03 septiembre 2010

¿Por qué fallan las baterías y qué podemos hacer para prolongar su duración? (2ª PARTE)

Ver 1ª PARTE

LA UTILIZACIÓN DE LAS BATERÍAS

El uso de la batería correcta para cada aplicación es la estrategia principal con la que conseguiremos alargar la vida de las baterías. Revisemos en primer lugar las aplicaciones generales de los diferentes tipos de baterías.

1) Arranque: 80 USD por KWH.
2) Celda espiral: 350 USD por KWH.
3) Semitracción: Baterías de uso residencial hasta aproximadamente 600 Ah (125 USD por KWH).
4) Baterías AGM VRLA: Uso residencial hasta 600 Ah (210 USD por KWH).
5) Tracción (Placas tubulares): Baterías de uso residencial hasta aproximadamente 2000 Ah (190 USD por KWH).
6) VRLA-gel Sonnenscheln Dryfit A200. Baterías de uso residencial hasta aproximadamente 600 Ah (210 USD por KWH).
7) VRLA-gel Sonnenscheln Dryfit A600. Baterías de uso residencial hasta aproximadamente 600 Ah (305 USD por KWH).
Como podemos ver los costes varían en gran medida según la elección de las baterías, y particularmente que las baterías húmedas son menos caras que las baterías VRLA.

Las baterías VRLA ofrecen gran facilidad de uso, y:

• Están libres de mantenimiento.
• No despiden gas (si la batería no se carga con excesivo voltaje).
• Pueden instalarse en lugares con difícil acceso.

Por otra parte, las baterías selladas son muy sensibles a la sobrecarga (con la excepción de la batería de celda espiral. La sobrecarga genera gases (a través de la válvula de seguridad), lo cual significa que las pérdidas no pueden nunca rellenarse, por lo cual se produce una pérdida de capacidad y envejecimiento prematuro.

Efecto en la capacidad de la rapidez de descarga

La capacidad de una batería es dependiente de la tasa de descarga. Cuanto más rápida sea la descarga, menos capacidad Ah estará disponible. Esto está relacionado con el proceso de difusión. En general la capacidad de una batería se cita para un tiempo de descarga de 20 horas (corriente de descarga I=C/20).

Para una batería de 200 Ah significa que la capacidad nominal puede transmitirse a una corriente de descarga de 200 Ah/20 horas = 10 amperios.

Con una corriente de descarga de 200 A la misma batería queda “plana” mucho antes. Por ejemplo una batería de gel de 200 Ah tiene una capacidad efectiva de solamente 100 Ah y por lo tanto queda plana en 30 minutos.

Efecto de la temperatura en la capacidad

La capacidad efectiva de la batería varía inversamente proporcional a la temperatura. A – 10 ºC, por ejemplo, la capacidad de la batería es del 80 %. A 20 ºC la batería funciona al 100 % de la capacidad y a 30 º C al 105 %

Envejecimiento prematuro 1. La batería se descarga demasiado profundamente

A la hora de diseñar instalaciones con baterías hemos de tener muy en cuenta que el deterioro que sufren las distintas tecnologías es muy diferente según la aplicación. Muchos proveedores se limitan a especificar las baterías más baratas y ello supone un prematuro envejecimiento que las acaba destrozando en poco tiempo. Es por tanto importante saber cómo se comporta cada tipo de batería según los ciclos previstos.

Si la batería se descarga muy profundamente, el envejecimiento debido al desprendimiento de las placas se acelerará, y una vez se exceden ciertos límites (aproximadamente el 80 % de la profundidad de descarga) el proceso de envejecimiento avanza desproporcionadamente rápido.

Adicionalmente, si la batería se deja descargada las placas comienzan a sulfatarse.

Como también hemos explicado, el envejecimiento de la batería se produce incluso cuando se mantiene cargada y no hace nada, principalmente debido a la oxidación de la de la placa positiva.

A continuación damos una idea aproximada del número de ciclos de carga/descarga que las baterías pueden resistir hasta el fin de su vida útil, y cómo pueden destrozarse por sulfatación o debido a la corrosión de la placa.

Las baterías se considera han alcanzado el fin de su vida de servicio cuando la capacidad que pueden retener se ha reducido al 80 % de la capacidad nominal (DoD 80 %). Durarán aún bastante más tiempo todavía.

Arranque: Las baterías de arranque pueden llegar a durar 5 años (trabajando en flotación en ciclos poco profundos y a temperatura ambiente de 20 ºC) pero si su uso es cíclico (ej. energía solar) su duración será de dos años o menos.
Celda espiral: El número de ciclos de la batería en servicio es de 400 (DoD 80 %). Si sufre descargas del 100 % se sulfatan irreparablemente en pocos días. La vida de servicio trabajando en flotación o ciclos poco profundos a temperaturas de 20 º C es de 10 años.
Semitracción: El número de ciclos de la batería en servicio es de 200 (DoD 80 %). Si sufre descargas del 100 % se sulfatan irreparablemente en pocos días. La vida de servicio trabajando en flotación o ciclos poco profundos a temperaturas de 20 º C es de 5 años.
Baterías AGM VRLA: El número de ciclos de la batería en servicio es de 250 (DoD 80 %). Sobrevive más de un mes en estado de cortocircuito. La vida de servicio trabajando en flotación o ciclos poco profundos a temperaturas de 20 º C es de 4 - 10 años.
Tracción (Placas tubulares): El número de ciclos de la batería en servicio es de 1500 (DoD 80 %) y 2500 (DoD 60 %). Sobrevive un mes en estado de descarga. La vida en servicio de estas baterías trabajando en flotación a 20 ºC es de unos 15 años.
VRLA-gel Sonnenscheln Dryfit A200. El número de ciclos de la batería en servicio es de 250 (DoD 80 %). Sobrevive un mes en estado de descarga. La vida en servicio de estas baterías trabajando en flotación a 20 ºC es de unos 4 – 5 años.
VRLA-gel Sonnenscheln Dryfit A600. El número de ciclos de la batería en servicio es de 600 (DoD 80 %). Sobrevive un mes en estado de descarga. La vida en servicio de estas baterías trabajando en flotación a 20 ºC es de unos 15 – 18 años.

