Cap.13 Bancos De Baterias 2p223x

COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD

GERENCIA DE DISTRIBUCION

CAPITULO 13 BANCOS DE BATERIAS Y CARGADORES Las baterías son un elemento de vital importancia en una subestación. Son la fuente de alimentación de corriente directa permanente para los sistemas de protección, control, señalización y operación de los equipos de desconexión automática. Por tal motivo. en una contingencia por falla u operación anormal de algún componente del sistema eléctrico, la batería y su cargador asociado, representan una condición estratégica para que dicha contingencia pueda ser liberada de manera adecuada. Estrictamente hablando, no es correcto referirse a una batería con el termino “banco de baterías”, ya que una batería está formada por celdas. Así entonces, un banco de baterías correspondería a una instalación en la que se tienen dos o más baterías. Sin embargo, ha sido practica generalizada el referirse a una batería como un “banco de baterías”, y a una celda como una “batería”. En este capítulo solamente se hace referencia a las baterías del tipo plomo-ácido abiertas, ya que son las más comúnmente utilizadas en las instalaciones de Comisión Federal de Electricidad, por su economía, vida útil esperada y confiabilidad de operación. Para que una batería funcione de manera confiable se requiere trabajar adecuadamente en todas las fases de su vida, partiendo de su recepción y siguiendo con su almacenamiento, instalación, puesta en servicio, operación, mantenimiento y pruebas. En el capítulo se exponen aspectos básicos relativos a los puntos anteriores, sin dejar de incluir el tema fundamental de la seguridad del personal. Al final se agrega una sección en donde se mencionan aspectos de seguridad ecológica, los cuales se deben respetar con el fin de evitar daños al medio ambiente. 13.1

TEORÍA GENERAL

Como se estableció anteriormente, una batería esta conformada por un conjunto de celdas; existiendo diferentes tipos de baterías estacionarias. En cuanto a su constitución química, las baterías pueden ser: ƒ

Baterías plomo-ácido

ƒ

Baterías alcalinas

Dentro de cada uno de estos tipos, las hay abiertas o selladas. Las placas y el electrólito de cada tipo están fabricados con diferentes materiales químicos, por lo que sus mantenimientos y tensiones de operación por celda también son distintos.

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Las baterías plomo-ácido abiertas están formadas por elementos individuales llamados celdas. Así se pueden tener baterías de 120, 60, 24 y 12 celdas, con tensiones respectivas de 250, 125, 48 y 24 VCD. Cada celda tiene una tensión nominal de 2,0 VCD en circuito abierto, en sus postes terminales, independientemente de su capacidad. La capacidad de las celdas, y por lo tanto de la batería, está relacionada con el tamaño y cantidad de las placas, la temperatura, la densidad del electrólito, el período de descarga y la tensión final de descarga. Se denominan baterías abiertas aquellas a las que se les puede agregar y retirar líquido (agua desmineralizada o electrólito), a diferencia de las baterías selladas (que disponen de una válvula de alivio de presión) y las que no se les puede agregar líquido. Debe tenerse presente que las baterías son “máquinas” electroquímicas y que aunque no produzcan sonidos, no tengan partes móviles y no se aprecien cambios físicos en su interior, como en otras máquinas; en su parte interior siempre se está realizando una reacción química que está modificando la estructura molecular de las placas y del electrólito, independientemente de que las baterías estén o no conectadas al cargador o a la instalación de corriente directa. Esto ocurre una vez que se ha agregado el electrólito. En las baterías selladas, la reacción química siempre está presente debido a que ya contienen el electrólito en forma de gel u otro estado. Cada celda está formada básicamente por: ƒ

Placas positivas y negativas, con sus respectivos postes positivo y negativo

ƒ

Puentes, que conectan las placas de la misma polaridad

ƒ

Electrólito, el cual es una solución acuosa de ácido sulfúrico diluido en agua desmineralizada

ƒ

Separadores, cuya finalidad principal es evitar que las placas positivas se cortocircuiten con las negativas

ƒ

Vaso que contiene a las placas, los separadores y al electrólito

ƒ

Tapa o cubierta, que es por donde sobresalen los postes. La tapa contiene aberturas u orificios para llenado

ƒ

Orificio de llenado y/o medición de la densidad del electrólito; en algunos diseños la abertura para medir la densidad del electrólito es independiente de la de llenado; las aberturas tienen sus respectivos tapones. Algunos de los tapones de llenado pueden ser a prueba de flama

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Para que las baterías plomo-ácido abiertas, funcionen adecuadamente requieren de: a) Una correcta instalación. Si esta instalación no se hace como es debido, principalmente con la instalación de los conectores intercelda, la batería no funciona debidamente. b) Una puesta en servicio de acuerdo con las instrucciones del fabricante. A esta puesta en servicio también se le conoce con el nombre de “carga de activación o reactivación”. Si esta puesta en servicio no se realiza en el tiempo y con los valores recomendados, la batería puede dañarse desde el principio, acortar su vida y no entregar su capacidad nominal. c) Una operación adecuada, fundamentalmente que la batería siempre se mantenga cargada. d) Un mantenimiento continuo y bien realizado, con registro histórico y gráfico de sus mediciones. e) Realización de pruebas para determinar su estado operativo y su vida residual estimada. Una batería que se pone en servicio adecuadamente, bien operada (primordialmente que siempre se mantenga cargada) y con buen mantenimiento, tiene una vida útil estimada operando en flotación, de acuerdo con la tabla 13.1 (Ref. Exide, section 58.00) representativa (los valores de la vida esperada pueden cambiar de acuerdo con las diferentes marcas y tipos de los diversos fabricantes). Todas las mediciones y observaciones llevadas a cabo al efectuar trabajos de instalación, mantenimiento o pruebas, deben registrarse en los formatos respectivos y resguardarse para cualquier referencia futura y para analizar el comportamiento de la batería a lo largo de su vida útil.

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TABLA 13.1 VIDA ESPERADA APROXIMADA DE BATERÍAS PLOMO-ÁCIDO ABIERTAS, OPERANDO EN FLOTACIÓN Y EN CICLOS DE CARGA-DESCARGA, DE ACUERDO CON LA TEMPERATURA DEL ELECTRÓLITO Temperatura de operación Promedio

Capacida d en 8 h

( °C )

(%)

42 109 33 105 25 100 17 92 8 83 Vida aproximada en ciclos con descarga al 80 %

Placa plana Rejilla de placas Rejilla de placas con aleación de con aleación de Antimonio Calcio Esperanza de vida operando en flotación (años) 7-8 6 5 14 - 16 12 10 22 20 20 25 22 22 30 25 25 Placa tipo tubular

1200

300

50

Se debe tener presente que la información de vida esperada indicada en la tabla 13.1, aplica para baterías plomo-ácido abiertas y no para baterías plomo-ácido selladas, así como, que las tensiones de operación de las baterías plomo-ácido abiertas y selladas son diferentes. La vida operativa de la batería depende de su temperatura ambiente, la frecuencia y profundidad de las descargas, la rapidez de la descarga, la tensión de recarga y, principalmente de que la batería se conserve siempre bien cargada, en lo cual influye sobremanera el valor de la tensión de flotación del cargador. 13.2

RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD.

Solamente debe permitirse el al cuarto de baterías a aquel personal autorizado y con conocimiento de los procedimientos de instalación, operación, mantenimiento y carga de las baterías. 13.2.1

CUARTO DE BATERÍAS.

El cuarto de baterías, como su nombre lo indica, debe emplearse exclusivamente para las baterías y no para instalar o almacenar equipo diverso. Debe satisfacer con el siguiente equipamiento y normas básicas de seguridad: ƒ

Bien ventilado y diseñado para evitar la acumulación de gas hidrógeno

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ƒ

Instalación eléctrica a prueba de explosión (lámparas y extractores de aire)

ƒ

Equipo para extinción de fuego cerca del cuarto

ƒ

Extractor de aire calculado para evitar una acumulación mayor del 2 % de hidrógeno en el cuarto de baterías

ƒ

Señalamientos indicando la prohibición de fumar, encender fuego o provocar chispas

ƒ

Aprovisionamiento, portátil o permanente, de agua limpia y equipo para neutralizar salpicaduras de ácido (lavaojos, lavamanos y regadera)

ƒ

Apagador de lámparas instalado en el exterior del cuarto

ƒ

Instalar en el exterior del mismo, el cargador de la batería y cualquier otro equipo que pueda provocar chispas, arcos eléctricos o fuego, durante su operación o falla.

ƒ

Bicarbonato de sodio para neutralizar el ácido

ƒ

Botiquín de primeros auxilios

El personal que realiza trabajos en la batería, no debe portar rios, como relojes con acabados metálicos, anillos, joyas, etc., que puedan ocasionar accidentes. Antes de efectuar trabajos debe ventilarse el cuarto por un tiempo suficiente, para desalojar el hidrógeno que pudiera haberse acumulado. 13.2.2

EQUIPO DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN.

El personal que instale, opere y realice actividades de mantenimiento en la batería, debe usar equipo de seguridad como: ƒ

Casco de seguridad (que no sea metálico)

ƒ

Botas de hule o caucho

ƒ

Careta protectora o lentes de seguridad

ƒ

Delantal o mandil fabricado con material polimérico

ƒ

Guantes de material polimérico

ƒ

Herramientas aisladas

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ƒ

Equipo para levantar las celdas, cuando sea necesario

ƒ

Ropa de algodón para reducir la carga estática

13.2.3

MANEJO DEL ELECTRÓLITO.

Debe evitarse el salpicar con el electrólito, recordando que el mismo es una solución de ácido sulfúrico diluida en agua. Si el ácido llegase a alcanzar los ojos, de inmediato deben enjuagarse abundantemente con un chorro de agua limpia durante varios minutos y posteriormente debe consultarse a un médico. Si el electrólito llega a estar en o con la piel, debe enjuagarse inmediatamente con agua limpia (Figura 13.1).

Fig. 13.1 PRECAUCIONES CON EL ELECTROLITO Una solución de bicarbonato de sodio diluido en agua, en una proporción de 125 gramos por litro de agua, neutraliza salpicaduras accidentales de ácido en la ropa y otros materiales. Debe aplicarse la solución hasta que deje de burbujear y luego enjuagar con agua limpia. 13.2.4

PREPARACIÓN DEL ELECTRÓLITO.

En caso de no disponerse del electrólito proporcionado por el fabricante y es necesario agregarlo a las celdas, siempre debe agregarse ácido al agua y nunca agregar agua al

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ácido. El personal debe protegerse con careta, mascarilla contra gases, guantes, delantal y botas de hule. El ácido se debe verter lentamente y agitarse suave y constantemente para evitar una reacción química violenta. La reacción química eleva la temperatura de la solución, por lo que se recomienda tener el recipiente en donde se elabora la mezcla, en baño de agua fría para disipar la temperatura. Después de prepararlo, debe permitirse que se enfríe a una temperatura de 32 ºC, antes de vaciarlo en las celdas. La boca del recipiente debe apuntar en sentido contrario al personal. La calidad del ácido sulfúrico debe ser grado reactivo. En la gráfica de la Figura 13.2 (Ref. Electrical Engineers Handbook, Pender del Mar, Wiley, 4ª edición) se muestra la proporción en que debe mezclarse el ácido sulfúrico con el agua para obtener una densidad determinada. Por ejemplo, para obtener un electrólito con densidad de 1.210 g/dm3 se deben mezclar, aproximadamente 4.7 litros de agua por un litro de ácido sulfúrico cuya densidad sea de 1.835 g/dm3.

PREPARACIÓN DE ELECTRÓLITO

6 5 4 3 2

1.390

1.370

1.350

1.330

1.310

1.290

1.270

1.250

1.230

1.210

1.190

1.170

1 1.150

Litros de agua por cada litro de ácido

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Densidad electrólito (g/dm 3) a 15,5 ºC Fig. 13.2 PROPORCIONES PARA LA PREPARACIÓN DE ELECTRÓLITO CON DIFERENTES DENSIDADES

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13.2.5

VERIFICACIÓN DE LA DENSIDAD DEL ELECTRÓLITO.

