿Cómo sé qué batería utiliza mi aparato? Normalmente deberían venir en la propia batería, o en el manual (ese que nunca leemos). Así, si la batería es de Li-Ion (cada vez más usadas), no intentéis descargarla siempre hasta el final.

Para los curiosos y hambrientos de saber, os dejo una lista de enlaces sobre el tema:

• Baterías defectuosas: un problema candente
• Baterías de Litio-Ion: Mitos y Leyendas
• Battery Information - Sci.Electronics.Repair FAQ (en inglés)
• Dan's Quick Guide to Memory Effect, You Idiots (también en inglés)

Contaminación y envenenamiento por radiación

El reciente envío dedicado a la lluvia radiactiva en Jericho, me ha recordado otro posible error relacionado con la radiactividad, en otra serie de televisión. Se trata de mi muy querida Babylon 5. En el episodio Solo en la Noche, unos Starfuries (los cazas de los humanos) son atacados por una nave desconocida, y abducen al comandante Sheridan (el prota). El único superviviente, tiene la nave dañada y la computadora le dice que hay una fuga en el reactor, y que la radiación ha alcanzado un nivel terminal. Sabiéndose condenado, intenta volver a la estación Babylon 5, para informar de lo ocurrido. Al llegar, es llevado inmediatamente al laboratorio médico, y aislado para evitar que toda la estación se contamine. Pues bien, esa temor a contaminar toda la estación parece algo infundado, ya que una persona que ha sido irradiada, no se vuelve necesariamente radiactiva.

Lo primero que hay que tener claro es qué es exactamente la radiactividad. Veamos, la radiactividad no es más que un fenómeno mediante el cual determinados átomos emiten partículas subatómicas o radiación electromagnética. Existen isótopos de elementos, que por su configuración atómica, son inherentemente inestables. Estos isótopos se denominan radiactivos, y cuando alcanzan una configuración estable, expulsan partículas como neutrones, protones o electrones (o más), o emiten fotones en forma de radiación de muy alta frecuencia (o ambas cosas) que se denomina radiación ionizante, por tener la capacidad de «arrancar» electrones de sus átomos, ionizando la materia. Los más conocidos son los isótopos del uranio y el plutonio, pero existen muchos más, como el famoso carbono-14, isótopo radiactivo del carbono.

Un átomo que pierde o adquiere neutrones, se convierte en un isótopo diferente del mismo elemento. Un átomo que pierde o adquiere protones, se convierte en un elemento diferente. Parece evidente que un elemento radiactivo, va transformándose poco a poco en otra cosa. Así, el carbono-14, por ejemplo, se convierte espontáneamente en nitrógeno-14 (o nitrógeno «a secas», ya que es el isótopo de nitrógeno más abundante), emitiendo radiación beta (electrones).

De las radiaciones emitidas por un elemento radiactivo, la más peligrosa para nosotros es la radiación electromagnética ionizante, esto es, fotones de muy alta frecuencia, y por tanto de muy alta energía. Esta radiación nos afecta a nivel celular, dañando nuestras células o interfiriendo en su división, provocando desagradables síntomas, y si la dosis recibida es suficiente, la muerte. Pero fijáos que eso simplemente nos daña, no nos vuelve más radiactivos (y digo más, porque todos los seres vivos tenemos cierta cantidad de carbono-14, por lo que todos somos radiactivos en cierta medida). Para que un isótopo no radiactivo se vuelva radiactivo, necesariamente debe modificar su número de nucleones, es decir, protones y neutrones, cosa que la radiación electromagnética no hace.

Hay otro tipo de radiación, que está formado por neutrones. Esta radiación de neutrones sí puede convertir un isótopo estable en uno radiactivo. Así, si un isótopo de nitrógeno-14 de nuestra atmósfera absorbe un neutron, obtenemos nuevamente carbono-14 (y un átomo de hidrógeno). La radiación de neutrones es normalmente menos penetrante que la electromagnética (aunque depende del material), y necesitamos una dosis muy alta para alterar de forma significativa el entorno. Para hacernos una idea, los materiales del núcleo un reactor nuclear, son remplazados y desechados de forma periódica, debido precisamente a la radiación de neutrones, pero son considerados como desechos radiactivos de bajo nivel, y están siendo irradiados constantemente. Otro ejemplo sería una detonación nuclear, en la que el material de los alrededores se vuelve radiactivo, a una distancia en la que ese fenómeno sería el menor de nuestros problemas.

Existe otro caso en el que una persona que haya tenido contacto con material radiactivo, sea peligrosa, y es porque haya sido contaminada. Eso quiere decir que es portadora de material radiactivo, bien porque lo haya inhalado, ingerido, o tenga restos pegados a la piel, entre el pelo, o bajo las uñas. Es decir, no es que se haya vuelto radiactivo por la radiación recibida, sino que ha entrado en contacto directo con material radiactivo externo, y parte se le ha quedado adherido o dentro de él.

Volviendo al episodio de Babylon 5, ninguna de las dos opciones que hemos visto parece posible. Por un lado, para que el piloto se «volviera radiactivo», tendría que haber recibido una dosis brutal de radiación de neutrones. Además, teniendo en cuenta que en muchos casos, los elementos químicos se «transmutan» en otros, seguramente habría muerto casi de inmediato. La contaminación por contacto directo es también descartable, ya que el piloto iba enfundado en un traje de astronauta, completamente presurizado y aislado. En todo caso, se habría contaminado el traje, que le habrían quitado antes de llevarlo al laboratorio médico.

