Perché il gas attorno alla batteria di un'auto è a rischio di innesco da cavi jumper?

Come indicato in Jump che avvia una batteria scarica: collegare il filo nero al polo negativo della batteria o al metallo con messa a terra? , si collega il cavo jumper nero al telaio dell'auto morta per evitare scintille prodotte durante il collegamento vicino alla batteria, che potrebbero essere circondate da gas idrogeno. Come sottolinea Paul in Perché dovrei collegare prima il terminale rosso / positivo quando si avvia il salto? , questo sembra estremamente improbabile, ma va bene, prima la sicurezza.

Tuttavia, il consiglio è di collegare il cavo nero al metallo esposto sul telaio o sul blocco motore. Il blocco motore sulla macchina media non è così grande. Mi chiedo, se la batteria è circondata da una nuvola di idrogeno e collego il terminale nero da qualche parte all'estremità opposta del blocco motore, non accenderebbe ancora la nuvola di gas? La nuvola di gas si è concentrata strettamente sulla batteria? Inoltre, che dire di quando riesci effettivamente ad avviare l'auto? Perché non c'è il rischio di innescare la nuvola di gas dalle varie fonti di calore e scintilla quando si avvia un'auto?

Non sono un esperto in questo argomento, ma non penso che intorno alla batteria si formi una "nuvola di gas". L'idrogeno è il gas più leggero di tutti (0,089 g / l) e non si accumula in caso di perdite. Aumenterà semplicemente finché il cofano sarà aperto perché è meno denso dell'aria, che è per lo più molto più pesante di azoto (1,25 g / l) e ossigeno (1,4285 g / l). La mia ipotesi è che la pratica di collegare la massa del destinatario allo chassis piuttosto che al polo negativo della batteria protegge semplicemente dall'accendere qualche minuto perdita dalla batteria stessa.

Non ci dovrebbero essere fonti di scintille aperte quando l'auto viene avviata. L'alternatore, le candele, i fili delle candele, il distributore e l'alternatore non dovrebbero scintille apertamente se sono in buone condizioni e di solito sono comunque abbastanza lontani dalla batteria. Il calore non dovrebbe essere quasi sufficiente anche se per qualche motivo il motore che stai avviando è caldo. L'idrogeno si accende spontaneamente nell'atmosfera a ~ 500 ° C, a temperature della cappa non dovrebbe andare molto al di sopra di ~ 100 ° C

Questo diventerà un po 'tecnico ma dovrebbe essere comprensibile anche se hai dormito durante le lezioni di chimica.

Quando l'idrogeno è pericoloso?

Proprio come con la miscela aria-carburante di un motore, l'idrogeno è combustibile solo quando rientra in un intervallo di concentrazioni. Usiamo quelli che sono chiamati il limite inferiore di esplosività (LEL) e il limite superiore di esplosività (UEL) che sono le concentrazioni di gas (nell'aria) che si accendono. Per l'idrogeno, il LEL è del 4% e l'UEL è superiore al 75%, il che significa che se la concentrazione di idrogeno raggiunge il 4%, è al livello che potrebbe accendersi con una scintilla. Per confronto, la concentrazione naturale di H ₂ nell'atmosfera è di circa lo 0,01%.

In che modo una batteria per auto produce gas idrogeno?

La batteria di un'auto è riempita con una miscela di acido solforico al 36% (SO ₄ ) e acqua al 64% (H ₂ O). L'idrogeno viene rilasciato quando la batteria si sta caricando a causa di un processo chiamato elettrolisiin cui l'acqua si decompone nel suo idrogeno costituente (H) e ossigeno (O) in presenza di una tensione maggiore dell'equilibrio della tensione di decomposizione. Tale tensione è di 1,227 V per l'acqua. La tensione normale per una singola batteria al piombo-acido è di 2,1 V e ce ne sono sei in serie in una batteria per auto (6 x 2,1 = 12,6 V). Poiché la tensione della cella è superiore alla tensione di decomposizione per l'acqua, vengono prodotte quasi sempre quantità molto piccole di gas. Tuttavia, il caso peggiore (la maggior parte dell'idrogeno) viene prodotto quando si forza la massima corrente in una cella già completamente carica. È anche una reazione sensibile alla temperatura, quindi temperature più elevate tenderanno a produrre più gas.

