¿Qué es una batería industrial?
Los fabricantes de baterías acostumbran distinguir entre las
baterías destinadas al arranque, ignición e iluminación de vehículos con
motor a explosión (denominadas LSI, según sus siglas en inglés) y las
destinadas a otras aplicaciones, como telefonía y sistemas de
comunicaciones en general, servicios auxiliares de subestaciones
transformadoras de energía, energía solar y eólica, UPS, iluminación de
emergencia y vehículos eléctricos, para mencionar las más frecuentes.
Todas las baterías que se destinan a estas otras aplicaciones se
denominan “industriales”, Las baterías industriales, a su vez, se
dividen entre las de uso estacionario y las destinadas a tracción
eléctrica.
¿Qué es una batería para uso estacionario?
Una batería para uso estacionario es la que se mantiene
permanentemente cargada mediante un rectificador auto-regulado. Este
rectificador puede, también, alimentar a un consumo, como en el caso de
las centrales telefónicas, o a otro equipo de conversión de energía,
como en el caso de las UPS (el equipo en cuestión es el inversor que
alimenta al consumo). En los sistemas de iluminación de emergencia, en
cambio, el rectificador solo alimenta a la batería. En cualquier caso,
lo importante es que la batería se descarga con muy poca frecuencia y el
rectificador debe recargarla, luego de una descarga, y mantenerla
perfectamente cargada, compensando la auto-descarga interna.
¿Qué tipos de baterías se usan?
Las baterías para aplicaciones estacionarias pueden ser de
cualquier tecnología. No obstante, en el caso de optarse por electrolito
líquido, se recomienda que las rejillas sean con aleación de
plomo-calcio para que la reposición de agua destilada sea poco
frecuente. Las placas pueden ser tanto planas como tubulares. Sin
embargo, dado que el uso estacionario supone una baja frecuencia de
descarga, las baterías de placas planas son las más convenientes por un
tema de costo. Y la combinación ideal sería placas planas y electrolito
absorbido dado que el costo es bajo y el mantenimiento muy reducido.
¿Qué es una batería de electrolito absorbido?
En primer lugar, comencemos diciendo que su principio de
funcionamiento es idéntico al de una batería de electrolito líquido. La
diferencia es que el volumen de electrolito es solo el necesario para el
cumplimiento de la reacción química interna, y se haya absorbido en el
separador que aísla a una placa positiva de una negativa. Esta absorción
del electrolito en el separador permite que la batería se instale en
cualquier posición, sin que por ello se produzcan derrames (a veces,
también se las denomina como baterías de electrolito inmovilizado). Dado
que la cantidad de electrolito es escasa, estas baterías no tienen
tapones para reponer agua desmineralizada sino válvulas. Estas se
colocan para evitar que el agua del electrolito se evapore durante la
última parte de la carga. Asimismo, todo el diseño interno está previsto
para facilitar la recombinación de gases, evitando su pérdida. Otro
nombre con el que suelen designarse estas baterías es por la sigla VRLA,
o sea, batería de plomo-ácido regulada por una válvula, en inglés. Las
baterías de electrolito absorbido tienen innumerables ventajas: a la ya
mencionada (instalación en cualquier posición) se agrega el bajo
mantenimiento (no se debe reponer agua), el menor espacio en planta que
ocupan y la posibilidad de instalarse junto a equipamiento electrónico
de cualquier tipo por tener una muy baja liberación de gases. Las
precauciones a tener en cuenta se relacionan con la temperatura del
ambiente (lo ideal es que esté comprendida entre 15 y 30ºC y con el
cargador, que debe ser de tipo autorregulado, con tensión constante y
corriente limitada. Según la aplicación la tensión de carga oscila entre
2,27VPC y 2,4VPC.
¿Qué aplicaciones tiene una batería de electrolito absorbido?
Las principales aplicaciones son: centrales telefónicas fijas,
celdas de telefonía celular, servicios auxiliares en subestaciones
transformadoras, UPS (Sistemas ininterrumpidos de energía), iluminación
de emergencia, todas ellas de tipo estacionario y algunas de tracción
eléctrica, como sillas de ruedas y carros de golf.
¿Qué es una batería para uso en tracción eléctrica?
