Herramientas Inalámbricas: ¿Cómo saber cuánto rinde una batería?

Como ya hemos señalado en otros artículos, las herramientas eléctricas inalámbricas son silenciosas, pueden usarse en lugares donde no hay electricidad, los modelos más modernos presentan una potencia comparable a la de sus contrapartes con cable, no generan emisiones, requieren poco mantenimiento y son fáciles de usar.

También hemos discutido extensamente qué son estas baterías (comercializadas como un «pack» o paquete de varias celdas individuales interconectadas), así como los diversos tipos de batería que usan las herramientas inalámbricas y cómo elegir estas baterías teniendo en cuenta los diversos parámetros que las caracterizan.

En lo que respecta a la química de la batería, de las diversas clases disponibles hoy en día, las baterías de iones de litio (Li-Ion) son las que han tomado la delantera en la mayoría de las herramientas eléctricas inalámbricas. Esto se debe a que estas baterías, como también apuntamos oportunamente, aunque son más costosas, ofrecen una serie de ventajas sobre los demás tipos: tienen alta energía y potencia, sumadas a bajo peso, efecto memoria nulo, baja autodescarga y larga vida útil, además de un diseño de carcasa resistente y compacto para una óptima protección contra el estrés mecánico.

Estas características han convertido a las baterías de Li-Ion en el estándar actual de las herramientas inalámbricas, al punto que muchas marcas reconocidas comercializan su gama inalámbrica exclusivamente con este tipo de batería.

Por lo tanto, un primer paso que nos orientará sobre el tipo de batería que ofrece el mejor rendimiento será apuntar a las baterías de Li-Ion, y a estas se referirá precisamente el presente artículo.

Sin embargo, cuando llega el momento de profundizar conceptos sobre el rendimiento de una batería para una herramienta inalámbrica, es decir, por ejemplo, cuál es el tiempo de operación (o «runtime«) del que disponemos antes de que se agote y requiera una recarga, el tema ya no es tan simple. Esto es porque el rendimiento no sólo depende de muchos factores prácticos y de diseño, sino además porque no existe un parámetro específico ni tampoco la industria ha establecido uno para determinar dicho rendimiento.

Por esa razón, los fabricantes pueden elegir el parámetro que deseen. Muchos deciden incluir el voltaje (V) para expresar el rendimiento de sus baterías. Otros usan el valor de amperios-hora (Ah), aunque este parámetro define más bien la capacidad de una batería en lugar del rendimiento. Y finalmente otros apelan a una medida más significativa, que es el potencial energético en watts-hora (Wh).

Ante tal discrepancia, vayamos entonces por partes y evaluemos cada uno de estos parámetros en términos de rendimiento.

Consideraciones sobre el voltaje (V) en baterías

Es una regla general que las herramientas de mayor voltaje ofrecen mayor tiempo de operación y proporcionan más potencia y torque. También es evidente que el voltaje de la herramienta y el voltaje de la batería deben coincidir. Por ejemplo, no podemos usar una batería de 12 V en una herramienta de 18 V o viceversa.

Aunque actualmente los fabricantes comercializan sus herramientas inalámbricas en voltajes variados que abarcan las plataformas de 36, 25.2, 24, 20, 18, 14.4, 12, 10.8, 7.2 y 3.6 V, aquí también hay -como en el caso de las baterías de Li-Ion- una tendencia clara que reduce la gama a 12 V, 18 V/20 V y 36 V, y que, en última instancia, ubica a las de 18 V en lo alto del podio.

La mayoría de los profesionales usa herramientas y baterías de 18 V. Esto asegura un excelente rendimiento para casi todas las tareas de la industria de la construcción, así como de algunas aplicaciones hogareñas, aunque en este último sector, las herramientas y baterías de 12 V suelen ser más adecuadas por su menor tamaño y peso, que se adaptan a las exigencias típicamente menores que implica un trabajo doméstico.

Consideraciones sobre la capacidad de una batería (Ah)

Aquí ya vamos entrando en un terreno más complejo y menos evidente que con la química y el voltaje de la batería. En un artículo anterior explicamos el significado de la capacidad de una batería, medida en amperios-hora (o «Ah»). Esta medida indica la cantidad de carga almacenada en la batería y básicamente, cuanto mayor es el número, más energía se encuentra almacenada.