Quanto idrogeno viene prodotto?

La reazione che ci interessa è quella per gli ioni idrogeno (H ⁺ ) che diventano idrogeno (H ₂ ). I chimici lo scriverebbero così:

2H ⁺ + 2e ^- -> H ₂

Questo significa solo che due ioni idrogeno più due elettroni producono una molecola di gas idrogeno. (Implica anche che il gas provenga dall'elettrodo negativo, ma ricorda che questo è per cella.)

Saltando gran parte dei dettagli di matematica e chimica, possiamo calcolare che a una temperatura di 25 ° C (77 ° F) produciamo circa 0,45 litri di idrogeno per cella per sovraccarico di 1 Ah (amp-ora). Quindi spingere 10A attraverso una batteria standard a 6 celle completamente carica per un'ora produrrebbe 0,45 l / Ah x 6 x 10 A x 1 h = 27 l di idrogeno a 25 ° C. Perché ciò sia pericoloso, avremmo bisogno di almeno una concentrazione del 4%, quindi avremmo bisogno di un volume totale di aria + idrogeno di almeno 675 litri. L'avvio rapido di solito non occupa un'ora intera e di solito non comporta il sovraccarico di una batteria già carica.

Dove va l'idrogeno?

Come chiunque abbia mai sentito parlare del disastro di Hindenburg, l'idrogeno è sia più leggero dell'aria che anche combustibile. Poiché è più leggero dell'aria, qualsiasi gas idrogeno rilasciato dalla batteria tenderà ad aumentare.

La linea di fondo

Nel tipico posizionamento sotto il cofano di una batteria per auto, la maggior parte dell'idrogeno si alza in modo innocuo nell'atmosfera non appena viene aperto il cofano, ma può essere prodotto di più quando l'auto viene avviata. Ecco perché i cappucci dovrebbero rimanere aperti e perché è anche buona norma collegare prima (e prima disconnettere) la connessione negativa il più lontano possibile dalla batteria.

I progettisti automobilistici hanno già superato questi calcoli e le concentrazioni sotto il cofano sono molto inferiori al 4% anche in situazioni estreme di malfunzionamento del sistema di ricarica. Ad esempio, standard come IEEE 484 descrivono un obiettivo di progettazione non superiore al 2%.

In primo luogo, la ragione per collegare il jumplead positivo prima del jumplead negativo è che in modo che se scivoli via, lo noterai prima di collegare quello negativo. Se hai collegato prima quello negativo e poi quello positivo, una delle clip a coccodrillo positive potrebbe scivolare via, entrare in contatto con il telaio di uno dei veicoli, facendo così cortocircuitare la batteria e causare un flusso di corrente immensa, causando un incendio . Con i moderni jumplead avvolti questo è meno un problema.

In secondo luogo, il motivo più importante per collegare il jumplead negativo al blocco motore del veicolo morto è una migliore connessione al motorino di avviamento. La messa a terra del motorino di avviamento è collegata tramite il suo telaio al blocco motore, quindi l'avviamento più efficace si verifica quando il jumplead è collegato lì. Il collegamento al terminale della batteria introduce un percorso più lungo dal jumplead al motorino di avviamento, quindi è da evitare in quanto rende l'avvio meno efficace.

D'altra parte, il collegamento del cavo negativo al blocco motore aumenta la resistenza alla batteria del veicolo morto, evitando una corrente di carica eccessiva. Il collegamento del cavo negativo alla batteria del veicolo morto darebbe una corrente di carica più elevata (ma come spiegato sopra, una corrente di avviamento inferiore).