Es una batería que ha sido diseñada para soportar un alto
ciclado. Es decir una gran secuencia de descargas, seguidas de las
correspondientes recargas. Obsérvese que, una batería para uso
estacionario, tendrá conectado un cargador (que, a su vez estará
conectado a la red pública de alterna) por lo cual su descarga será muy
baja. En cambio, una batería que alimenta un vehículo eléctrico, como un
auto-elevador eléctrico, todos los días tendrá un ciclo de descarga,
mientras la máquina se encuentra trabajando, a lo que seguirá una carga
durante el tiempo en que el operador descansa.
¿Qué es la capacidad nominal de una batería?
La capacidad de una batería es la cantidad de electricidad que
puede proveer a una carga. Depende, básicamente, de tres parámetros:
régimen de descarga (o “velocidad” a la que la descargamos), temperatura
y tensión final. Capacidad nominal es la capacidad definida en
condiciones normalizadas de los tres parámetros básicos de los que ella
depende. Estas condiciones están establecidas en varias normas
nacionales e internacionales, como las IEC, IEEE, DIN, BS, JIS, etc. Por
ejemplo, en la norma IEC 60896, las condiciones normalizadas que se
fijan para una batería estacionaria son las siguientes: descarga en 10h
hasta 1,8 VPC (Volt por celda) a una temperatura ambiente de 20ºC. En
cambio en la norma IEEE 450, las condiciones para el mismo producto son
8h hasta 1,75 VPC a 25ºC. En las baterías monoblock pequeñas, como las
NP de Yuasa o las CP de Vision, la descarga se normaliza para un tiempo
más largo: 20h Lo más frecuente es que la capacidad se mida en Ah,
unidad que indica la cantidad de carga eléctrica (el lector que recuerde
la unidad de carga eléctrica, el Coulomb [Coul], mediante una simple
cuenta deducirá que 1 Ah = 3600 Coul). En los últimos años, sin embargo,
cada vez más, la capacidad de las baterías se especifica también en Wh
(Watt x hora). Esto se debe a la aparición de los equipos UPS, que
mantienen en operación no interrumpida a equipos informáticos. Dado que
una UPS debe entregar una determinada potencia, es razonable que la
batería que la alimentará también se especifique de esa manera. Las
descargas en Wh suelen darse para tiempos inferiores a una hora (un
valor típico es 15 minutos). La capacidad de una batería ¿es la misma a
cualquier régimen de descarga? De la misma manera que un automóvil, con
su carga de combustible completa, no recorre la misma distancia si el
conductor maneja a 100 Km/h que si lo hace a 150 Km/h, la capacidad de
una batería disminuye si la velocidad (régimen de corriente de descarga)
aumenta con respecto al valor nominal. Por ejemplo, una batería de
100Ah de capacidad nominal (descarga a 5A durante 20h), tiene 90Ah
cuando se la descarga a 18A en 5h, y solo 64Ah cuando el régimen es de
64A durante 1h. Siempre se deben consultar los datos del fabricante para
saber la capacidad exacta que entregará el producto bajo las
condiciones de la aplicación.
¿Qué es un ciclo de una batería?
Se denomina ciclo de una batería a la sucesión de una descarga
seguida de su posterior recarga hasta recuperar completamente la
energía extraída. Las normas anteriormente mencionadas también definen
la duración de ciclos normalizados para probar una batería. Por ejemplo,
en la norma IEC 60896, el período de descarga es de 3 horas, mientras
que el de carga dura 21 horas. Es decir, la norma permite realizar un
ciclo completo por día. Se denomina profundidad de una descarga a la
relación entre la capacidad descargada y la capacidad nominal de la
batería. Cuanto mayor la profundidad de la descarga, menor será la
cantidad de ciclos que la batería nos podrá entregar. Por ejemplo, si
una batería de tipo monoblock para aplicaciones estacionarias entrega
180 ciclos con una profundidad de descarga de 80%, reduciendo las
descargas a un 30%, la misma batería entregará más de 1000 ciclos.
¿Qué es una batería de ciclo profundo (deep cycle)?
Es aquella que ha sido especialmente diseñada para operar en
ciclado de profundidad superior a 50%. No se debe utilizar una batería
de propósitos generales cuando los ciclos son profundos (por ejemplo, en
un carro de golf). Las baterías de ciclo profundo poseen placas
reforzadas para evitar su agotamiento prematuro y poder soportar mejor
la exigencia del ciclado.
¿Cómo influye la temperatura en el desempeño de la batería?
Las altas temperaturas aceleran la corrosión de las rejillas y
la degradación de los materiales activos. A bajas temperaturas, la
capacidad de entregar corriente disminuye pero la vida útil aumenta.