El electrólito embarcado con la batería, puede tener una densidad 0.005 – 0.010 g/dm3 por debajo de la densidad nominal de la batería completamente cargada (1.210 g/dm3 a 25 ºC). Al terminar de cargar la batería la densidad del electrólito debe alcanzar su valor nominal. Antes de manejarse, siempre debe verificarse la densidad del electrólito con un hidrómetro o densímetro limpio y calibrado. Si la densidad tiene un valor de 1,400 g/dm3 o superior, debe sellarse inmediatamente el contenedor. Nunca debe intentarse el manejar ácido sulfúrico con una densidad mayor de 1,400 g/dm3, ya que representa una actividad muy peligrosa. La densidad del electrólito para baterías alcalinas níquel-cio tiene un valor de 1.170 – 1.190 g/dm3. Si al medir la densidad del electrólito, su valor está dentro de la escala anterior, es conveniente determinar el pH para asegurar que no es alcalino. El pH ácido tiene un valor de 0.0 – 6.9 y el pH alcalino tiene un valor de 7.1 – 14.0. El pH neutro tiene un valor de 7.0. Jamás se debe mezclar electrólito para baterías alcalinas con electrólito para baterías plomo-ácido, ya que se produce una reacción química violenta. 13.2.6

RIESGO DE CHOQUE ELÉCTRICO.

Las celdas conectadas en serie originan una tensión considerable en terminales de la batería, que puede ocasionar un choque eléctrico al personal. Deben aislarse los mangos de todas las herramientas utilizadas para apretar los tornillos de los conectores y nunca dejar herramientas en la parte superior de la batería. Durante la instalación siempre debe trabajarse con la batería sin aterrizar. Si se requiere conectar a tierra la batería, esta conexión se debe efectuar hasta el final. 13.2.7

PELIGRO DE EXPLOSIÓN.

Durante la operación de la batería se forma gas hidrógeno, el cual es explosivo si se enciende, por lo que nunca debe encenderse fuego, flama o provocar chispas en el interior del cuarto de la batería. Todo equipo que pueda provocar chispas o arcos eléctricos durante su operación, incluso por falla, debe instalarse afuera del cuarto de la batería. Las lámparas y el extractor deben ser a prueba de explosión y los apagadores del alumbrado deben estar afuera del cuarto.

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El cuarto de la batería debe tener ventilación adecuada para evitar una concentración mayor de 2 % del hidrógeno liberado (Ref. Norma IEEE Std. 484), y su diseño debe impedir que se queden atrapados depósitos de hidrógeno, principalmente en el techo. 13.2.8

LEVANTAMIENTO DE LAS CELDAS

Las celdas, sobre todo aquellas de mucha capacidad, son pesadas, por lo que no debe intentarse el levantarlas con los brazos y el cuerpo, ya que pueden sufrirse daños en la columna vertebral. Para levantarlas debe emplearse equipo de izamiento adecuado, como un montacargas. Para las celdas chicas no es necesario utilizar dicho equipo. Nunca deben levantarse las celdas por los postes o terminales, ya que se pueden dañar (Figura 13.3)

Fig. 13.3 LEVANTAMIENTO DE UNA CELDA

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13.3

RECEPCIÓN DE LA BATERÍA

Se debe disponer de la especificación CFE V7100-19 “Baterías Abiertas para Servicio Estacionario”, para constatar que la batería que se recibe y se va a instalar y a operar, cumple con lo estipulado. Tan pronto como se reciba la batería, revisar todo el embarque buscando evidencias de perjuicios durante su transportación, como material de empaquetamiento, embalaje o contenedores físicamente dañados o con manchas de ácido, o material faltante que venga relacionado en la lista de embarque. Comprobar que el contenido del “paquete de rios” es el que se documenta en la lista adjunta al embarque, para que no falten cables, conectores, tornillos, densímetro, etc. En caso de alguna no conformidad, se debe levantar una acta en presencia del transportista, en donde se reporten todas las no conformidades. Esta acta deben firmarla tanto el transportista como el personal encargado de recibir la batería. Después, se debe comunicar al proveedor del estado en que se recibió el embarque y acordar, por escrito, fechas para subsanar las no conformidades Si durante el desempaquetamiento, se encuentran vasos rotos, postes dañados, placas desalineadas, material de instalación y operación faltante, carencia de instructivos, etc., se debe informar al proveedor de la batería para que solucione estas irregularidades. Verificar que la densidad del electrólito, debe estar de acuerdo con los valores indicados en la especificación CFE V7100-19. Comprobar que la capacidad nominal sea la requerida y que los datos de placa de las celdas cumplen con lo indicado en la especificación CFE V7100-19, como son. ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Nombre o razón social del proveedor Tipo de construcción: plomo-ácido o alcalina Modelo de la celda Composición del electrólito Capacidad en ampere-hora a 8 h Régimen de descarga a 8 h Año de fabricación y número de serie Densidad a plena carga a 25 ºC Temperatura de operación: mínima y máxima Tensiones de flotación e igualación en VCD por celda Número de contrato de CFE Leyenda “CFE” o logotipo

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Si las celdas que se reciben ya traen electrólito en su interior, confirmar que el nivel del electrólito se encuentre entre las líneas de nivel bajo y alto. Si el nivel de alguna o algunas celda(s), es tan bajo que ha dejado al descubierto una parte de las placas, ordenar que se reemplacen esas celdas y tramitar la reclamación a quién corresponda. 13.4

ALMACENAMIENTO DE LA BATERÍA

La batería se debe almacenar en un lugar fresco, seco y a cubierto y por un tiempo no mayor al indicado en la documentación de embarque. 13.4.1

ALMACENAMIENTO DE BATERÍAS HÚMEDAS

Si la batería se recibió con electrólito en el interior del vaso, se dice que ya viene “cargada y húmeda”. En este caso no se debe dejar más de tres meses en circuito abierto desde la fecha de su fabricación. Mensualmente medir la densidad del electrólito. Si la densidad ha caído 25 puntos (0,025 g/dm3) por debajo de su valor nominal, se debe aplicar carga de igualación a la batería. Lo recomendable para almacenar una batería húmeda, es hacerlo instalada y conectada al cargador con tensión de flotación, para evitar que la autodescarga prolongada dañe permanentemente a las placas. No debe permitirse que se congele el electrólito, ya que se arruinarían las celdas y provocaría fugas peligrosas de electrólito. El electrólito se puede congelar a las temperaturas indicadas en la tabla 13.2.

TABLA 13.2 PUNTO DE CONGELAMIENTO DEL ELECTRÓLITO (*). Densidad a 25 ºC (g/dm3) 1,200 1,175 1,150 1,125 1,100

Punto de congelamiento -29 ºC -22 ºC -16 ºC -12 ºC -9 ºC

(*) Exide, section 50.00

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13.4.2

ALMACENAMIENTO DE BATERÍAS SECAS

A las baterías que se reciben sin electrólito en el interior de las celdas se les conoce como “cargadas y secas”. No quitar el sello de plástico de los orificios de las tapas, hasta que las celdas vayan a ser llenadas con electrólito, con el fin de prevenir el ingreso al interior de humedad y materiales extraños. Aunque no se recomienda que las baterías secas se almacenen por períodos mayores a 12 meses, desde su fecha de fabricación, puede ser necesario un almacenamiento más largo; en tal caso ponerse en o con el fabricante para seguir sus instrucciones. 13.5

INSTALACIÓN DE LA BATERÍA

Antes de aceptar e instalar una batería se debe verificar que cumpla con la especificación CFE V7100-19, como por ejemplo, la capacidad nominal, la información que debe contener la placa de datos, la densidad del electrólito y con lo estipulado en la licitación o documento de adquisición. Antes de proceder a instalar y poner en servicio la batería, se deben tener a la mano los manuales, instructivos, procedimientos y/o especificaciones de la batería, referentes al almacenamiento, instalación, manejo, montaje, puesta en servicio, operación, mantenimiento y pruebas. Si no se dispone de ellos se deben solicitar al proveedor de la batería. Se deben seguir las indicaciones contenidas en los manuales y procedimientos. Si se suministraron celdas de repuesto o reserva, a estas no se les debe agregar electrólito. Se deben almacenar secas, en un lugar fresco, seco y a cubierto y con los sellos a prueba de humedad colocados. 13.5.1

MONTAJE DE LA ESTRUCTURA SOPORTE O ESTANTE

La cimentación sobre la que se va a instalar la estructura o estante, debe estar nivelada, calculada y construida para soportar la masa de la batería. El piso puede hundirse y la batería dañarse si la cimentación del estante no está construida de manera adecuada. El estante o estructura soporte debe ser el diseñado para el tipo de batería en cuestión. Para armar el estante se deben seguir las instrucciones del fabricante, las cuales se suministran junto con la batería. Toda la tornillería debe apretarse con los valores de par de apriete especificados. El estante debe situarse en un lugar limpio, fresco y seco y no verse afectado por fuentes de calor como rayos solares, radiadores, unidades calefactoras, tuberías de vapor, etc. Variaciones de temperatura, entre celdas, mayores a 3,0 ºC, originarán un desbalance eléctrico de la batería.

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Existen estantes con varias hileras y con varios escalones, para lo cual se definen (ver Figura 13.4): •

Hileras: cuando las celdas quedan unas encima de otras.

•

Escalones: cuando las celdas quedan en forma de escalera, en varios niveles pero no encima unas de otras.

Fig. 13.4 HILERAS Y ESCALONES Si el diseño del estante es de dos o más escalones, ubicar el estante dentro del cuarto de la batería de tal forma que se faciliten las maniobras de instalación de la batería y, sobre todo, la toma de lecturas de tensión, densidad e impedancia, así como la limpieza y la reposición de agua, durante las labores de mantenimiento. En estantes con dos o más escalones se debe proveer espacio para que el personal transite libremente con su equipo, tanto al frente como en la partes posterior y laterales de la batería. Estantes con dos y más escalones no deben colocarse pegados a una pared. Para proporcionar estabilidad y seguridad a la batería el estante debe anclarse de acuerdo con el instructivo proporcionado. No se recomienda anclar el estante a ambos pared y piso, ya que se pueden originar esfuerzos encontrados en caso de sismo o temblor. Conecte el estante al sistema de tierra eléctrica de la instalación. 13.5.2

MANEJO DE LAS CELDAS

a) Las celdas de la batería no se deben levantar por los postes, hacerlo de esta manera puede dañarlas. Las celdas se deben levantar por la parte inferior del vaso mediante un cinto de izamiento. Antes de levantar la celda, colocar sobre la tapa el separador proporcionado. En celdas pequeñas no es necesario emplear cinto de levantamiento.

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b) No empujar las celdas; utilizar las esquinas del vaso o recipiente cuando se mueva la celda en el bastidor.

Fig. 13.5 MANEJO DE LAS CELDAS

13.5.3

INSTALACIÓN DE LAS CELDAS

a) Durante la instalación, operación y mantenimiento de la batería se deben emplear herramientas con mangos aislados, para evitar cortocircuitar los postes de las celdas. b) En caso de necesitarse, asegurar que funciona el equipo para levantar las celdas. c) No se deben dejar herramientas ni objetos metálicos en la parte superior de las celdas. d) No colocar las celdas en el estante hasta que ya esté completamente ensamblado y anclado. De otra forma el peso de las celdas puede causar desplazamiento y colapso del estante. e) Para proporcionar estabilidad, en un estante con varias hileras, iniciar la instalación de las celdas por la parte central del nivel inferior del estante y continuar hacia ambos extremos alternadamente. En un estante con varios escalones, puede ser más conveniente colocar las primeras celdas en el centro del escalón superior en lugar del inferior, para evitar manejar las celdas siguientes encima de las de abajo. f) Poner las celdas en el estante de tal forma, que el poste positivo de cada celda se pueda conectar con el poste negativo de la siguiente y que el orificio de muestreo quede al alcance del personal de mantenimiento y, al mismo tiempo, no quede pegado al estante.

