BATERÍAS INDUSTRIALES

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BATERÍAS Baterías Industriales

Las preguntas más frecuentes relacionadas con las baterías

¿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.

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¿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 alimen-

BATERÍAS ta 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.

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¿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.

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BATERÍAS ¿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. b. c. d. e.

la aplicación (estacionaria o ciclado) ubicación física (espacio disponible, acceso al lugar) condiciones ambientales (temperatura, ventilación) mantenimiento disponible (personal capacitado, distancia) condiciones para la recarga.

Para dimensionar una batería industrial se debe conocer: a. b. c. d.

tensión nominal y los límites de tensión admisible por parte del equipo o sistema a alimentar (por ejemplo, 48VDC +/- 10%) corriente o potencia de descarga duración de la misma temperatura promedio del lugar

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Se trata de uno de los temas claves en el trabajo con baterías. Y, en este espacio, no podemos extendernos mucho más en

BATERÍAS 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.

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¿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.

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BATERÍAS Recomendaciones de seguridad para el manejo de la batería 1. Las baterías producen gases inflamables. Nunca fume o acerque fuentes de calor. No produzca chispas eléctricas. 2. Si la batería es de electrolito líquido, efectúe su traslado con extremo cuidado para que no se derrame el electrolito ácido. Una batería siempre debe levantarse tomándola de la base; evite siempre hacerlo de los bornes: podría dañar el sellado de los mismos. 3. Si se derrama electrolito ácido en la ropa o en el cuerpo, lave inmediatamente con abundante agua durante no menos de 15 minutos; si hubiera salpicaduras en los ojos, no los cierre y lávelos con agua durante el tiempo ya mencionado; recurra a un médico o servicio oftalmológico lo antes que sea posible. Cuando el derrame sea más importante, y encontremos electrolito en el piso, se debe tener en cuenta que la composición de este (en peso) es de, aproximadamente un 45% de ácido sulfúrico concentrado. Entonces, recordemos que jamás se debe arrojar agua sobre un ácido. O sea, seamos absolutamente claros: no arrojar agua sobre el derrame. Lo que se debe hacer con un derrame de ácido, como ocurre con otros productos químicos, es absorberlo, para luego descartar el material absorbente impregnado en un cesto o bolsa para residuos peligrosos (en otras palabras, no se debe descartar con la basura domiciliaria). Una vez absorbido el derrame, cualquier traza o mancha de electrolito que quede en el piso y pueda tener un efecto residual, puede neutralizarse limpiando mediante una solución de bicarbonato de sodio (125g por litro de agua) seguida de un enjuague final con agua. 4. Al conectar las terminales de un cargador externo a la batería, poner el cable (rojo) positivo al borne positivo y el cable (negro) negativo al borne negativo. Si la batería aún está conectada a algún equipo, previamente, desconecte el borne negativo. 5. Recuerde que una batería es un equipo eléctricamente activo (o “vivo”). Trátelo con el mismo respeto y cuidado con el que manipula los equipos conectados a la red de corriente alterna. Además cuide que la tapa o cubierta superior esté limpia y no deje elementos metálicos sobre la misma. Utilice herramientas aisladas con termocontraible (o cinta aisladora en el peor caso), quítese los anillos y relojes de malla metálica al trabajar. 6. Asegúrese que, al instalar la batería, la polaridad de las terminales sea la correcta; de lo contrario, podría dañar el equipo a alimentar. 7. Las baterías contienen plomo en su interior. Por lo tanto, cuando la capacidad es mayor a 50Ah, su peso pasa a ser considerable. Recuerde que no es su espalda, sino sus piernas y rodillas, las que deben realizar el esfuerzo más importante cuando levante una batería del piso. Siempre que pueda, y obligatoriamente cuando el peso exceda de 30 Kg, recurra a la ayuda de otra persona y al empleo de elementos de izaje.

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8. Por el mismo hecho de que contiene plomo (además de ácido sulfúrico), al final de su vida útil, una batería no puede descartarse con la basura domiciliaria. Ingrésela a un circuito de reciclado entregándola a quien le suministre la batería nueva (el reciclado de baterías de plomo-ácido está regulado por la Resolución 544/94 de la Secretaría de Medio Ambiente de la Nación).

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