En las herramientas eléctricas, el rango típico de capacidad es de 1,3 Ah a 6 Ah. Este rango se distribuye de la siguiente manera:

• Debido a su menor tamaño, las herramientas de hasta 10,8 V usan generalmente capacidades bajas: 1,3 Ah, 1,5 Ah y 2 Ah.
• Las herramientas más grandes, de 12 V, 18 V y más, usan generalmente capacidades de 1,4 Ah a 6,0 Ah.

Así, por ejemplo, en los extremos de la escala podemos tener una cortadora de césped que funciona con 2 baterías de 18 V (36 V en total) y una capacidad de 3 Ah, y un atornillador-destornillador provisto de una batería de 3,6 V y una capacidad de 1,5 Ah.

Atornillonador inalámbrico.

Básicamente, los amperios-hora (Ah) indican, en teoría, la cantidad de corriente (medida en amperios) que la batería puede entregar durante una hora. Si ignoramos otros factores en juego, por ejemplo, la temperatura y vibración, una batería de, digamos, 3 Ah entregará una corriente de 3 A durante 1 hora y una batería de 5 Ah entregará 5 A durante 1 hora. Pero esto no es todo. Falta considerar algo más, porque podemos demandar o extraer mayor corriente (o amperaje) de una batería y, en consecuencia, obtener menor tiempo de operación con la herramienta. Vale decir que nos falta considerar la exigencia de corriente por parte de la herramienta.

Para entender esto, debemos comprender bien el concepto de capacidad, ya que la capacidad afecta el tiempo de operación y el rendimiento de la herramienta inalámbrica. ¿Entonces, cómo podemos visualizarlo mejor?

Es simple. Imaginemos la capacidad en Ah como el contenido del tanque de combustible de un vehículo y supongamos que tenemos 20 litros de combustible en el tanque. Dependiendo del vehículo, del tipo y tamaño del motor y de la exigencia de nuestra parte, esos 20 litros rendirán, por ejemplo, 200 km en un auto, 250 km en otro y 300 km en el otro. O si se trata del mismo vehículo, esos 20 litros también proporcionarán rendimientos diferentes si circulamos por un camino de llanura o uno de montaña, por ejemplo.

O pensemos en otro caso. ¿Alguna vez nos hemos preguntado por qué mientras la mayoría de nosotros necesita ingerir entre 1600 y 3000 calorías diarias para mantenernos saludables, un deportista olímpico puede requerir hasta 12.000?

Demanda (o exigencia) de energía es la respuesta, tanto para el auto, como para el deportista… y también para una herramienta eléctrica.

¿En qué condiciones una herramienta exige mayor energía en forma de corriente o amperaje?

Fundamentalmente en el tipo de tarea que realiza. Por ejemplo, una herramienta capaz de suministrar valores elevados de torque o potencia, como una llave de impacto, un rotomartillo o un soplador, requerirá de la batería mucho más amperaje que una sierra sable.

Rotomarillo.

Y si consideramos la misma herramienta, por ejemplo, un taladro, la demanda de corriente de la batería será mayor si perforamos un material duro como el acero que uno blando como el plástico o la madera.

El número de amperios extraídos de una batería en un momento determinado dependerá de la cantidad de energía que necesita la herramienta antes de que arranque el motor (situación conocida como «sin carga») y el esfuerzo requerido para completar la tarea (situación conocida como «carga»).

Gráficamente podemos verlo en esta imagen con dos ejemplos en distintos materiales.

Entonces, si ahora tenemos en cuenta la demanda de corriente que efectúa la herramienta sobre la batería (generalmente, entre 1 y 6 A en herramientas inalámbricas), podemos estimar el tiempo de operación que obtendremos con cada batería reformulando lo que nos indica realmente la capacidad de una batería expresada en Ah.

Así, si la demanda de corriente es de 1 A, una batería de 3 Ah entregará una corriente de 3 A durante 1 hora, y una batería de 5 Ah entregará 5 A durante 1 hora. Si la demanda de corriente es mayor, por ejemplo, entre 2 y 6 A (dependiendo de la tarea que realice la herramienta, la capacidad de torque, el tipo de material en el que se trabaja, etc.) podemos establecer, mediante un simple cálculo matemático, los siguientes tiempos teóricos de operación durante el uso continuo de una batería completamente cargada.

De esta manera, por ejemplo, en teoría y en condiciones simplificadas, una batería de 1 Ah funcionará durante 1 hora bajo una carga de 1 A, o 30 minutos bajo una carga de 2 A antes de necesitar una recarga. Del mismo modo, una batería de 5 Ah ofrecerá 5 horas de funcionamiento bajo una carga de 1 A, mientras que con una demanda de 4 A podremos trabajar solo 24 minutos.

