Autores: Arellano Miguel, Speranza Armando. Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas (CIES), FIIIDT. ç
Resumen
Las baterías de ciclo profundo, descarga profunda ó estacionaria, son acumuladores de energía para aplicaciones de uso continuo con consumos de corrientes medios-altos, con profundidades de descargas y picos de corriente moderados. Es decir, son el tipo de batería ideal para instalaciones eléctricas aisladas como también en sistemas ininterrumpidos de potencia (UPS del inglés, Uninterruptible System Power).
Consecuencia del detrimento de la calidad del servicio de distribución de electricidad, muchos sectores (residencial, comercial, industrial, salud, entre otros) se han visto en la necesidad de implementar distintos medios de generación de electricidad y equipos como los sistemas ininterrumpidos de potencia (UPS) con la finalidad de prolongar y garantizar continuidad en el servicio de electricidad. Los sistemas ininterrumpidos de potencia (UPS) son de especial interés por la alta demanda y su posterior mantenimiento específicamente las baterías de ciclo profundo. Es por esto que en este artículo se hará referencia a este componente y sus características técnicas.
Baterías de ciclo profundo
Las baterías son unidades de almacenamiento de energía con expectativa de vida útil definida, esta se ve seriamente afectada por las condiciones de operación. Siendo un componente crítico de un sistema eléctrico, requiere mantenimiento periódico para alcanzar la expectativa de vida. El tiempo de uso de una batería implica un deterioro paulatino como se muestra en el gráfico (figura 1).
A medida que se incrementa el tiempo de operación (ciclos de carga/descarga), la capacidad de la misma va mermando. Las normas establecen que una batería con una capacidad menor al 80% de su capacidad nominal, debe ser reemplazada.
Clasificación de baterías
· Plomo-Ácido Abierta (Electrolito líquido)
Las baterías plomo-ácido abiertas son las baterías monoblock más económicas del mercado. Compuestas, por lo general, por 6 celdas de 2V (Voltios) cada una conectadas en serie para suministrar 12V.
· Plomo-Ácido regulada por válvula (Electrolito absorbido)
Las baterías AGM son otro tipo de batería sellada VRLA (batería de ácido-plomo regulada por válvula). Al igual que las de gel, están basadas en la tecnología de las baterías plomo-ácido y no requieren de mantenimiento. Las baterías AGM (Absorbet Glass Mat, material absorbente de fibra de vidrio), tienen separadores de fibra de vidrio empapado con el electrolito.
· Plomo-Ácido sellada (Electrolito Gelificado)
Las baterías de gel son baterías selladas que no requieren de mantenimiento. Son de tipo VRLA (batería de ácido-plomo regulada por válvula). Estas baterías son una evolución de las plomo-ácido abiertas, ya que el electrolito, en lugar de estar en estado líquido, es una especie de masa espesa gelatinosa.
· Niquel-Cadmio (Ni-Cd)
Baterías recargables de uso doméstico e industrial. Utilizan un cátodo de hidróxido de níquel y un ánodo de un compuesto de cadmio. El electrolito es hidróxido de potasio. Esta configuración de materiales permite recargar la batería una vez está agotada, para su reutilización. Sin embargo, su densidad de energía es de tan sólo 50 Wh/kg, lo que hace que tengan poca capacidad.
· Litio
Las baterías de litio son totalmente distintas y son también las más modernas. Cuentan con unas características superiores a las baterías convencionales, entre las que se incluyen una vida útil más larga y que son más resistentes a las descargas profundas. Sin embargo, son las baterías más caras en la actualidad.
Aplicaciones
Las baterías ampliamente usadas en los sistemas ininterrumpidos de potencia (UPS) son las selladas Plomo-Ácido de libre mantenimiento (VRLA o Electrolito Gelificado), el dimensionamiento y selección del banco de baterías depende en gran medida de la carga eléctrica ó equipos a proteger. Podemos clasificarlas en tres tipos de aplicaciones UPS / SUBESTACIONES / TELECOMUNICACIONES (ver tabla 1).