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g) Las celdas de la batería no se deben instalar juntas unas a otras, con la finalidad de prevenir roturas en los vasos en caso de sismo o vibraciones y para su mejor ventilación y limpieza. Las celdas deben colocarse con la máxima separación posible que permitan los conectores intercelda y la longitud del estante. Las celdas colocadas en los extremos del estante no deben sobresalir del mismo. Algunos fabricantes proporcionan, para la instalación, un separador con el grosor adecuado para la separación de las celdas. h) Cada una de las celdas debe numerarse para poder contar con una referencia histórica de las mediciones, pruebas y mantenimiento efectuados durante su vida en operación. La numeración se debe iniciar por la terminal más positiva de la batería, empleando para ello números estarcidos o adheribles a una cara de las celdas, de tal forma que se puedan leer al colocarse el personal frente a la batería. La numeración no debe impedir ver los sedimentos de la batería ni el nivel del electrólito. Para la numeración debe emplearse material resistente al ácido sulfúrico. 13.5.4

CONECTORES INTERCELDA

Es de capital importancia que los conectores intercelda se instalen correctamente, de acuerdo con las instrucciones del manual de la batería. A falta de ellas se relaciona a continuación un procedimiento típico. Un montaje incorrecto de los conectores intercelda puede ocasionar una falla catastrófica de la batería y daños al personal. La limpieza inicial, preparación de las superficies y el apriete adecuado, asegura la mejor resistencia de o posible entre postes, conectores y zapatas de conexión; todos los cuales pueden tener irregularidades en el acabado de sus superficies de o. a) Antes de atornillar los conectores intercelda a los postes terminales, remover cualquier corrosión y/o grasa protectora o recubrimiento de gel de los postes y conectores intercelda, para que éstos hagan un buen o. Los conectores intercelda son soleras o barras de cobre recubiertas con plomo (plomizadas) y algunos postes pueden tener insertos de cobre, por lo que se debe tener cuidado, al limpiar estos componentes, de no exponer el cobre, ya que esto incrementará la resistencia de la conexión y acelerará la corrosión (presentación de sulfato de cobre). No utilizar cepillo de alambre, lima de desbaste, esmeril, lija o utensilios similares para limpiar los postes y conectores intercelda. b) Bruñir o frotar los conectores y postes con una fibra similar a la “Scotch Brite” o con un cepillo con cerdas de nylon duro. Todas las superficies de o eléctrico deben tener un acabado limpio y brillante, eliminando cualquier deslustre o decoloración.

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c) Limpiar y neutralizar todos los postes y conectores intercelda con una solución de bicarbonato de sodio y agua (125 gramos por litro de agua). Tener mucho cuidado de que esta solución neutralizante no ingrese al interior de las celdas. Enseguida limpiar con agua. No emplear solventes para limpiar las superficies de o, ya que pueden originar reacciones químicas adversas en la tapa o el vaso. d) Antes de ensamblar, aplicar una capa fina del material inhibidor y/o antioxidante recomendado o suministrado por el fabricante de la batería, en las superficies de o y en el material de conexión. Aplicar en exceso este recubrimiento favorece la acumulación de polvo y suciedad. Si el material recomendado es grasa NO-OXID, prepararla de la siguiente manera. Emplear una parrilla eléctrica u otro aparato de calentamiento similar. Calentar la grasa NO-OXID hasta que su consistencia sea la de una crema. No utilizar flama abierta como fuente de calentamiento. Tener cuidado de no sobrecalentar la grasa, ya que el tipo NO-OXID puede formar un barniz aislante cuando se sobrecalienta. Si la grasa llega a hervir, descartarla y desecharla. Utilizando una brocha de pintura de tamaño adecuado cubrir completamente todos los postes con grasa NO-OXID. También cubrir los extremos de los conectores intercelda con esta grasa. Cuando el conector intercelda esté instalado, el área cubierta por la grasa debe extenderse al menos 12 mm más allá del poste. e) Para efectuar las conexiones entre una y otra celda se deben emplear los conectores intercelda, pernos, tornillería y roldanas proporcionados por el proveedor de la batería, así como herramientas con mangos aislados. Si la orilla de las roldanas tiene filo en una de sus caras, esa cara no debe hacer o con el conector intercelda ya que dañaría su recubrimiento de plomo. No emplear roldanas de diámetro menor al suministrado, ya que se pueden deformar los conectores intercelda y originar un aumento en la resistencia de o de la conexión. f) Al realizar las conexiones en los postes, es muy importante que se empleen dos llaves de tuercas, una de ellas del tipo abierto en la cabeza del tornillo y la otra del tipo dinamométrica (torquímetro) en la tuerca, usadas en contrapar o momento de torsión en oposición, para evitar aplicar un esfuerzo excesivo en una de las caras. g) Las conexiones se deben apretar con el valor de par de apriete indicado en el instructivo de la batería. Apretar excesivamente dañará permanentemente a los postes; tener presente que el plomo es un material dúctil. Una vez que se han apretado todas las conexiones, reapretarlas una segunda y tercera veces. Al haber terminado el tercer reapriete, verificar el par de apriete en el 20 % de las conexiones; si el par de apriete de alguna conexión, está por debajo del valor especificado en más de 0,56 N⋅m (5 libra⋅pulgada), reapretar de nuevo todas las conexiones.

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Continuar con este proceso, verificando conexiones diferentes a las ya examinadas, hasta que todas las conexiones mantengan el par de apriete especificado. h) Utilizando un micro-óhmetro, medir y registrar la resistencia de cada conector intercelda del mismo tipo, midiendo de poste a poste, para que se incluyan las dos conexiones en los extremos del conector. Calcular el promedio de la resistencia de las conexiones. En el promedio, no incluir las resistencias de las conexiones entre escalones, sólo conexiones del mismo tipo. Reapretar los conectores intercelda que tengan una resistencia más grande del 10 % o 5 µΩ, cualquiera que sea mayor, del promedio calculado (norma IEEE Std 484). Medir la resistencia de toda conexión que se haya reapretado, reemplazar los valores medidos anteriormente por los nuevos, y volver a calcular el promedio de la resistencia de los conectores intercelda. Si después de reapretar, todavía la resistencia de algún conector intercelda es 10 % o mayor del promedio, desensamblar, limpiar y rehacer de nuevo la conexión. Medir la resistencia de cualquier conexión que se haya re-ensamblado y recalcular el promedio de las resistencias de los conectores intercelda. Repetir este proceso hasta que los valores de todas las resistencias de los conectores intercelda, tengan una desviación menor al 10 % del promedio. Calcular el valor promedio de la resistencia de los conectores intercelda (de tamaño similar) empleados para conectar celdas de un escalón con otro o de una hilera a otra, y repetir el mismo procedimiento. Registrar y guardar los valores finales de resistencia de las conexiones y el método de medición, para futura referencia durante los mantenimientos. 13.5.5

LLENADO DE LAS CELDAS CON ELECTRÓLITO

Se deben seguir las instrucciones del fabricante para el llenado de las celdas; a falta de ellas enseguida se ilustra un procedimiento representativo de llenado. a) Antes de agregar electrólito a las celdas cerciorarse de que el cargador esté funcionando correctamente y que el personal está listo y dispone del tiempo necesario para iniciar la carga de activación. b) Antes de vaciar el electrólito a las celdas, confirmar que el electrólito es el adecuado a la batería plomo-ácido y que tiene la densidad indicada por el fabricante. Puede suceder que se tengan recipientes de electrólito para baterías plomo-ácido (ácido sulfúrico diluido) y para baterías alcalinas (hidróxido de potasio) almacenados juntos y el personal los confunda, tomando electrólito de uno y otro tipo y los mezcle en el interior de la celda. Al mezclarse dos electrólitos diferentes, se produce una reacción

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química violenta que puede lesionar al personal que ejecuta este trabajo, además de dañar la celda. c) Asegurar que la cantidad de electrólito es suficiente para llenar todas las celdas de la batería y que se dispone de suficiente agua desmineralizada para la carga de activación. La cantidad de agua requerida durante la activación, depende de varias variables, por lo que no se puede predecir adecuadamente. d) Remover de los orificios de las tapas, los sellos de embarque y desecharlos. La finalidad de estos sellos es la de evitar el ingreso de humedad, suciedad y partículas extrañas al interior de las celdas, durante su transporte y almacenamiento. No retirar este sello de las celdas de repuesto que van a permanecer almacenadas. e) Una vez conectadas todas las celdas, vertir electrólito solamente a las celdas a las que se les va a aplicar la carga de activación, hasta la marca de nivel mínimo. Puesto que las tensiones de carga de activación son altas (2,50 – 2,60 VCD por celda), el cargador puede no ser capaz de activar toda la batería completa. Si este es el caso, por lo general sólo se debe vaciar electrólito, inicialmente, al 80% de las celdas. f) Para el llenado de las celdas debe utilizarse un recipiente de plástico de fácil manejo y un embudo. Se debe evitar derramar electrólito, así como acatar las recomendaciones de seguridad para su manejo. g) Después de llenar cada celda, colocar el tapón en su lugar. Si el tapón es del tipo antiflama, colocar la cubierta guardapolvo encima del tapón. h) Verificar la correcta polaridad de las celdas, midiendo la tensión en las terminales extremas de las celdas conectadas; la tensión debe tener un valor aproximado a la tensión individual de una celda multiplicada por el número de celdas (aproximadamente 2,05 VCD multiplicado por el número de celdas). Si la tensión medida es inferior al valor calculado, verificar la correcta polaridad de las celdas o la calibración del voltímetro. Al hacer esta corrección se evita la posibilidad de cargar celdas invertidas y de destruirlas. i) Después del llenado, dejar la batería en circuito abierto durante cuatro horas, para permitir que las placas se impregnen de electrólito; después de ese lapso, volver a llenar las celdas hasta la marca de nivel mínimo. Si las celdas cuentan con tapón antiflama, no quitar el tapón completo, sólo retirar la cubierta guardapolvo y rellenar por el orificio.

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13.6 CONEXIÓN DE LA BATERÍA AL CARGADOR Utilizar solamente corriente directa para cargar la batería. Con un voltímetro verificar la polaridad de las terminales del cargador y de los conductores de la batería que se van a conectar a él. Desconectar la alimentación de corriente alterna del cargador, conectar la terminal positiva de la batería a la terminal positiva del cargador y la terminal negativa de la batería a la terminal negativa del cargador. Energizar el cargador y seguir las instrucciones señaladas en el manual del mismo. Si la conexión de la polaridad del cargador y de la batería no es correcta, la batería completa se dañará irremediablemente cuando se esté cargando. 13.7 PUESTA EN SERVICIO El proceso de puesta en servicio de Bancos y cargadores de Baterías, es fundamental para una adecuada operación de estos equipos. En especial para que las Baterías lleguen a alcanzar los periodos de vida útil esperados, el aspecto de una adecuada puesta en servicio es vital, aunado a los ya descritos de preparación e instalación. A continuación se describe este proceso en función del estado en que son recibidas las Baterias. 13.7.1 PUESTA EN SERVICIO DE BATERÍAS QUE SE RECIBEN CON ELECTRÓLITO EN EL INTERIOR Como ya se indico a las baterías que se reciben con electrólito en el interior de los vasos se les conoce como “baterías húmedas y cargadas”. Una vez que a las celdas se les ha agregado electrólito se activa la reacción interna y si la batería no se conecta a un cargador con tensión de flotación, las celdas experimentarán una autodescarga continua debido a las reacciones químicas internas. La batería puede dañarse permanentemente si se permite que permanezca con electrólito y en circuito abierto durante un período mayor a 90 días y con una temperatura igual o mayor a 25 ºC. A este daño se le conoce como sulfatación de las placas (cristalización de las moléculas de sulfato de plomo). Altas temperaturas acelerarán la autodescarga de la batería; a una temperatura promedio de 35 ºC se requerirá recargarla después de 45 días en circuito abierto. Por lo tanto, es imprescindible que se les recargue tan pronto como se reciben. Después de esta recarga ya están listas para entrar en operación. Se deben seguir las indicaciones del fabricante para la recarga y puesta en servicio. Normalmente, sólo es necesario conectarlas al cargador con tensión de igualación (2,33 VCD/celda), para reponer la carga perdida desde la salida de fábrica hasta la recepción en sitio. Debe conectarse el equipo de extracción de aire cuando se aplique igualación.

