¿Cuántos gramos de explosivo equivalen a la energía de una pila?

Question

En la película Terminator 3: Rise of the Machines Las células de combustible de Arnie demostraron en dos ocasiones que eran extremadamente devastadoras cuando se liberaba su energía almacenada.

En la vida real, ¿cuántos gramos de, por ejemplo, pólvora o TNT equivalen a la energía almacenada en

1. Una pila alcalina AA
2. Una batería de portátil
3. La batería de un coche eléctrico

¿Serían las baterías tan devastadoras como los explosivos si la energía pudiera liberarse de una sola vez (en milisegundos, digamos)? Es de suponer que la potencia de los explosivos químicos proviene del volumen de gas que liberan...

Answer 1

Una pila alcalina AA tiene aproximadamente $11\,\rm kJ$ de energía. En el caso de una batería de ordenador portátil, es $360\,\rm kJ$ . La pila de combustible del Chevrolet Equinox tiene $58\,\rm MJ$ de energía.

Un kilo de TNT transporta aproximadamente $4.184\,\rm MJ$ de energía. Divide los números del párrafo anterior por esta constante para ver que la pila AA, la batería del portátil y la batería del coche eléctrico tienen $2.6\,\rm g$ , $86\,\rm g$ o $14\,\rm kg$ de TNT. Tenga en cuenta que el TNT suele liberar toda la energía de forma brusca.

La pólvora tiene $3\,\rm MJ/kg$ más o menos. Significa que hay que añadir unos $35\%$ para obtener la estimación correcta de la masa de pólvora equivalente.

Si se pudiera liberar la energía de las baterías muy rápidamente, la explosión podría ser igual de devastadora que la correspondiente a la pólvora y el TNT, salvo que las baterías no pueden liberar energía tan rápidamente.

Answer 2

La capacidad energética de una batería suele indicarse en Amp hora (o $\rm mAh$ ) el número de amperios que podría (en teoría) suministrar durante una hora. Si se multiplica por la tensión, se obtiene la energía.

En concreto, si se multiplica por $3600$ segundos en una hora se obtienen julios.

Una pila AA recargable de NiMH cuesta aproximadamente $2200\,\rm mAh$ y es $1.2\,\rm V$ :

$$2200\,\mathrm{mA} \cdot 3600\,\mathrm{s} \cdot 1.2\,\mathrm{V} = 9.5\,\mathrm{kJ}$$

Una célula Li-Fe de 3,7v tiene aproximadamente 3 veces más energía.

Según la wikipedia un granada de mano clásica contiene 50g de TNT. Dado que el TNT contiene unos 4KJ/g, esto supone un contenido energético de 200KJ. Así que una granada contiene 20 veces más energía que una pila AA normal o 7 veces más que una de Li-Fe.