Esto se debe a que todos los procesos de corrosión interna se hacen más
lentos. A la inversa, si bien durarán menos tiempo, el rendimiento de
las baterías se incrementa con las altas temperaturas. Como regla
general para la vida de las baterías, podemos decir que por cada 10ºC de
aumento de la temperatura ambiente por encima de la de referencia, la
vida útil se reduce a la mitad. Por ejemplo, una batería de cinco años
de duración a 25ºC, solo durará 30 meses si la temperatura en el
ambiente es de 35ºC.
¿Qué significa expectativa de vida útil de una batería?
Es el tiempo de funcionamiento que el fabricante pronostica
para ella si se mantienen las condiciones especificadas. Por ejemplo,
funcionamiento en condiciones estacionarias a una temperatura de 25ºC y
una tensión de flote estabilizada. En algunos casos, el tiempo ha sido
extrapolado a partir de los datos obtenidos en un ensayo denominado de
“vida acelerada”: la batería se ensaya a una temperatura elevada (por
ejemplo, 70 ºC) hasta llegar al 80% de su capacidad. El tiempo obtenido
(por ejemplo, 6 meses) se convierte luego a las condiciones de operación
nominales de 25ºC (en USA) o 20ºC (en Europa). Una batería sellada, ¿se
puede instalar en un gabinete estanco? Es muy frecuente que los
usuarios efectúen esta pregunta al adquirir una batería de electrolito
absorbido o gelificado. Contribuye a ello el hecho de que este tipo de
baterías se denominan también como “baterías selladas”. Sin embargo, la
respuesta es un rotundo “NO”. Las baterías de electrolito inmovilizado
(absorbido o gelificado), VRLA, selladas, cualquiera sea el nombre que
les demos, no pueden instalarse en gabinetes que no tengan alguna
ventilación. Si bien se trata de productos cuya liberación de gases es
muy pequeña (la recombinación de los mismos en el interior de la batería
es superior al 99%), lo cierto es que de sellados no tienen nada. En
lugar de tapones encontramos válvulas (cuya apertura es a una presión,
aproximada, de 4 psi) porque el fabricante ha previsto que, bajo ciertas
condiciones, si se produce un exceso de gasificación interna que no se
recombina, la misma sea liberada a través de ellas. Y, en tal caso, no
puede permitirse su acumulación en el interior del gabinete. No
obstante, tampoco es cuestión de exagerar: las ventilaciones previstas
para evacuar el calor generado internamente (por ejemplo, en una UPS)
son más que suficientes para las necesidades de una batería sellada.
¿Hasta cuántos paralelos de bancos de batería puedo instalar?
No existe una limitación desde el punto de vista teórico. Sin
embargo, la práctica aconseja no conectar más de cinco. Siempre se debe
cuidar que la sección de los cables sea la misma, así como también su
recorrido. Cualquier diferencia en la resistencia óhmica, desde los
bornes del equipo hasta los de cada paralelo de baterías, hará que la
corriente de descarga en cada uno de ellos no sea la misma, como se
pretende. De la misma manera, en el momento de la carga, se debe cuidar
que la resistencia entre el cargador y cada paralelo sea la misma. El
número máximo de cinco obedece a que la práctica demuestra que las
condiciones anteriores no son fáciles de lograr cuando el número es
mayor.
¿Qué datos se requieren para seleccionar y dimensionar una batería industrial?
En primer lugar, comencemos por aclarar qué entendemos por
estos conceptos. Seleccionar la batería industrial de plomo-ácido a
utilizar en una aplicación implica elegir: el tipo de placa (plana,
tubular) y la construcción (electrolito líquido o inmovilizado).
Dimensionar una batería industrial de plomo-ácido a utilizar implica
determinar: número de celdas y capacidad de las mismas.
Para seleccionar una batería industrial se debe conocer:
- a. la aplicación (estacionaria o ciclado)
- b. ubicación física (espacio disponible, acceso al lugar)
- c. condiciones ambientales (temperatura, ventilación)
- d. mantenimiento disponible (personal capacitado, distancia)
- e. condiciones para la recarga.
