Autor: Grupo de soporte técnico de Megger North America (TSG)
Es esencial comprobar periódicamente las baterías de almacenamiento, sobre todo las que se utilizan para suministros de emergencia. A menudo, las baterías pasan desapercibidas y no se utilizan durante largos periodos, y apenas dan señales externas de deterioro o avería. Sin embargo, si no funcionan como se espera de ellas cuando se les pide que lo hagan, el resultado puede ser catastrófico.
Los dos métodos más utilizados para evaluar el estado de las baterías son las pruebas de impedancia y las pruebas de descarga. La prueba de impedancia es un procedimiento en línea que puede realizarse con frecuencia para identificar las celdas débiles antes de que fallen. Esta prueba estima el rendimiento que puede esperarse de la batería en su estado actual. Proporciona información valiosa, pero los resultados son siempre "estimaciones óptimas" y no una evaluación definitiva.
En cambio, la prueba de descarga, también conocida como prueba de carga o prueba de capacidad, es una prueba fuera de línea que mide la salida real de toda la cadena de baterías. Es la única prueba que puede medir con precisión la capacidad real de una cadena y, por este motivo, es obligatoria según las normas IEEE. Una prueba de descarga revela lo que ocurrirá realmente si se exige a la batería que soporte la carga.
Las normas relevantes son IEEE 450-2002 Práctica recomendada para el mantenimiento, pruebas y sustitución de baterías de plomo-ácido ventiladas para aplicaciones estacionarias, e IEEE 1188-1996 Práctica recomendada para el mantenimiento, pruebas y sustitución de baterías de plomo-ácido reguladas por válvula (VRLA) para aplicaciones estacionarias.
Las pruebas de descarga se realizan con poca frecuencia en la mayoría de las aplicaciones, ya que requieren mucho tiempo y la batería debe desconectarse de la red. Normalmente, se recomienda realizar este tipo de pruebas en cualquiera de las siguientes condiciones:
- Cuando la batería es nueva, como parte de la prueba de aceptación.
- A los dos años de la prueba inicial, a efectos de garantía.
- Posteriormente, como mínimo, cada 25 % de la vida útil prevista de la batería o cada 6 años, según cuál sea el intervalo más corto.
- Anualmente, cuando la batería haya alcanzado el 85 % de la vida útil prevista, o si la capacidad ha disminuido más de un 10 % desde la prueba anterior, o está por debajo del 90 % del valor nominal del fabricante.
- Si el valor de impedancia de la batería ha cambiado significativamente.
A veces se expresa la preocupación de que las pruebas de descarga reduzcan la vida útil de una batería: de hecho, se han denominado pruebas destructivas porque las celdas débiles pueden fallar durante la prueba. Sin embargo, es mejor descubrir estas celdas débiles durante la prueba que cuando la batería tiene que suministrar su carga.
En teoría, la prueba acorta ligeramente la vida útil de la batería. Sin embargo, una batería típica tendrá una vida útil de al menos 1.000 ciclos de carga/descarga, y es probable que las pruebas de descarga se realicen sólo cuatro o cinco veces a lo largo de toda la vida útil de la batería. Dado que se trata de un porcentaje tan pequeño del total de ciclos de carga/descarga disponibles, el impacto sobre la salud y la vida útil general de la batería, en términos prácticos, es insignificante. En realidad, es mucho mejor conocer la verdadera capacidad de la batería y confirmar que realmente soportará la carga requerida, que preocuparse por el minúsculo efecto que las pruebas de carga puedan tener sobre la vida útil total de la batería.
Pruebas de descarga sin problemas
Aunque la prueba de descarga es la única prueba real de la capacidad de una cadena de baterías, es innegable que requiere una cantidad considerable de tiempo y esfuerzo, por lo que es importante asegurarse de que se desarrolla sin problemas y sin necesidad de repeticiones. Los siguientes pasos le ayudarán a conseguirlo:
1. Asegúrese de que la batería (o baterías) que va a probar se ha mantenido en su estado de carga completa (normalmente mediante carga flotante) durante al menos 72 horas antes de iniciar la prueba. Esto garantizará que los resultados de la prueba de descarga representen con precisión la capacidad de la batería.