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La tensión aplicada y el período de aplicación deben ser los recomendados en los instructivos. Si no se dispone de ellos a continuación se proporcionan, en la tabla 13.3, valores representativos que se aplican generalmente. Durante esta actividad se deben tomar lecturas de corriente cada hora. Se considera que la corriente de carga se ha estabilizado cuando se tienen tres lecturas consecutivas iguales. C.F.E. especifica que las baterías sean construidas con rejillas con aleación de antimonio, pero es mejor investigar el tipo de aleación de la rejilla de las placas de la batería que se va a instalar. Si la batería se recibió húmeda y no va a entrar pronto en servicio, se debe almacenar conectada al cargador con tensión de flotación para impedir que se dañe.

TABLA 13.3 TIEMPO MÍNIMO DE CARGA DE IGUALACIÓN LUEGO DE QUE LA CORRIENTE SE HA ESTABILIZADO (*)

HORAS MÍNIMAS DE CARGA DE IGUALACIÓN DESPUÉS DE QUE LA CORRIENTE DE CARGA SE HA ESTABILIZADO (16 – 32 ºC) Rejillas con Rejillas con aleación de aleación de Aleación → calcio antimonio 1,170 1,215 1,215 1,250 1,300 Densidad → VCD por celda 2,24 63 100 2,27 44 70 2,30 32 50 100 2,33 22 35 70 110 2,36 25 50 80 125 2,39 35 55 90 2,42 25 40 60 2,45 28 45 2,48 30 Para temperaturas del electrólito de 5 - 15 ºC, usar el doble de tiempo. Para temperaturas del electrólito de 4 ºC o menos, aplicar cuatro veces el valor indicado en horas. (*) Exide, section 58.00

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13.7.2 PUESTA EN SERVICIO DE BATERÍAS QUE SE RECIBEN SECAS (CARGA DE ACTIVACIÓN) Esta carga de activación es muy importante, ya que si no se realiza o se ejecuta indebidamente, la batería puede dañarse o no alcanzar su capacidad nominal ni su vida esperada. Muchas fallas de baterías se deben a una inadecuada carga de activación. Para poner en servicio las baterías plomo-ácido que se han entregado secas se debe seguir el procedimiento indicado en los manuales e instructivos del fabricante. Solamente llenar las celdas con electrólito y ponerlas en igualación puede no ser suficiente para que alcancen su capacidad nominal y vida esperada. Toda instrucción que se reciba del proveedor debe ser por escrito. A falta de un procedimiento, se puede seguir el que se indica a continuación, siempre con la aprobación del proveedor de la batería. El personal que va a participar en la carga de activación debe conocer el procedimiento que se debe seguir. 1. Remover, del orificio del tapón, el sello protector que traen las celdas para evitar que ingresen humedad y materiales extraños al interior durante su transportación y almacenamiento. No se debe volver a colocar este protector, ya que impediría la liberación al exterior, de los gases generados durante la operación. Sólo quitar el sello a la celdas que se van a llenar. 2. Durante la carga de activación se genera gas hidrógeno, el cual es explosivo si se enciende, por lo que se debe poner a funcionar el equipo extractor de aire, para evitar que el hidrógeno exceda una concentración mayor al 2 % del volumen en el área de la batería y evitar flamas y chispas. Si las celdas cuentan con tapón antiflama, no se debe permitir que la corriente de carga exceda la capacidad de disipación de gases del tapón. Una vez que las celdas empiezan a gasificar, cada celda puede generar 0,46 litros de hidrógeno por hora, por cada ampere de corriente de carga, a 25 ºC y al nivel del mar. 3. Solamente se deben llenar las celdas a las que se les va a aplicar la carga de activación. Esto se debe tener en cuenta cuando es necesario dividir las celdas en dos grupos para aplicarles la carga de activación. Después de llenar las celdas con electrólito, hasta la marca de nivel bajo, se les debe dejar, cuando menos, cuatro horas en reposo para que las placas se empapen del líquido, y luego, si es necesario, volver a reponer electrólito hasta la marca de nivel bajo. No es recomendable llenarlas hasta la marca de nivel alto, porque durante la carga se generarán muchas burbujas de gases, las cuales ocupan volumen y por lo tanto elevarán el nivel del electrólito, pudiendo derramarlo por el orificio de la tapa. Tan pronto como se llenen las celdas se debe colocar el tapón en cada una de ellas.

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4. Una vez conectadas las celdas y antes de iniciar la carga de activación, debe medirse la tensión en terminales de las mismas. La tensión debe ser aproximadamente igual a 2,05 VCD × el número de celdas. Si el valor de la tensión es menor, verificar la conexión de las celdas, es posible que alguna o algunas celdas estén conectadas con polaridad invertida. 5. La carga de activación se debe iniciar dentro de las 12 horas después de que las celdas se han llenado con electrólito. Si la carga de activación se inicia después de 24 horas de que las celdas se han llenado, las celdas pueden sufrir daño irreparable. 6. Durante la carga de activación, el nivel del electrólito de la batería disminuirá. Esta baja del nivel se debe a la gasificación y liberación de los gases hidrógeno y oxígeno, por lo que sólo se consumirá agua, por lo tanto se debe tener suficiente agua desmineralizada disponible, para mantener el nivel del electrólito en la marca de nivel bajo. No dejar que el nivel del electrólito descienda más de 5 mm de la marca de nivel bajo. No agregar electrólito durante la carga de activación, sólo agua desmineralizada (ver tabla 13.7). 7. La carga de activación se debe aplicar con el cargador conectado únicamente a la batería, sin conectar la carga de los equipos del sistema de corriente directa. 8. Los siguientes parámetros de la batería se deben verificar cada hora durante la carga de activación. ƒ Corriente ƒ Tensión por celda y de toda la batería ƒ Temperatura del electrólito. De preferencia de todas las celdas. Si esto no es posible, cuando menos de cada 10 celdas. 9. Se deben elegir varias celdas piloto (cuando menos una por cada diez celdas), a las cuales se les mide la temperatura del electrólito. Si la temperatura de alguna celda se eleva a 43 ºC, la carga se debe suspender y dejar que la temperatura descienda a 38 ºC para volver a continuar. Si esto llega a ocurrir, verificar que las conexiones no estén flojas o sucias. 10. La tensión necesaria para la carga de activación es de 2,50 a 2,60 VCD por celda. La tensión de igualación (2,33 VCD), puede no ser suficiente para proporcionar una carga de activación adecuada. 11. La batería debe supervisarse continuamente en cuanto a los valores de tensión en terminales y en las celdas, corriente y temperatura del electrólito, en los períodos en los cuales la batería no se pueda atender, la tensión aplicada por celda se debe reducir, pero no a un valor menor de 2,33 VCD por celda.

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12. Lo normal es que una carga de activación se prolongue de tres a cinco días, ya que, normalmente, no es posible iniciar con las tensiones mencionadas anteriormente, porque se debe controlar la corriente de carga. La corriente de carga se debe limitar a 5 amperes por cada 100 Ah de la capacidad nominal de las celdas. Si el cargador tiene ajuste para limitar la corriente, la carga de activación se puede iniciar con 2,50 a 2,60 VCD por celda. Pero si el cargador no tiene este ajuste, iniciar la carga de activación con tensiones de flotación (2,17 VCD por celda), y elevar la tensión de carga paulatinamente hasta llegar al valor de 2,50 a 2,60 VCD por celda, para completar el proceso de formación de las placas. Si durante esta fase, la tensión de alguna celda alcanza el valor de 3,0 VCD, suspender la carga y comprobar que las conexiones no estén flojas o sucias y luego continuar. Cargas prolongadas con corrientes mayores de 5 amperes por cada 100 AH de capacidad de la batería, pueden ocasionar problemas de sobrecalentamiento. 13. Puesto que algunos cargadores no tienen la capacidad de suministrar 2,50 a 2,60 VCD por celda a todas las celdas de la batería, puede ser necesario dividir la batería en dos grupos y aplicarles carga por separado. El primer grupo debe contener, aproximadamente el 80 % del total de las celdas, y la conexión se debe empezar por la terminal positiva de la batería. El segundo grupo debe formarse, también por el 80 % de las celdas, ahora empezando por la terminal negativa de la batería, comprendiendo las celdas faltantes y 60 % de las celdas del primer grupo. Si la tensión de alguna de las celdas es superior a 2,72 VCD, agregar una o dos celdas, según sea necesario. Las celdas a las que les toque dos veces la carga consumirán más agua. 14. Si durante la carga de activación, la tensión de las celdas no se estabiliza en los valores de 2,50 a 2,60 VCD por celda, se debe continuar la carga hasta por tres días para las celdas que han perdido gran parte de su carga. 15. En la tabla 13.4 se muestran valores representativos de las horas de carga que se deben aplicar, después de que la corriente de carga se ha estabilizado durante un período de 24 horas.

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TABLA 13.4 HORAS DE CARGA DE ACTIVACIÓN DESPUÉS DE QUE LA CORRIENTE SE HA ESTABILIZADO DURANTE UN PERÍODO DE 24 HORAS, PARA CARGA DE ACTIVACIÓN. Horas mínimas de carga para celdas plomo-ácido con placas con aleación de antimonio y electrólito con peso específico de 1,210, después que la corriente se ha estabilizado en carga de activación VCD por celda Horas 2,50 22 2,45 24 2,42 25 2,39 35

16. Una vez que la carga de activación se ha completado, corregir el nivel del electrólito de todas las celdas, entre las marcas de niveles bajo y alto (o mínimo y máximo), añadiendo, ahora sí, electrólito y dejar la batería durante 72 horas en flotación para permitir que se estabilice la tensión de las celdas y se disipen las burbujas de gases. Después de este período medir y registrar la tensión, el peso específico y la temperatura de cada una de las celdas. Si es necesario corregir el peso específico del electrólito haciendo ajustes por temperatura. 17. Si la tensión de flotación de alguna celda es inferior a 2,08 VCD o la densidad del electrólito es menor de 1,190 g/dm3 corregida a 25 ºC, retirar esa celda de operación. A las celdas retiradas se les puede aplicar carga individual, en un intento de hacerlas recuperar la densidad y tensión normales. 18. Una indicación visual de que la batería se ha activado y cargado adecuadamente, es la coloración oscura que adquieren los puentes que unen las placas positivas, las mismas placas positivas y la sección del poste adentro de la celda. La ausencia de este color oscuro es indicio de una carga de activación inadecuada y vaticinio de fallas prematuras. 19. Ahora la batería ya está lista para la prueba de aceptación o prueba de capacidad (ver inciso 13.10 PRUEBAS). 13.8

OPERACIÓN DE LA BATERÍA

Antes de operar cualquier batería es conveniente leer su manual de operación, porque puede suceder que la batería que se entregue a CFE no cumpla con lo indicado en la especificación CFE V7100-19. La batería que se está surtiendo puede tener densidades,