Para dimensionar una batería industrial se debe conocer:
- a. tensión nominal y los límites de tensión admisible por parte del equipo o sistema a alimentar (por ejemplo, 48VDC +/- 10%)
- b. corriente o potencia de descarga
- c. duración de la misma
- d. temperatura promedio del lugar
Se trata de uno de los temas claves en el trabajo con
baterías. Y, en este espacio, no podemos extendernos mucho más en el
desarrollo del mismo. Pero lo hemos tratado extensamente en artículos de
nuestros newsletters. Sugerimos entonces una consulta a ellos, para
mayores detalles.
¿A qué régimen de corriente se carga una batería industrial?
Lo más normal es hacerlo al 10% de la capacidad nominal. Se recomienda no hacerlo a menos del 5% y a no más del 20%.
¿A qué tensión se carga una batería industrial?
Las baterías de electrolito líquido se mantienen cargadas a
una tensión denominada de flote o mantenimiento y su valor depende de la
densidad del electrolito. La mayoría de las baterías estacionarias de
electrolito líquido se mantienen a una tensión de 2,2VPC (Volt por
celda). Luego de una descarga, la tensión de carga debe aumentar hasta
un valor comprendido entre 2,33 y 2,4VPC.
Las baterías VRLA o de electrolito inmovilizado para uso
estacionario se cargan con un solo valor de tensión, normalmente,
2,27VPC. Cuando la aplicación es de ciclado, la carga se puede realizar
con las mismas tensiones ya mencionadas para baterías de electrolito
líquido.
Para mayores detalles, recomendamos consultar el manual del
producto. También el usuario encontrará en nuestros newsletters un
desarrollo muy detallado de este tema.
¿Cuándo se considera cargada una batería industrial?
La respuesta más precisa sería “cuando se le devolvieron los
Ah (o Wh) extraídos durante la descarga más un porcentaje adicional que
se relaciona con el rendimiento del producto”. Este porcentaje oscila
entre un 15% adicional para una batería de electrolito líquido y un 8%
en el caso de una sellada.
Sin embargo, no es habitual poder medir los Ah. La regla
práctica dice, entonces, que la carga se debe considerar finalizada
cuando la corriente de carga permanece estable, sin disminuir, durante
un lapso de tres horas. En las baterías de electrolito líquido se puede
medir su densidad y la misma también debe permanecer estable, sin
aumentar, durante el mismo lapso de tiempo.
Otra regla práctica es considerar que la batería (si sus
rejillas de placas son de aleación de plomo-calcio) está cargada cuando
la corriente es inferior al 0,5% de la capacidad nominal.
La tensión que se aplica a una batería sellada,
¿debe corregirse por temperatura?
Hasta hace poco tiempo se consideraba que la tensión aplicada
debía corregirse por temperatura, utilizando un coeficiente que variaba
entre –3 y –5 (la unidad es mV/ºC/celda). Sin embargo, las baterías
selladas de la actualidad tienen un desempeño que no lo requiere, si la
temperatura del ambiente está comprendida entre 15 y 30 ºC. Si su
aplicación fuera a temperaturas que se encuentran fuera de esta ventana,
la recomendación es consultar con el fabricante cuál es la corrección a
aplicar.
¿Hasta qué tensión se puede descargar una batería?
Para descargas en tiempos superiores a 3h y hasta 20h, el
valor más frecuente es de 1,75VPC. En un monoblock de 12v esto implica
10,5V. Pero se debe consultar el manual del producto porque puede ser un
valor menor (por ejemplo 1,67VPC) si la descarga es en 15 minutos o de
1,9V si la descarga es en 100h.
¿Cómo se sabe si una batería está bien cargada?
Medir la tensión de vacío es una forma sencilla y práctica. La
tensión, en baterías de plomo-ácido, depende de la densidad del
electrolito. La regla práctica dice que, si se conoce la densidad del
electrolito (expresada en Kg/l) sumando el coeficiente 0,845 obtendremos
la tensión a circuito abierto o en vacío (por celda) de esa batería.
Veamos un ejemplo. La densidad del electrolito de las baterías
selladas es de 1,3 Kg/l. Por lo tanto, 1,3 + 0,845 = 2,145. Este será
el valor en Volt de la tensión a circuito abierto. Si la batería es un
monoblock de 12V (6 celdas), la tensión a circuito abierto que
mediremos, cuando se encuentra bien cargada, será de 12,87V.
Tomado del sitio web de la empresa VZH. Esta es una empresa argentina con más de 15 años de permanencia en el mercado nacional dedicada a la provisión y servicio de Acumuladores Eléctricos ( Baterías Industriales y Automotrices).