2. Realice una prueba de impedancia y mida la resistencia de las conexiones entre elementos antes de iniciar la prueba de descarga. Esto garantizará que la ruta eléctrica en la cadena de baterías se ha comprobado minuciosamente antes de comenzar la descarga de alta corriente.
Figura 1: Ejemplo de hoja de especificaciones para pruebas de descarga de baterías
Figura 2: Capacidad de corriente en función de la tensión para la serie TORKEL 900
3. Decida el tipo de prueba de descarga que va a realizar. Hay muchos tipos diferentes de pruebas de descarga, incluyendo corriente constante, potencia constante, resistencia constante y perfil de carga. La corriente constante es el tipo de prueba que se realiza con más frecuencia.
4. Compruebe las especificaciones de la prueba de descarga de la batería sometida a prueba. Esto le ayudará a planificar la prueba. Las especificaciones incluirán la tensión de la celda final (que suele ser de 1,75 V o 1,8 V por celda para las baterías de plomo-ácido) y una tabla de velocidades de descarga. Utilizando la tabla, se puede elegir la duración de la prueba en función del ciclo de trabajo de la batería, lo que permitirá determinar la corriente de prueba correspondiente. Por ejemplo, con la tabla de la figura 1, se necesitaría una corriente de prueba de 19 A para una prueba de descarga de 5 horas en el modelo de batería seleccionado.
5. Disponga un banco de baterías de reserva si es necesario. Se puede utilizar un banco de baterías de reserva para alimentar la carga mientras la cadena de baterías sometida a prueba está fuera de línea. La batería de reserva también será necesaria una vez finalizada la prueba para dar tiempo a que se recargue la cadena que se ha probado.
6. Asegúrese de que el banco de carga puede soportar la corriente de prueba requerida. Con corrientes de prueba elevadas, un único banco de carga puede no ser suficiente. Este problema puede solucionarse utilizando bancos de carga adicionales conectados en paralelo, o utilizando una corriente de prueba inferior y aumentando la duración de la prueba. Para los bancos de carga de la serie TORKEL 900, en la hoja de datos (véase la figura 2) se ofrece información completa sobre la capacidad de descarga. Como ayuda adicional, puede utilizarse el paquete de software TORKELCalc para determinar la configuración necesaria para adaptarse a una corriente de descarga determinada.
Figura 3: Conexión de los cables de detección de tensión
Figura 4: Configuración de la prueba de descarga con BVM para medir la tensión de la célula
Figura 5: Captura de pantalla de la interfaz gráfica de TORKEL que muestra los límites de la prueba
7. Realice las conexiones de prueba de forma segura mientras la batería que se va a probar sigue conectada al cargador. Las conexiones deben realizarse correctamente para garantizar que la alta corriente que fluye durante la prueba no provoque un calentamiento excesivo. La tensión de los bornes de la batería puede medirse con precisión utilizando cables sensores de tensión independientes, como se muestra en las conexiones punteadas de la figura 3. Esta disposición elimina el efecto de la tensión de los bornes de la batería. Esta disposición elimina el efecto de la caída de tensión en los cables de corriente entre el equipo de prueba y la batería sometida a prueba.
8. Controle los voltajes de cada célula. Las celdas malas de una cadena pueden descargarse mucho más rápido que las buenas. Para permitir que la prueba de descarga continúe, puede ser necesario puentear las celdas defectuosas para evitar efectos como la inversión de polaridad. Por lo tanto, es importante controlar la tensión de cada una de las celdas de la cadena de baterías mientras se realiza la prueba de descarga. Esto puede hacerse con accesorios de monitorización de la tensión de la batería (BVM), como se muestra en la figura 4. Deben utilizarse las sondas de tensión correctas para garantizar que las conexiones a las celdas individuales puedan realizarse fácilmente.
9. Programe los parámetros de prueba en el equipo de prueba de descarga. Estos incluyen el método de prueba, el método de cálculo de la capacidad, la temperatura de prueba, la corriente de prueba, la duración de la prueba, la capacidad nominal (corriente de prueba x duración de la prueba), los límites de advertencia y los límites de parada. Puede establecerse un límite de advertencia para la tensión de cada célula (por ejemplo, 1,75 V por célula). Además, podría establecerse un límite de parada para la tensión de la batería (por ejemplo, 1,75 V por celda x 24 celdas = 42 V). En la figura 5 se muestran ejemplos de estos ajustes en un equipo de prueba TORKEL. Se podría establecer un límite de advertencia adicional a una tensión ligeramente superior a la tensión final de la batería, de modo que la persona que realiza la prueba reciba una alerta cuando ésta esté a punto de finalizar.