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tensiones de operación y otras condiciones operativas diferentes a las especificadas; en tal caso se debe efectuar la reclamación procedente. 13.8.1

CARGA PLENA

Es de vital importancia para la conservación de la batería y para la instalación, operar y mantener la batería completamente cargada siempre. 13.8.2

TENSIÓN DE FLOTACIÓN

La finalidad de la tensión de flotación es suministrar la corriente que normalmente requiere el equipo de corriente directa y, al mismo tiempo, compensar la autodescarga o pérdidas internas de la batería, para mantenerla completamente cargada. Para la densidad del electrólito de 1,210 g/dm3 a 25 ºC, requerida por CFE en la especificación CFE V7100-19, la tensión de flotación recomendada es de 2,15 - 2,17 VCD por celda; así para una batería de 60 celdas, la tensión de flotación debe ser de 129 – 130,2 VCD medida en las terminales de la batería, no del cargador. Una operación prolongada con tensiones por debajo de 2,13 VCD por celda (128 VCD en terminales, para una batería de 60 celdas) puede reducir la vida esperada de la batería. Para evitar esto, mejor ajustar la tensión de flotación a 2,17 VCD/celda (130 VCD en terminales para una batería de 60 celdas). Una tensión por celda de 2,07 VCD o menor, en condiciones de flotación y que no sea causada por alta temperatura, puede ser indicación de problemas internos de la celda y puede ser necesario reemplazarla. 13.8.3

TENSIÓN DE IGUALACIÓN

El objetivo de la tensión de igualación es el de reponer la carga que haya entregado la batería en alguna emergencia y que no se puede recobrar con la tensión de flotación y de llevar las celdas más bajas al estado de plena carga (igualarlas a las que están bien cargadas). La tensión de igualación es de 2,33 VCD por celda (140 VCD en terminales de una batería de 60 celdas). Aunque no deber suceder, en ocasiones ocurre que la tensión de igualación daña a tarjetas electrónicas u otro equipo conectado a el cargador y la batería. En tales casos, y si no hay otra solución, se aconseja retirar una o dos celdas de la batería para solucionar el problema, efectuando los respectivos ajustes a la baja en las tensiones de igualación y

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flotación. Debe tenerse presente que esta maniobra acortará el período de respaldo de la batería durante una emergencia. 13.8.4

CELDA PILOTO

El propósito de la celda piloto es el de tener una indicación, en forma rápida, del estado operativo de toda la batería, para lo cual se escoge la celda en peor estado operativo (lecturas más bajas de densidad y tensión), si es necesario pueden elegirse dos celdas piloto. Las mediciones en la celda piloto ayudan a tomar decisiones en cuanto a la aplicación de carga de igualación. Se puede cambiar de celda piloto, si las mediciones indican que otra celda puede ocupar ese lugar debido a su estado operativo. Si a causa de la toma de lecturas de densidad, se han perdido pequeñas cantidades de electrólito, se puede cambiar la celda piloto cada año. 13.8.5

TEMPERATURA

Cuando se hace mención a la temperatura, se hace referencia a la temperatura del electrólito y no a la temperatura del ambiente. Se debe evitar que la batería quede expuesta a fuentes de calor como son los rayos solares, radiadores, etc. Altas temperaturas acortarán la vida útil de la batería. Una operación constante a una temperatura promedio de 33 ºC reducirá a la mitad la vida útil de la batería. Temperaturas desiguales en las celdas ocasionarán que las celdas calientes no se mantengan a plena carga. Si la temperatura de operación de la batería es permanentemente alta, consultar el manual de operación o al fabricante para operar la batería con una tensión inferior de flotación, o aumentarla si la temperatura de operación es invariablemente baja. Si durante la inspección se encuentra que la temperatura de alguna celda tiene una diferencia de 3 ºC o mayor con respecto de alguna otra, se debe determinar la causa y corregirla. Altas temperaturas tienen los siguientes efectos en la batería: ƒ

Aumenta la capacidad

ƒ

Intensifica la autodescarga

ƒ

Acorta la vida

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ƒ

Disminuye la tensión de las celdas calientes

ƒ

Aumenta la corriente del cargador si toda la batería experimenta la alta temperatura

ƒ

Incrementa el consumo de agua

13.8.6

DENSIDAD DEL ELECTRÓLITO

La densidad es una medida de la concentración del ácido sulfúrico en el electrólito y da una idea aproximada de cuán cargada está cada celda. Cuando la batería está completamente cargada la densidad debe tener el valor más alto o nominal (1,210 g/dm3 ± la tolerancia indicada en la placa de datos, a 25 ºC); conforme la batería se va descargando la densidad también va disminuyendo. Las mediciones de densidad son muy útiles para analizar el estado de carga de la batería, por lo que se deben tomar con mucho cuidado y referirlas a la temperatura de 25 ºC. 13.8.7

TENSIÓN MÍNIMA DE OPERACIÓN DE LA BATERÍA

La tensión mínima de operación de los sistemas de corriente directa, de acuerdo con la especificación CFE V7100-19, se muestran en la tabla 13.5

TABLA 13.5. TENSIONES DE OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CORRIENTE DIRECTA. Tensión nominal (VCD) 12 24 48 125 250

Tensión máxima (VCD) 14 28 56 140 280

Tensión mínima (VCD) 10 20 42 105 210

Todos los equipos conectados al cargador y la batería deben operar correctamente entre la gama de valores mínimo y máximo indicados.

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La capacidad de las baterías se calcula para que, durante una emergencia, provean energía a la instalación de corriente directa durante un período máximo de 8 horas, sin que la tensión en terminales descienda de la mínima especificada (1,75 V/celda para baterías plomo-ácido). Algunos equipos pueden quedar inoperables con una tensión, en terminales, inferior a la mínima indicada. 13.8.8

GASIFICACIÓN

Durante la operación, sobre todo durante la carga de igualación, las celdas producen burbujas de los gases hidrógeno y oxígeno, los cuales son desalojados al exterior. El hidrógeno y el oxígeno son los componentes del agua (H2O), por lo tanto, la disminución del nivel del electrólito se debe a la pérdida de agua y consecuentemente lo único que se debe agregar a las celdas, para restablecer el nivel, es nada más agua desmineralizada, (ver tabla 13.7). El agua normal para beber, la suministrada por la red del sistema municipal o la de los ríos, etc., no es adecuada para la batería, ya que contiene minerales y otras sustancias o elementos que contaminarán las placas y el electrólito y arruinarán la batería. A menos que se haya perdido electrólito por alguna razón, no se debe añadir electrólito a las celdas para reponer el nivel. Para evitar confusión y no agregar más electrólito, si sobró electrólito después de la puesta en servicio de la batería, los recipientes respectivos deben identificarse debidamente y guardarse en un almacén, pero no dentro del cuarto de baterías. 13.8.9

CONSUMO DE AGUA

La cantidad de agua consumida por una batería es proporcional al aumento de temperatura (por evaporación) y a las sobrecargas que recibe (por electrólisis). Cargas frecuentes de igualación u operar la batería con tensiones de flotación altas (como por ejemplo 2,20 V/celda o mayor), causarán un consumo considerable de agua. Nunca debe permitirse que el nivel descienda a tal grado de descubrir las placas. Las baterías fabricadas con rejillas con aleación de antimonio, conforme vayan envejeciendo aumentarán su consumo de agua.

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13.8.10

DERIVACIONES

No se deben sacar derivaciones de la batería para conectar equipo con una tensión inferior a la nominal de la batería. Si se hace esto, las celdas en la derivación no se mantendrán plenamente cargadas. Si algún equipo con tensión inferior a la de la batería actual, requiere estar respaldado por una batería, se debe instalar otra batería que suministre esa tensión. 13.8.11

CONEXIONES FLOJAS O CORROÍDAS

Nunca operar una batería con conexiones flojas o corroídas. Esto ocasionará falsos os, caídas de tensión en las conexiones, impidiendo que las celdas se carguen por completo y aumento de temperatura. 13.9

MANTENIMIENTO A LA BATERÍA

Para que las mediciones de tensión y densidad de las celdas tengan significado, deben efectuarse con la batería conectada al cargador con tensión de flotación y, además, que la batería tenga cuando menos tres días en flotación. No desconectar la batería del cargador para tomar las mediciones. Todas las mediciones (tensión, densidad, temperatura, impedancia, consumo de agua, resistencia de las conexiones, etc.), son referencias u observaciones que, juntas, ayudan a determinar el estado operativo de la batería. Las mediciones se deben efectuar con instrumentos que tengan calibración vigente. Se debe conservar un registro histórico de todas las mediciones y trabajos que se realicen en la batería. No deben colocarse sobre las celdas herramientas u otros objetos que puedan producir un cortocircuito. 13.9.1

INSPECCIÓN MENSUAL

Al menos cada mes la inspección debe incluir la medición y registro de los siguientes parámetros: ƒ

Tensión de flotación medida en terminales de la batería

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ƒ

Apariencia general y limpieza de la batería (conexiones, tapa y vaso), del estante y del cuarto de la batería. Neutralizar los derrames de electrólito con una solución de bicarbonato de sodio (125 gramos por litro de agua) y luego limpiar con agua

ƒ

Lecturas de corriente y tensión del cargador

ƒ

Niveles del electrólito en todas las celdas

ƒ

Grietas en las celdas y fugas de electrólito

ƒ

Evidencias de corrosión y limpieza en postes terminales, conectores y estante

ƒ

Temperatura ambiente y estado operativo del equipo de ventilación

ƒ

Tensión, densidad y temperatura del electrólito de la celda piloto

ƒ

Funcionamiento del sistema de alumbrado y ventilación

ƒ

Tapones firmemente instalados

13.9.2

INSPECCIÓN TRIMESTRAL

Al menos una vez cada tres meses, a la inspección mensual se le debe agregar lo siguiente: ƒ

Densidad de cada celda referida a 25 ºC

ƒ

Tensión de cada celda y total en terminales de la batería

ƒ

Temperatura del electrólito en celdas representativas (por ejemplo cada seis celdas)

ƒ

Señalización correcta de alarmas por control supervisorio, simulando estas

13.9.3

INSPECCIÓN ANUAL

Cuando menos cada año a la inspección trimestral se le debe añadir lo siguiente: ƒ

Condición de cada una de las celdas mediante inspección visual minuciosa (sedimentos, estado de las placas, etc.)