Tabla 1. Aplicaciones de baterías de ciclo profundo [6]
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UPS |
SUBESTACIONES |
TELECOM |
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Ciclos/Año |
10-20 |
2-5 |
<10 |
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Tiempo del ciclo |
15 minutos |
1 hora |
8 horas |
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Salida de corriente |
Muy alta |
Alta |
Mediana |
Mantenimiento
En los bancos de baterías en imprescindible realizar tres tipos de mantenimientos, los cuales son definidos a continuación:
Correctivo
Es un tipo de mantenimiento que se basa en arreglar las averías conforme van surgiendo.
Preventivo
Trata de un conjunto de tareas de mantenimiento que tienen como objetivo mantener las instalaciones anticipándose a las averías.
Predictivo
Se trata de un conjunto de tareas de mantenimiento con el fin de predecir cuándo empieza a fallar una determinada máquina o equipo.
Por lo anteriormente expuesto, en la siguiente tabla se desglosa las distintas actividades relacionadas con los tipos de mantenimientos.
Tabla 2. Tipos de mantenimiento en banco de baterías [5]
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Predictivo |
Preventivo |
Correctivo |
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Medición de resistencia interna |
Recarga |
Cambio de celdas |
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Medición de capacidad |
Ciclo de carga |
Cambio de celdas |
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Medición de Corriente, Voltaje, Temperatura |
Regulación del cargador |
Reparación/Cambio del cargador |
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Medición de densidad y nivel |
Corrección del electrolito |
Cambio del electrolito |
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Medición Resistencia de puentes |
Limpieza de bornes/Ajustes |
Cambio de puentes |
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Inspección visual |
Limpieza |
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Métodos de Prueba
Inspección visual
Consiste en evaluar el estado actual del banco de baterías, bornes, cables, sala, fuga de gases, derrame de líquidos, entre otros aspectos
Tensión de flotación y Corriente de flotación
La tensión y corriente de flotación son los niveles que mantiene el cargador de batería para mantenerlos en su valor nominal. Esto debido a que la batería si no está programado su uso, se autodescarga sino se mantiene a estos valores.
Corriente de ripple
Corriente de rizado del cargador de baterías, por norma se establece un porcentaje de la tensión nominal del cargador.
Densidad y Temperatura
El electrolito es una disolución de ácido sulfúrico tal que su densidad dada en g/ml varía dependiendo del estado de carga de la batería.
La temperatura de la batería está asociada al proceso electroquímico durante la carga/descarga como también a la temperatura ambiente donde se encuentra instalada y en funcionamiento.
Pruebas Óhmicas
Resistencias de puentes
Consiste en la medición de las resistencias de los puentes (cables), dichos valores deben estar en un rango aceptable con la finalidad de no afectar la tensión en la carga del bus DC.
Pruebas de descarga
Es una prueba absoluta, es decir, una prueba única que informa la capacidad real en Amperes-Horas de la batería. Normalmente se requiere sacar el banco de servicio.
Con esta prueba se determina dos parámetros de cada batería
Estado de salud (SOH del ingles, State of Health)
Estado de carga (SOC del ingles, State of Charge)
Los mismos son indicadores para mantener en operación o dejar fuera de servicio dicha batería.
Referencias
[1] tdworld.com: Do you know where your batteries. 2020
[2] https://www.generatuluz.com/tu-propia-instalacion-aislada/tipos-de-baterias-y-sus-caracteristicas. 2020
[3] IEEE Std. 450 Recommended Practice for Maintenance, Testing, and Replacement of Vented Lead-Acid Batteries for Stationary Applications. 2002
[4] IEEE Std. 1106 IEEE Recommended Practice for Installation, Maintenance, Testing, and Replacement of Vented Nickel-Cadmium Batteries for Stationary Applications. 2006
[5] IEEE Std. 1187 Recommended Practice for Installation Design and Installation of Valve-Regulated Lead-Acid Batteries for Stationary Applications. 2013
[6] IEEE Std. 1188 Recommended Practice for Maintenance, Testing, and Replacement of Valve-Regulated Lead- Acid (VRLA) Batteries for Stationary Applications. 2005
[7] https://megger.com. 2005
Contactos: ma.arellanob@gmail.com;