La capacidad también nos sirve para evaluar el rendimiento de dos baterías con el mismo voltaje (por ejemplo, 18 V). En este caso, es posible que la velocidad de descarga de una difiera de la de otra, y esto se debe principalmente a la variación de capacidad en Ah. Por ejemplo, las baterías de dos amoladoras angulares de 18 V pueden presentar distintos tiempos de funcionamiento, y ello puede deberse a que una batería tiene una capacidad de 2 Ah y la otra de 5 Ah. En condiciones iguales de voltaje y de trabajo, y asumiendo una antigüedad similar entre ambas baterías (por ejemplo, 1 año de uso en ambas), la batería de mayor capacidad ofrecerá un tiempo de funcionamiento de más del doble.

Amoladora angular.

Consideraciones sobre el potencial energético (Wh) en herramientas a batería

Como hemos visto, la capacidad de la batería también puede determinar el potencial energético que ofrece y, por ende, darnos una idea más precisa del rendimiento de la misma. ¿Por qué el rendimiento? Siguiendo con la analogía del vehículo, si la capacidad representa la cantidad de combustible que tenemos en el tanque, el potencial energético puede imaginarse como el tamaño del tanque de combustible, es decir, cuanto más grande sea, mayor será el potencial energético que ofrece y mayor su rendimiento, ya sea en distancia recorrida o en horas de viaje, porque podremos cargarle más combustible.

El potencial energético de una batería se mide en watts-hora y se calcula como el voltaje nominal (V) multiplicado por la capacidad en amperios-hora (Ah), es decir:

Wh = V x Ah

De esta manera, por ejemplo, una batería «X» de 12 V y 1,5 Ah entregará un potencial energético de 18 W en 1 hora, mientras que una batería «Y» también de 12 V, pero de 2 Ah, entregará 24 W en 1 hora. En teoría, la batería «Y» nos ofrecerá un 50% más de rendimiento que la batería X, porque tiene un «tanque de combustible» más grande y, por lo tanto, nos permite cargar más «combustible» (2 Ah, en este caso).

Para comprender mejor este concepto, retomemos la idea de trabajar con baterías del mismo voltaje, pero distinta capacidad en Ah que mencionábamos más arriba. Imaginemos que tenemos dos atornilladores a los que equipamos con sendas baterías de esas características, es decir, uno con la batería «X» de 12 V 1,5 A y el otro con la batería «Y» de 12 V 2 A.

Si, por ejemplo, evaluamos el rendimiento en función de la cantidad de tornillos que podemos insertar en un mismo material del mismo espesor, comprobaremos que la batería «Y», con 24 Wh, nos permitirá insertar aproximadamente un 50% más de tornillos que la batería «X», con 18 Wh.

¿Y si probamos otra batería «Z» con el mismo voltaje, pero con aún mayor capacidad, por ejemplo, 3 Ah, de manera de brindar un potencial energético de 36 Wh? ¿Podríamos insertar un 100% más de tornillos que con la batería «X»?

Es muy posible que no, pero de igual manera el número de tornillos insertados con la batería «Z» será mayor que con las baterías «X» e «Y».

En definitiva…¿qué batería elegir comprar?

Evaluar el rendimiento de una batería para herramienta inalámbrica en términos precisos no se basa en un simple cálculo matemático. La discrepancia entre el valor teórico y el real del caso que planteamos arriba de las baterías «X», «Y» y «Z» se debe a que las baterías de mayor potencial energético (Wh) son las más modernas e incluyen muchos otros factores que entran en juego: el tipo y la disposición de las celdas (en serie y/o en paralelo), la incorporación de circuitos electrónicos y la adición de controles para el monitoreo continuo que impide descargas profundas y sobrecalentamiento/sobrecarga de las celdas, además de un indicador de nivel de carga que muestra información mediante luces LED. Estos circuitos y controles también limitan la cantidad de corriente que la herramienta puede extraer de la batería. Por otra parte, la antigüedad de la batería, las condiciones de uso, cuidado y almacenamiento, así como el material en el que trabajamos también incidirán en el rendimiento.

Por lo tanto, a la hora de estimar el rendimiento de una batería en términos aproximados, podemos basarnos en los conceptos discutidos en este artículo, que quedan resumidos en el gráfico siguiente y, en principio, considerar que:

• Un voltaje más elevado significa más potencia general (aunque confiere mayor peso a la herramienta).
• Un mayor valor de Ah se traduce en un tiempo de operación más prolongado.
• Un mayor valor de Wh es indicativo de un mayor rendimiento.