ƒ

Par de apriete de las conexiones; normalmente es un poco inferior al valor de instalación

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ƒ

Resistencia de los conectores

ƒ

Integridad del estante

ƒ

Impedancia, conductancia o resistencia interna de las celdas

13.9.4

REGISTROS

Partiendo de la instalación, es conveniente registrar y conservar todas las mediciones y trabajos que se realicen en la batería, incluyendo la calidad del agua y la cantidad añadida, fecha y duración de las cargas de igualación. Se recomienda elaborar gráficas de las mediciones para analizar la tendencia de las mismas en cada una de las celdas. Esto será de mucha utilidad para la toma futura de decisiones. 13.9.5

MEDICIONES DE TENSIÓN

Las mediciones de tensión se deben tomar en los postes de las celdas, no en los conectores. No confiar de la lectura en la carátula del cargador, porque puede estar desajustada o haber una caída de tensión alta en los cables y conectores que conectan el cargador con la batería. Normalmente, las celdas con temperatura alta tendrán una tensión inferior a la tensión promedio de la batería. Si la tensión de alguna celda caliente es inferior a 2,13 V, se pueden hacer correcciones por temperatura sumando 0,005 VCD por cada grado Celsius que la temperatura de la celda esté por arriba de la temperatura promedio de las otras celdas. 13.9.6

MEDICIONES DE LA DENSIDAD TEMPERATURA DE LA DENSIDAD

Y

CORRECCIONES

POR

Las lecturas de densidad no son de utilidad si se toman: durante la carga de igualación, inmediatamente después de añadir agua o de una descarga fuerte, o con la batería desconectada del cargador. Si para las mediciones de densidad es necesario quitar los tapones (los del tipo antiflama no es necesario retirarlos), no colocarlos sobre las celdas, porque esta maniobra dejará electrólito sobre las tapas. Emplear una bandeja de plástico para resguardar temporalmente los tapones. Para esta lecturas, se requiere preparación para tomarlas, saber su significado y tener conocimiento de los factores que las afectan. Se debe evitar derramar electrólito sobre las celdas al tomar las mediciones de densidad. Cuando se efectúen las mediciones de

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densidad, procurar no sacar el densímetro de la celda, ello provoca derramamiento de electrólito; es mejor que el trabajador se incline para leer el valor de densidad, a sacar el densímetro de la celda para llevarlo a la altura de los ojos. Si la mediciones se toman con densímetro del tipo flotador; mantenerlo en posición vertical y dejar que el flotador interno se sostenga libremente, evitando que: se pegue a las paredes, que descanse en la base o que tope en la parte superior. Es neceasario siempre devolver el electrólito empleado en la medición a la misma celda de donde se tomó. Al sacar el densímetro de una celda, debe ponerse en posición horizontal y colocar debajo de él una charola para que sea esta la que reciba el electrólito que pudiera caerse y no las tapas de las celdas. Cuando se emplee densímetro del tipo digital, la medición se realiza por un método diferente al de flotación. Para evitar una medición errónea, debe soltarse lentamente el pulsador de succión para evitar que ingresen burbujas de gases al interior. Una disminución gradual en la densidad de la celda piloto, es una indicación de carga insuficiente originada, generalmente, por baja tensión de flotación; aunque se deben investigar otros factores. Debido a las condiciones de operación y a los cambios de temperatura durante el año, el electrólito no tiene siempre la misma temperatura; el volumen del electrólito varía con la temperatura, provocando un cambio en la densidad. Por lo tanto las mediciones se deben corregir a una temperatura de referencia, para que tengan significado al tomar decisiones. La temperatura de referencia es de 25 ºC. Es importante que los valores medidos se refieran a esta temperatura. Algunos densímetros digitales ya efectúan la corrección a 25 ºC de las lecturas de densidad. Si el nivel del electrólito está por debajo del nivel mínimo, también afectará a la medición de densidad, debido a la mayor concentración de ácido. Solamente se deben registrar, en la hoja que se va a archivar, las densidades corregidas por temperatura. La temperatura debe ser la medida en el electrólito, no la ambiental. Por cada 1,7 ºC arriba de 25 ºC añadir 1 punto (0,001) a la lectura del densímetro . Por cada 1,7 ºC debajo de 25 ºC restar 1 punto (0,001) a la lectura tomada. La tabla 13.6 muestra diversos valores de temperatura para facilitar el ajuste.

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TABLA 13.6. VALORES PARA CORREGIR, POR TEMPERATURA, LA DENSIDAD MEDIDA DEL ELECTRÓLITO. Temp. Electrólito 5 ºC 6 ºC 7 ºC 8 ºC 9 ºC 10 ºC 11 ºC 12 ºC 13 ºC 14 ºC 15 ºC 16 ºC 17 ºC 18 ºC 19 ºC

13.9.7

Corrección de la densidad - 0,012 - 0,011 - 0,011 - 0,010 - 0,010 - 0,009 - 0,008 - 0,008 - 0,007 - 0,007 - 0,006 - 0,005 - 0,005 - 0,004 - 0,004

Temp. Electrólito 20 ºC 21 ºC 22 ºC 23 ºC 24 ºC 25 ºC 26 ºC 27 ºC 28 ºC 29 ºC 30 ºC 31 ºC 32 ºC 33 ºC 34 ºC

Corrección de la densidad - 0,003 - 0,002 - 0,002 - 0,001 - 0,001 0,000 + 0,001 + 0,001 + 0,002 + 0,002 + 0,003 + 0,004 + 0,004 + 0,005 + 0,005

Temp. Electrólito 35 ºC 36 ºC 37 ºC 38 ºC 39 ºC 40 ºC 41 ºC 42 ºC 43 ºC 44 ºC 45 ºC 46 ºC 47 ºC 48 ºC 49 ºC

Corrección de la densidad + 0,006 + 0,007 + 0,007 + 0,008 + 0,008 + 0,009 + 0,010 + 0,010 + 0,011 + 0,011 + 0,012 + 0,013 + 0,013 + 0,014 + 0,014

NIVEL DEL ELECTRÓLITO

Una vez en operación, solamente se debe agregar agua desmineralizada a las celdas de la batería; no debe agregarse o retirarse electrólito, a menos que se haya perdido por alguna causa o que, expresamente, el fabricante lo proponga debido a las condiciones de operación de la batería, como la temperatura. Cuando el nivel del electrólito alcanza la línea de nivel bajo, agregar agua desmineralizada hasta la línea de nivel alto. No llenar por arriba de la marca de nivel alto, particularmente antes de aplicar carga de igualación, porque la carga de igualación produce burbujas de gases que ocupan volumen, causando un aumento del nivel, lo que podría ocasionar derrame de electrólito. Se considera que el agua desmineralizada es apropiada para la batería si cumple con lo especificado en la norma NMX-J-181 “Agua de reposición para acumuladores eléctricos tipo plomo-ácido” (ver tabla 13.7). Además cada fabricante indica la calidad del agua que se debe emplear. Los contaminantes disueltos en el electrólito aumentan la rapidez de la autodescarga de la batería.

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TABLA 13.7. IMPUREZAS MÁXIMAS DEL AGUA DESMINERALIZADA (NORMA NMXJ-181). Característica Conductividad eléctrica máxima (micromhos-cm a 20 ºC) Cobre, cinc, hierro, manganeso Cloruros (comoCl-) en ppm máx. Amoníaco, nitritos y nitratos (como nitrógeno) en ppm máx. Ácido sulfhídrico (como H2S) en ppm máx. Ácido sulfuroso (como SO2) en ppm máx. Acidez total, ácido suflúrico y ácido acético Materia orgánica Residuos por evaporación, en ppm máx. Color máximo (según escala platino-cobalto)

Especificación 40 Reacción negativa 0,05 0,2 0,2 0,2 Reacción negativa Trazas 20 2

Realizar análisis químicos al agua puede no ser fácil y rápido, en cambio es más sencillo determinar su conductividad. Se puede emplear agua desmineralizada cuya conductividad no sea mayor de 1 µS/cm (µS: microSiemens), la cual corresponde al agua del tipo II, de acuerdo con la norma ASTM D1193 “Specification for reagent water”. El agua se puede obtener del agua desmineralizada preparada en las centrales termoeléctricas. 13.9.8

APRIETE Y RESISTENCIA DE LAS CONEXIONES

Para restablecer la integridad de las conexiones, cuando menos una vez al año, se debe verificar el par de apriete de las conexiones y reapretar, aquellas conexiones que lo requieran, a los valores indicados por el fabricante. Por lo general, estos valores son ligeramente inferiores a los de instalación. Asimismo, se debe verificar la resistencia de los conectores intercelda y zapatas de conexión. Para que este reapriete de el resultado esperado, antes de realizarlo se debe asegurar que las conexiones estén limpias. Reapretar en demasía deformará a los postes. Nunca se debe desestimar la importancia de la integridad de las conexiones. El adecuado funcionamiento de la batería depende, en gran medida, de la integridad de las conexiones. Conexiones flojas, sucias, oxidadas o corroídas, aumentarán la caída de tensión en ellas, disminuyendo la tensión aplicada a las celdas e impidiendo que se carguen. A falta de valores recomendados por el fabricante, no debe permitirse que la resistencia de las conexiones aumente 20 % con respecto de los valores de referencia registrados en la instalación.

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13.9.9

IMPEDANCIA, CONDUCTANCIA O RESISTENCIA INTERNA DE LAS CELDAS

La impedancia, conductancia o resistencia interna de las celdas, es un indicador más que, junto con las otras mediciones y observaciones, ayuda a determinar el estado operativo de las celdas y de la batería en general. Las mediciónes de impedancia consideran la resistencia interna de la celda. La resistencia interna, la impedancia o la conductancia de una celda están relacionadas con su capacidad, pero la relación no es completamente lineal. Por lo tanto, la medición de la resistencia interna no se debe utilizar como un indicador directo de la capacidad, sino más bien como una señal de advertencia que avisa si alguna celda se ha deteriorado a un nivel tal que se verá afectada la integridad operativa del sistema. Se ha encontrado que si la resistencia interna de una celda aumenta más del 25 %, con respecto de su valor de referencia, esa celda tiene una probabilidad más alta, que las demás, de no pasar la prueba de capacidad. Las celdas tipo plomo-ácido abiertas se deterioran de manera más uniforme que las del tipo sellado, en estas últimas se han encontrado diferencias muy grandes en períodos de tiempo cortos de tres a cuatro años. 13.9.9.1

CONSTITUCIÓN DE LA RESISTENCIA INTERNA

La resistencia interna de una celda está integrada por varias resistencias, a saber (ver Figura 3.6): ƒ

Resistencia de los postes terminales o bornes

ƒ

Resistencia de los puentes colectores que unen las placas de la misma polaridad

ƒ

Resistencia de la estructura de la rejilla

ƒ

Resistencia de la unión de la rejilla con la pasta del material activo

ƒ

Resistencia de la pasta o material activo

ƒ

Resistencia del electrólito

ƒ

Resistencia de los separadores

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Fig. 13.6 MODELO SIMPLIFICADO DE UNA CELDA PLOMO-ÁCIDO. Internamente la celda también tiene una reactancia capacitiva Xc. En la parte reactiva de la impedancia, la reactancia inductiva es despreciable para las frecuencias empleadas por los equipos actuales. Para algunos, el parámetro en el que más influye el estado operativo de una celda es la resistencia interna de la misma, por lo que recomiendan que se mida este parámetro o que los equipos que miden la impedancia inyecten corriente con la frecuencia más baja posible, para que la impedancia se acerque lo más posible a la resistencia.

13.9.9.2

MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA INTERNA

Los equipos actualmente disponibles usan uno de los dos siguientes métodos para medir la resistencia interna de las celdas. ƒ

Método de inyección de corriente alterna. Estos equipos son mejor conocidos como medidores de impedancia o conductancia.

ƒ

Método de corriente directa o prueba de capacidad momentánea, con el cual se mide la resistencia.

Ambos métodos hacen la medición en línea. En el primer método (inyección de C.A.), la impedancia varía según la frecuencia de la corriente inyectada por el aparato, ya que la

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frecuencia afecta a la reactancia capacitiva Xc, por lo que se debe tener esto en consideración al comparar valores medidos con diferentes equipos. El método de corriente directa mide la resistencia descargando la batería durante unos cuantos segundos. Mide el cambio instantáneo en la tensión debido a la resistencia interna de la celda, pudiendo ser la caída instantánea de tensión cuando se aplica la carga o la recuperación instantánea de tensión cuando se quita la carga. 13.9.9.3

PARÁMETROS QUE AFECTAN LA RESISTENCIA INTERNA

Afectan a la resistencia interna y por lo tanto el estado operativo de las celdas, los siguientes parámetros, unos en mayor y otros en menor medida: ƒ

Corrosión: conforme las rejillas y puentes se corroen se reduce el área de conducción y aumenta la resistencia

ƒ

Crecimiento de la rejilla: el cual está asociado con la corrosión y envejecimiento; da lugar a que la pasta se afloje de la estructura de la rejilla y, por lo tanto, a que aumente la resistencia de o rejilla-pasta

ƒ

Sulfatación del material activo: conforme la pasta o material activo se convierte en sulfato de plomo, se incrementa la resistencia de la pasta

ƒ

Manufactura: defectos en la preparación y empastado del material activo, uniones defectuosas puente-rejillas, etc., causan alta resistencia metálica y problemas de capacidad

ƒ

Estado de carga de la celda: la cantidad de energía está en función del material activo cargado y el ácido disponible

ƒ

Temperatura del electrólito

ƒ

Envejecimiento

13.9.9.4

PROBLEMAS QUE SE PUEDEN DETECTAR

Se pueden descubrir problemas metálicos y electroquímicos. Los problemas metálicos originan caída de tensión; entre más alta sea la corriente de descarga mayor será la caída de tensión interna, lo que disminuirá la capacidad ƒ Los problemas electroquímicos (pasta, electrólito o separadores) afectan la capacidad de la celda ƒ

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Con corrientes altas de descarga, los problemas de resistencia metálica se vuelven significativos e incluso podrían producir explosión de la celda. Conforme la batería envejece aumentan las resistencias de la pasta y de la unión pastarejilla, por lo que se pueden detectar problemas normales del envejecimiento.