Timecop

Hoy vamos a cambiar de tercio. Allá por 1994, se estrenó la peli Timecop. Una "de las de Van Damme" como se suele llamara estas películas. El argumento, aparte de en las peleas de Van Damme, giraba en torno a la invención de una máquina del tiempo y la creación de una organización que protegiera la historia, impidiendo que algún desaprensivo cambiase el pasado a su gusto. Pero no, no voy a hablar de viajes en el tiempo, sino de un diálogo digno de pasar a los anales de Malaciencia.

Al principio de la película, vemos como en plena guerra civil americana, unos soldados confederados llevan un cargamento de oro y son asaltados por un grupo de hombres con armas modernas. Los matan y se llevan el oro. Poco después, vemos una reunión de gente que se supone son del gobierno y comentan que se ha inventado una máquina del tiempo, y que se debe crear un cuerpo especial para vigilar los viajes en el tiempo. Tras el lógico asombro inicial, uno de ellos dice que ya han comenzado a producirse "delitos temporales". Y cuenta que han capturado a unos hombres con un cargamento de lingotes de oro, provenientes de la guerra de secesión. Añade de forma categórica y lapidaria que no hay error posible, que han fechado los lingotes de oro mediante la técnica del carbono-14. No recuerdo el año exacto, pero lo nombran. Bien, pues es impresionante como en esta única frase, se cometen tres errores de bulto. Sí, tres.

El primero y más obvio es el uso del carbono-14 para datar unos lingotes de oro. Vamos a ver ¿qué es eso del carbono-14 del que tanto se habla en películas y noticias arqueológicas? El carbono-14 en sí, no es más que un isótopo de carbono. ¿Un isótopo? Sí. Recordemos un momento las lecciones de química del cole, y sabremos que se llaman isótopos a los átomos con el mismo número de protones pero distinto número de neutrones. O dicho de otra manera, con igual número atómico (número de protones) pero diferente número másico (número de protones y neutrones). El carbono tiene un núcleo de 6 protones y su isótopo más común es el carbono-12, que tiene 6 neutrones (6 protones + 6 neutrones = 12). El carbono-14 tiene 8 neutrones y es radiactivo. Como todo elemento radiactivo, emite energía, y poco a poco, átomos de carbono-14 se van convirtiendo en nitrógeno. Los elementos radiactivos tienen una propiedad llamada vida media, que indica el tiempo que tarda la mitad de los átomos en convertirse en otros. En el caso del carbono-14 es de 5.715 años.

Vale. Muy interesante ¿y eso que tiene que ver con la datación? Pues que resulta que aunque el carbono-14 va transformándse en nitrógeno-14, se genera constantemente nuevo carbono-14 debido a los rayos cósmicos que la atmósfera recibe del espacio, y que transforma el nitrógeno en carbono-14. La naturaleza ha querido que la cantidad de carbono-14 en la atmósfera se mantenga constante debido a ello. Resulta también que las plantas, como todos sabemos, mediante la fotosíntesis absorven dióxido de carbono y expulsan oxígeno. Parte de este CO₂ está formado por átomos de carbono-14. Los herbívoros se comen a las plantas, los carnívoros a los herbívoros, y así, mediante la cadena alimenticia, todos los seres vivos mantienen una proporción constante de carbono-14, ya que a medida que el carbono-14 desaparece de su cuerpo, nuevo carbono-14 entra mediante la alimentación.

¿Y? Pues que cuando el ser vivo en cuestión se muere, deja de incorporar nuevo carbono-14. A partir de ese momento, el carbono-14 disminue a un ritmo conocido, por lo que se puede saber más o menos la fecha de la muerte a partir de la proporción de carbono-14 encontrado.

Ya queda claro cual es el primer error. Y bastante gordo. ¿Cómo demonios se puede usar el método del carbono-14 en un objeto inanimado, y además inorgánico?

Vayamos por el segundo. Antes he dicho que se puede calcular más o menos la fecha de la muerte. Y resalto el más o menos porque la datación mediante carbono-14 suele tener un margen de error de unas décadas (20, 30, 40 años). Por ese motivo no lo utilizan en la medicina forense, y por ese motivo es imposible datar nada con la exactitud de la película, en la que se dice el año y todo. Asumiendo el margen de error, la guerra de secesión americana transcurrió entre 1861 y 1865. Un periodo demasiado pequeño para un margen de error tan grande.

Y para rematar, el tercer error, que es de sentido común. Cualquier sistema de datación que se hubiese utilizado, habría fechado los lingotes como muy recientes. Tal vez meses. Si los lingotes viajan en la máquina del tiempo con los ladrones, pues no han envejecido. Para esos lingotes habrá transurrido solamente unos meses desde que los fundieron hasta que fueron robados, y unos días desde su viaje en el tiempo hasta que los ladrones fueron apresados. ¿O acaso los viajeros en el tiempo envejecen al viajar al futuro?

En fin, tres en sólo una frase. Todo un record. Y podría haberse evitado de forma muy simple: que en el guion, los lingotes tuvieran el año de fabricación grabados, y que estuvieran nuevecitos. Eso sí sería lógico y posible.