10. Tenga en cuenta que algunas células alcanzarán la tensión final antes que las demás. La prueba de descarga descarga todas las células, e inevitablemente algunas se descargarán antes que otras. La prueba no debe detenerse cuando una celda alcanza la tensión final, sino que debe continuar hasta que la tensión media de la celda sea igual a la tensión final de la celda. Por ejemplo, si la tensión final de la batería que se está comprobando es de 1,75 V y la batería tiene 60 elementos, la prueba debe continuar hasta que la tensión de la batería sea de 60 x 1,75 V = 105 V. En este punto, es perfectamente posible que algunas celdas estén a 1,8 V y otras a 1,6 V.
11. Esté preparado para puentear las celdas defectuosas. Algunas celdas de la cadena de baterías se descargarán más rápido que otras. Los procedimientos de prueba del IEEE para baterías de plomo-ácido (VLA y VRLA) establecen que la prueba de descarga puede detenerse una vez para puentear las celdas que están a punto de invertir la polaridad. La duración máxima permitida de este "período de inactividad" es el 10 % de la duración de la prueba o 6 minutos, lo que sea menor. Después de la derivación, es necesario ajustar la tensión final de la batería en función del número restante de células de la cadena. También es necesario evaluar la necesidad de puentear las celdas. Si sólo hay unas pocas celdas defectuosas en una cadena, la prueba puede continuar, pero si, por ejemplo, la mitad de las celdas de la cadena se descargan prematuramente, debe detenerse la prueba y sustituirse la batería.
12. Registre la tensión de flotación de cada célula. Tener conectados los BVM facilita mucho esta tarea. Para una batería de plomo-ácido, la tensión de flotación suele ser de unos 2,2 V.
13. Prepárese para iniciar la prueba. Apague el cargador, desconecte la carga y, si es necesario, transfiérala al banco de baterías de reserva (no obstante, es posible probar una batería con la carga conectada utilizando un TC accesorio para medir el flujo de corriente externa).
14. Inicie la prueba.
15. Supervise los datos de descarga para asegurarse de que la prueba progresa sin problemas. La captura de datos en tiempo real permite ver los valores de la prueba en directo y evaluar el progreso en relación con los límites de prueba programados.
16. Al final de la prueba, guarde los datos de descarga y anote el porcentaje de capacidad. Para una prueba de descarga que dure una hora o más, se puede utilizar la siguiente fórmula para calcular el porcentaje de capacidad:
El tiempo calculado para alcanzar la tensión final debería estar disponible en los datos del fabricante de la batería (véase la figura 1). Es posible que el fabricante también facilite el factor de corrección de la temperatura, pero, si no es así, pueden utilizarse los valores facilitados en la norma IEEE 450.
17. Vuelva a conectar la batería al cargador. Tenga en cuenta que la corriente de carga será inicialmente alta, ya que la batería se ha descargado mucho durante la prueba. El cargador deberá estar en buenas condiciones para suministrar la corriente necesaria.
Una inversión segura
Las baterías son activos costosos que desempeñan un papel importante y a menudo crítico en los sistemas eléctricos modernos. Por lo tanto, es esencial asegurarse de que se mantienen en buen estado y de que su rendimiento se evalúa con regularidad y precisión. La clave para conseguirlo es aplicar un programa de pruebas que incluya tanto pruebas rutinarias de impedancia como, a intervalos menos frecuentes, pruebas de descarga cuidadosamente planificadas. Los instrumentos de prueba modernos, como los de la gama de pruebas de baterías de Megger, ofrecen resultados fiables y facilitan la realización de ambos tipos de pruebas. Para todos los usuarios de baterías, estas pruebas son una buena inversión que les reportará excelentes beneficios, sobre todo porque les ayudará a eliminar el riesgo de que las baterías dejen de funcionar cuando más las necesitan.
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