13.9.9.5

PERIODICIDAD RESISTENCIA

DE

LAS

MEDICIONES

DE

IMPEDANCIA

O

Se debe medir la impedancia o resistencia de las celdas: •

Cuando nuevas y al 100 % de carga para tener un valor promedio de referencia.

•

Después se recomienda realizar esta medición anualmente para evaluar la tendencia y porcentaje de desviación con respecto de los valores de referencia.

•

Para las celdas tipo plomo-ácido selladas se recomienda efectuar la medición cada tres meses.

13.9.9.6

INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS DE LAS MEDICIONES DE IMPEDANCIA O RESISTENCIA

Conforme aumenta la resistencia interna de las celdas, disminuye su capacidad, pero la relación no es lineal, por lo que estas mediciones no se deben utilizar para predecir la vida útil o para calcular la capacidad de la batería. Si las mediciones indican problemas y se deben tomar decisiones de reemplazo, lo recomendable es realizar la prueba de capacidad. De acuerdo con los resultados de las mediciones de impedancia y resistencia se recomienda: •

Cambiar las celdas cuyo valor de resistencia interna haya aumentado 50% o más, con respecto del valor de referencia.

•

Efectuar prueba de capacidad, de preferencia en forma individual a las celdas, cuando el valor esté entre el 20 % y 50 % arriba del valor de referencia.

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13.9.10

LIMPIEZA

La batería no debe operarse con conexiones corroídas o flojas, o con electrólito derramado en la tapa o vaso. Cuando menos una vez al mes se debe revisar la limpieza de las conexiones, tapa, vaso, estante y cuarto de batería. Debe mantenerse la batería y sus conexiones limpias. Como el electrólito es una solución conductora pueden originarse corrientes de fuga en la batería y corrosión en el estante. No se deben emplear solventes en la limpieza de la batería, porque pueden perjudicar el material de las celdas. Para neutralizar el electrólito derramado debe usarse una solución de bicarbonato de sodio diluido en agua, en una concentración de 125 gramos por litro de agua, teniendo cuidado de que no ingrese al interior de las celdas. Luego de neutralizar el ácido limpiar con agua. El ácido derramado no se neutralizará limpiando solamente con agua. 13.9.11

TEMPERATURA

Las celdas expuestas a fuentes de calor elevarán su temperatura. La temperatura alta aumentará la autodescarga, por lo que la tensión de estas celdas disminuirá. Para evitar esto, debe protegerse la batería de fuentes externas de calor, como los rayos solares. Altas temperaturas acortan la vida de la batería. 13.9.12

TENSIÓN DE FLOTACIÓN

La tensión de flotación en terminales de la batería debe estar entre los valores de 2,15 – 2,17 VCD/celda (129 – 130 VCD en terminales, para una batería de 60 celdas). Es mejor operar la batería en flotación en el valor alto de 2,17 VCD/celda (130 VCD en terminales para una batería de 60 celdas), ya que de esta manera se asegura el mantener cargada la batería, evitando con esto los daños por sulfatación de las placas y preservando su vida útil. Una tensión de flotación promedio de 2,13 VCD por celda (128 VCD en terminales para una batería de 60 celdas), ocasionará que la batería no se cargue completamente y se reduzca la vida útil de la batería. En condiciones de flotación, si la tensión de alguna celda es de 2,07 VCD o menor y si no es originada por temperatura elevada de la celda, puede indicar problemas internos en esa celda y requerir su reemplazo.

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Si el equipo de corriente directa demanda frecuentemente variaciones súbitas de corriente que el cargador no puede suministrar, la batería la proporcionará, causando pequeñas descargas sucesivas que la tensión de flotación normal no recuperará. Para subsanar esto, puede aumentarse la tensión de flotación 0,02 VCD/celda. Si persiste el problema puede aumentarse otros 0,02 VCD/celda a la tensión de flotación o aplicar cargas de igualación más frecuentes. 13.9.13

CARGA DE IGUALACIÓN

La carga de igualación normalmente requiere que la tensión de igualación 2,33 VCD/celda (140 VCD en terminales de una batería de 60 celdas) se aplique continuamente durante un período de 35 a 70 horas o mayor (referirse a las instrucciones del fabricante, ver tabla 13.3). Se debe aplicar carga de igualación cuando, estando la batería en flotación y habiendo corregido los valores por temperatura, se presente lo siguiente. •

La tensión de alguna celda es menor 2,13 VCD

•

La densidad promedio de todas las celdas ha caído más de 10 puntos (0,010 g/dm3) con respecto del valor promedio de la instalación

•

La densidad de alguna celda es inferior en más de 10 puntos (0,010 g/dm3) al promedio de todas las celdas

Si no se requiere por alguna de las causas anteriores, se debe aplicar carga de igualación, por las siguientes circunstancias: •

Inmediatamente después de que la batería haya entregado energía en una emergencia

•

Para corregir cualquier disminución que haya ocurrido en la tensión de flotación o en la densidad durante un período largo de tiempo

•

Si la diferencia de temperatura entre celdas es mayor a 3 ºC. Además, debe solucionarse lo que está causando el aumento de temperatura

•

Si no ha ocurrido nada de lo anterior, al menos una vez cada 18 meses

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13.9.14

MEDICIÓN O MONITOREO EN LÍNEA

En lugar de emplear recursos y tiempo para trasladar y ocupar personal y equipo para medir la densidad, temperatura y tensión de las celdas y en terminales de la batería, se puede emplear equipo que realiza permanentemente estas mediciones en línea y transmite los datos de manera continua a una estación receptora, desde la cual el operador del sistema tiene la información disponible para conocer el estado de la batería y tomar decisiones con la información actual e histórica. 13.10 PRUEBAS 13.10.1

PRUEBA DE CAPACIDAD INICIAL

La capacidad de la batería debe estar indicada en cada una de las celdas en Ah, junto con la temperatura de referencia, el período de descarga y la densidad del electrólito. La capacidad de la batería no es la misma para diferentes corrientes y períodos de descarga. La prueba de capacidad se realiza al recibir la batería, con el objetivo de verificar la capacidad real de la batería y, conforme al resultado, su aceptación o rechazo. De acuerdo con la especificación CFE V7100-19, el área usuaria debe llevar a cabo la prueba de capacidad en el sitio de instalación, la cual se debe aplicar a todas las celdas de la batería si llegaron secas. Después de efectuarla durante las pruebas de aceptación, se recomienda realizar la prueba de capacidad: ƒ

Al año o a los dos años de recibirla, para verificar que no tenga defectos ocultos de fabricación, los cuales no se evidenciaron en la prueba de aceptación y en su caso efectuar la reclamación correspondiente.

ƒ

Después cada tres o cinco años, hasta que la capacidad caiga al 90 % de la nominal.

ƒ

Luego cada año, hasta que la capacidad de la batería descienda al 80 % de la nominal; cuando la batería decae a este valor se debe reemplazar en un período máximo de un año.

Las pruebas de capacidad no acortan la vida de la batería de manera significativa, ya que la vida esperada, en ciclos de carga-descarga, es de 1200 ciclos para baterías con placas tubulares y 300 ciclos para las de placas planas (ver tabla 13.1).

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En la prueba de aceptación se permite que la batería tenga una capacidad mínima del 90 % de la nominal (norma NMX-J-171). Durante la operación en flotación y con los ciclos de carga-descarga, las placas terminarán de formarse y la batería alcanzará el 100 % de su capacidad (ver Figura 13.7). La prueba de aceptación se debe realizar de acuerdo con la norma NMX-J-171, aplicando los factores de corrección por temperatura promedio del electrólito (tabla 13.8). Durante la prueba deben evitarse corrientes de aire. Básicamente el procedimiento es el siguiente: Cargada la batería se deja en circuito abierto durante 6 horas. Luego se descarga con una corriente constante, por lo general, durante un período programado de 8 horas hasta que la tensión de cualquier celda decae a 1,75 VCD (corriente = capacidad Ah / 8 h); en este momento se detiene el cronómetro y se registra la duración de la prueba. La medición de la tensión por celda debe hacerse en los postes. Conforme disminuye la tensión de la batería, se debe ajustar constantemente la resistencia de descarga para mantener la corriente al valor establecido, con una desviación no mayor de ± 0,5 %. Determinación de la capacidad de la batería:

Capacidad en % =

t × k × 100 p

En donde: t:

Duración real de la prueba (cuando la tensión de alguna celda bajó a 1,75 VCD), expresando el tiempo total en minutos

p:

período nominal o programado para la prueba, en minutos; por lo general 480 minutos (8 horas)

k:

factor de corrección por temperatura (tabla 13.8)

Aquella celda cuya tensión disminuyó a 1,75 VCD, y por la cual se concluyó la prueba de capacidad, puede seleccionarse como celda piloto.

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TABLA 13.8 FACTORES DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA PROMEDIO DEL ELECTRÓLITO, PARA LA PRUEBA DE CAPACIDAD A 8 HORAS. PARA PERÍODOS DIFERENTES DE DESCARGA, ESTABLECER LA INTENSIDAD DE DESCARGA DE ACUERDO CON INFORMACIÓN DE LA BATERÍA Y FACTORES DE CORRECCIÓN EN NORMA NMX-J-171. Temp. 7 ºC 8 ºC 9 ºC 10 ºC 11 ºC 12 ºC 13 ºC 14 ºC

Factor 1,1710 1,1615 1,1520 1,1425 1,1330 1,1235 1,1140 1,1045

Temp. 15 ºC 16 ºC 17 ºC 18 ºC 19 ºC 20 ºC 21 ºC 22 ºC

Factor 1,0950 1,0855 1,0760 1,0665 1,0570 1,0475 1,0380 1,0285


Factor 1,0190 1,0095 1,0000 0,9905 0,9810 0,9715 0,9620 0,9525


Factor 0,9430 0,9335 0,9240 0,9145 0,9050 0,8955 0,8860 0,8765


Factor 0,8670 0,8575 0,8480 0,8385 0,8290 0,8195 0,8100 0,8005

Si, como resultado de la prueba de aceptación, la batería no tiene la capacidad mínima del 90 % de la nominal, no debe permitirse que vuelva a repetirse la prueba, pues con los ciclos de carga-descarga las placas de la batería terminarán de formarse, aumentando la capacidad. 13.10.2

PRUEBAS DE CAPACIDAD CUANDO LA BATERÍA YA ESTÁ EN OPERACIÓN

El propósito de las pruebas de capacidad subsiguientes a la primera de aceptación, es el de conocer el estado operativo de la batería y de cada celda. Antes de la prueba se aplica carga de igualación y se deja la batería en flotación durante un período de 3 a 7 días (norma ANSI/IEEE Std 450). Bajo esta condición ya no se deja en circuito abierto. Durante la prueba se pueden hacer pausas de corta duración, para desconectar aquellas celdas cuya tensión baje rápidamente a 1,75 VCD antes del período programado, y continuar luego con el resto de las celdas; sumando los tiempos parciales al final de la prueba. Deben preveerse conexiones o puentes eléctricos de longitud y calibre adecuados para esto. Nunca dejar que la tensión de alguna celda caiga al valor de inversión de polaridad de 1,0 VCD. Cuando se han retirado celdas de la prueba, la tensión final puede elegirse como: • la tensión mínima de operación del sistema (tabla 13.5); período de respaldo de la batería • la cantidad de celdas restantes × 1,75 VCD; evaluación de la capacidad de las celdas

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Si la capacidad de algunas celdas retiradas es menor al 80 % de la nominal, estas deben programarse para ser reemplazadas por otras nuevas. A las celdas que operativamente están en mal estado, se les puede realizar la prueba de capacidad en forma individual con el equipo adecuado. Antes de las pruebas de capacidad verificar las conexiones de las celdas, deben estar limpias y apretadas. Durante la prueba de capacidad se debe medir lo siguiente cada hora y al final cada 15 minutos o menos según se determine: • las tensiones en terminales y de todas las celdas • la densidad y temperatura del electrólito de todas las celdas, o de cuando menos cada seis celdas Durante la descarga medir y registrar la temperatura de las conexiones mediante inspección infrarroja. Si la temperatura de algunas conexiones es muy elevada, se debe hacer una pausa para limpiarlas y reapretarlas. Después de cada prueba de capacidad reapretar todas las conexiones. Para baterías que están al final de su vida útil o en muy mal estado, por ejemplo: placas dañadas, sedimentos excesivos o algún otro deterioro grave, o indicaciones de que la batería ya no retiene carga, existe la posibilidad de que la batería, o algunas celdas, ya no recuperen la carga después de la prueba, por lo que se deben tomar las medidas preventivas necesarias para resolver cualquier situación emergente que pudiera presentarse. Es importante tener presente que una vez en operación, debe obtenerse libranza de la batería para retirarla del servicio durante la prueba. En los casos en que sólo se dispone de una batería en la instalación, es indispensable instalar; temporalmente, otra batería mientras se efectúa la prueba. Hasta ahora, la prueba de capacidad es el único indicador preciso del estado de la batería y de cada una de las celdas, pero tiene el inconveniente de sacar la batería de la operación del sistema.

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13.11 REEMPLAZO DE LA BATERÍA O DE CELDAS Las celdas o la batería se deben cambiar cuando: ƒ

Su capacidad es inferior al 80 % de la nominal

ƒ

Ya no retienen carga

ƒ

El daño físico que presentan no es reparable (vaso roto, rompimiento de las placas, sedimentos abundantes, etc.). Ponerse en o con el fabricante.

No es recomendable cambiar celdas: ƒ

Por otras de diferente capacidad. De preferencia deben ser de la misma marca y tipo

ƒ

Cuando la batería está al final de su vida útil, lo recomendable es cambiar toda la batería

Antes de tomar la decisión de cambiar celdas o baterías, aplicar carga de igualación para cerciorarse que las celdas o la batería ya no retienen carga. Para casos críticos de celdas que no retienen carga, es preferible aplicar la carga de igualación en forma individual, con el equipo apropiado para este fin. 13.11.1

SUSTITUCIÓN DE CELDAS

Cuando se determine cambiar alguna o algunas celdas, estas deben reemplazarse por otras de la misma capacidad y tipo y, preferentemente, de la marca. Reemplazar celdas por otras de capacidad diferente, provocará que algunas celdas no alcancen su plena carga. No se recomienda reemplazar algunas celdas cuando la batería ya está al final de su vida útil, en ese caso es mejor sustituir toda la batería. 13.11.2

CAMBIO DE LA BATERÍA

Cuando su capacidad ha disminuido al 80 % de la nominal, la batería debe reemplazarse dentro de un período menor a un año. Operar la batería, durante un tiempo largo, con una capacidad menor al 80 % puede poner en riesgo la instalación, ya que, de acuerdo con la curva de vida típica de las baterías plomo-ácido (Fig. 13.7), la capacidad de la batería disminuye rápidamente cuando se ha alcanzado este valor.

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La batería y el cargador también deben cambiarse cuando ha aumentado la carga conectada a la batería y su capacidad es incapaz para respaldar el sistema de corriente directa durante el tiempo especificado.

CURVA CARACTERÍSTICA DE VIDA PARA BATERÍAS PLOMO-ÁCIDO CON P LA CA S P OSITIVA S EM P A STA DA S O TUB ULA RES

CAPACIDAD BATERÍA ( %

105 100

Probar entre 3 y 5 años

95 90

Probar cada año

85 80 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 VIDA UTILIZADA DE LA BATERÍA ( % )

Reemplazar batería

Fig. 13.7 CURVA CARACTERÍSTICA DE VIDA ESPERADA PARA BATERÍAS PLOMO-ÁCIDO ABIERTAS

13.12 VIDA DE LA BATERÍA Para preservar la vida útil esperada de la batería es condición esencial que: 1. La batería se mantenga siempre plenamente cargada (la principal causa de falla y de disminución en la vida, se debe a una tensión de flotación baja) 2. Se aplique el mantenimiento indicado (mantener la tensión de flotación en 2,17 VCD/celda, las conexiones apretadas y en buen estado y limpia la batería)

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3. Se apliquen las indicaciones del manual de operación 4. Se lleven registros gráficos de las diversas mediciones para análisis de tendencias 13.13 CARGADOR DE BATERÍAS El cargador es un equipo de vital importancia para el sistema de servicios propios de corriente directa en una subestación y es el responsable de suministrar la corriente directa a los equipos conectados a él y al mismo tiempo de mantener la batería cargada al 100 %. Para su correcto funcionamiento requiere fundamentalmente de rutinas de inspección, operación y calibración o ajuste. Es recomendable disponer de dos cargadores para propósitos de respaldo y dar así una mayor confiabilidad al sistema de corriente directa. 13.13.1

INSTALACIÓN Y PUESTA EN SERVICIO

El cargador debe instalarse en un lugar limpio y seco afuera del cuarto de baterías, junto a los centros de carga de C.A. y C.D. (pero lo más cercano a la batería para reducir la caída de tensión en los cables que se conectan a la misma), para que el personal de mantenimiento verifique los valores de tensión y corriente de la batería. Siempre se deben seguir las instrucciones del fabricante para su instalación, puesta en servicio, operación y mantenimiento. A falta de ellas enseguida se expone una metodología simplificada para su instalación y puesta en servicio. a) Fijar el cargador y realizar las conexiones de C.A. y C.D. como se indica en la placa del mismo b) Conectar la terminal (+) de la batería a la terminal (+) del cargador y la terminal (−) de la batería a la terminal (−) del cargador y verificar la lectura de tensión en el vóltmetro. Debe tener la polaridad correcta y el valor de tensión de la batería en circuito abierto. Para baterías plomo-ácido debe ser, aproximadamente, de 2,05 VCD × No. de celdas y para baterías alcalinas níquel-cio 1,30 VCD × No. de celdas. O la tensión de una de las celdas multiplicada por el total de celdas. Con esto se comprueba que todas las celdas se conectaron con la polaridad correcta. Es importante cerciorarse que las conexiones al cargador tengan el par de apriete indicado.

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c) El cargador puede energizarse cerrando primero el interruptor de corriente directa para cargar los capacitores, después cerrar el interruptor de corriente alterna. El ampérmetro debe indicar la corriente de salida. El cargador debe ser capaz de proporcionar una corriente de 110 % con respecto de la nominal, conforme al ajuste de fábrica del control del límite de corriente. El ajuste en fábrica de la tensión de flotación se muestra en los datos de placas del cargador y cuando este valor es alcanzado, al ampérmetro del cargador deberá mostrar un ligero descenso en la corriente. d) El ajuste en fábrica de la tensión de carga en igualación, también se muestra en los datos de placa del cargador; para revisar este ajuste, girar la perilla del reloj de carga de igualación que está localizado en la puerta del cargador. Si el cargador no cuenta con reloj, aplicar carga de igualación accionando el interruptor correspondiente. El ampérmetro del cargador debe mostrar de nuevo el valor del límite de corriente, hasta que la tensión de carga de igualación sea alcanzada. El lapso de tiempo para alcanzar esta tensión depende del estado de carga de la batería, de la capacidad en amperes del cargador y de la capacidad de la batería. e) Una vez revisados los valores de tensión de flotación e igualación, el cargador puede considerarse instalado y listo para el servicio. 13.13.2

RECOMENDACIONES

De la misma manera que en las baterías, es importante verificar para su conservación, que en la puesta en servicio se observe lo siguiente 1) Verificar que el interruptor termomagnético sea de la capacidad suficiente, de acuerdo con los datos de placa del cargador. 2) Comprobar que la tensión de salida tenga la polaridad correcta y el valor adecuado a la batería, efectuando pruebas en los cables terminales. 3) Confirmar que el gabinete se encuentre aterrizado. 13.13.3

AJUSTE DE LAS TENSIONES DE FLOTACIÓN E IGUALACIÓN

Es importante la precisión en la medición de las tensiones de flotación e igualación. Para este tipo de medición se recomienda emplear un vóltmetro de precisión. Los ajustes en las tensiones de flotación e igualación son realizados en fábrica y antes de modificarlos se debe asegurar que realmente se requiere hacerlo y realizarlos de acuerdo

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con las recomendaciones del instructivo. Si no se conoce el procedimiento, no se debe realizar ningún cambio hasta contar con la información o la asesoría adecuada. Es importante tener presente lo siguiente: a) El ajuste en la tensión de flotación no está afectado por el ajuste en la tensión de igualación. b) Las tensiones de flotación e igualación deben ajustarse dentro de la gama de valores mostrados en la placa del cargador. La respuesta de la tensión puede ser lenta, porque deben considerarse el estado de carga de la batería y la carga que implica el equipo de corriente directa conectado. c) Cualquier ajuste en las tensiones de flotación e igualación no debe considerarse definitivo, hasta que el ampérmetro muestre un valor de corriente menor que el especificado por el cargador y la tensión se estabilice. 13.13.4

MANTENIMIENTO AL CARGADOR DE BATERÍAS

El cargador es un equipo que requiere de mantenimiento mínimo. Exceptuando el reloj en algunos modelos, no existe desgaste por partes móviles, por lo que no debe esperarse un desgaste apreciable con el paso del tiempo. Debe mantenerse limpio, seco y con todas las conexiones bien apretadas. Si es necesario puede emplearse aire seco a presión para su limpieza interior. En caso de alguna operación irregular se debe consultar el manual de operación y mantenimiento proporcionado por el fabricante. 13.14 CONSIDERACIONES RELATIVAS A LA ECOLOGÍA El electrólito y los compuestos de plomo con que están fabricadas las baterías, además de ser peligrosos y tóxicos para el ser humano, están considerados como material contaminante para el medio ambiente, por lo que se deben manejar y desechar de acuerdo con las leyes, normas y reglamentaciones respectivas. Se puede incurrir en responsabilidad penal si no se siguen estos ordenamientos.

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GERENCIA DE DISTRIBUCION GERENCIA DE DISTRIBUCION


FECHA ULTIMA PRUEBA

REPORTE MENSUAL DE CONTROL DE BANCOS DE BATERIAS

REPORTE No. DIVISION ZONA

FECHA MARCA

SUBESTACION CAPACIDAD VOLTAJE

CELDA

VOLTS

DENSIDAD

TEMP

CELDA

VOLTS

DENSIDAD

TIPO

TEMP

CELDA

1

21

41

2

22

42

3

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4

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5

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60 REPOSICION DE AGUA :

VOLTAJE ENCONTRADO VOLTAJE FINAL

TOTAL

CORRIENTE ENCONTRADA

VOLTS

DENSIDAD

TEMP

OBSERVACIONES : SEDIMENTACION FISURAS POSTES OTRA

CELDAS NO.

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