Aunque la mayoría de las baterías se recuperarán tras una descarga total, es sin embargo muy perjudicial para su vida en servicio. Es por ello que las baterías nunca deben descargarse completamente, y tampoco dejarse descargadas.

El voltaje de la batería que está en uso no es una buena medida de su nivel de descarga, ya que está afectado por otros factores tales como la corriente de descarga y la temperatura. Tan solo cuando la batería está completamente descargada el voltaje caerá rápidamente. La recarga debe comenzar antes de que esto ocurra. Por lo tanto es altamente recomendable un sistema de control para gestionar con efectividad grandes bancos de baterías.

Envejecimiento prematuro 2: Carga demasiado rápida y no cargarse completamente

Las baterías pueden cargarse y absorberán altas corrientes de carga hasta que se alcance el voltaje de gasificación. Estas cargas con altas corrientes pueden trabajar bien en unas pocas ocasiones, pero acortarán la vida de servicio de la mayoría de las baterías (la excepción son las baterías de celda espiral y algunas otras baterías AGM). Generalmente se recomienda mantener las corrientes de carga a un 20 % de la capacidad nominal. Con corrientes más elevadas la temperatura se eleva profundamente y es necesaria compensación de temperatura del voltaje de carga. Las baterías grandes se calientan más que las pequeñas.

A modo de ejemplo, cargando una batería de 12 V 100 Ah descargada al 50 % resultará en un incremento de temperatura de 10 a 15 ºC.

Envejecimiento prematuro 3: Sobredescarga

La sulfatación ocurrirá cuando una batería se deja en condición completamente descargada. La sulfatación también ocurre, aunque a menor nivel, cuando la batería se deja parcialmente descargada. Se recomienda por tanto que nunca se deje una batería descargarse más del 50 % y se recargue al 100 % regularmente, por ejemplo cada 30 días.

Las baterías, especialmente las baterías modernas inundadas bajas en antimonio, a menudo se sobredescargan porque el voltaje de carga es insuficiente.

Junto con la carga demasiado profunda, la carga no completa es causa principal del envejecimiento prematuro de una batería.

Envejecimiento prematuro 4: Sobrecarga

Cargar demasiado una batería es, en secuencia, la tercera causa principal de la reducción de la vida ´de servicio de una batería. La sobrecarga genera excesivo gas y por lo tanto pérdida de agua. En las baterías húmedas las pérdidas de agua pueden reponerse (aunque la corrosión acelerada de las placas positivas tendrá lugar simultáneamente y es irreparable). Sin embargo, en las baterías selladas no pueden rellenarse, y por lo tanto son mucho más susceptibles a las sobrecargas. Una causa frecuente de carga excesiva es la falta de compensación de temperaturas o baterías que se cargan simultáneamente usando aisladores de diodo.

Envejecimiento prematuro 5: Temperatura

La temperatura de una batería puede variar notablemente por varias razones:

• La descarga rápida y especialmente la carga rápida calienta una batería.
• Localización de la batería: En una sala de máquinas de un barco tienen lugar temperaturas de 50 º C o más. En un vehículo la temperatura puede variar de – 20 ºC a + 50 ºC

Una temperatura alta de trabajo provoca un envejecimiento acelerado debido a que la tasa del proceso de descomposición química en la batería se incrementa con la temperatura. Los fabricantes generalmente especifican la vida de servicio a una temperatura ambiente de 20 ºC. La colocación de baterías en recintos protegidos de las altas temperaturas es muy importante porque la vida en servicio de la batería baja a la mitad cada diez grados de aumento de la temperatura por encima de 20 ºC.

Finalmente, la temperatura juega un importante papel en la carga de las baterías. El voltaje de gasificación y consecuentemente el voltaje de absorción y flotación óptimo es inversamente proporcional a la temperatura.

Esto significa que un voltaje de carga fija sobre una batería fría puede ser insuficiente.

Auto-descarga

Una batería en reposo pierde capacidad como consecuencia de la auto-descarga. La tasa de auto-descarga depende del tipo de batería y de la temperatura. A modo orientativo tenemos las siguientes tasas de auto-descarga:

Arranque: Con aleaciones de antimonio al 1.6 % la auto-descarga por mes a 20 ºC es del 6 %.
Celda espiral: Con aleaciones de plomo puro la auto-descarga por mes a 20 ºC es del 4 %.
Semitracción: Con aleaciones de antimonio al 1.6 % plomo puro la auto-descarga por mes a 20 ºC es del 6 %.
Baterías AGM VRLA: Con calcio la auto-descarga por mes a 20 ºC es del 3 %.
Tracción (Placas tubulares): Con aleaciones de antimonio al 5 % plomo puro la auto-descarga por mes a 20 ºC es del 12 %.
VRLA-gel Sonnenscheln Dryfit A200. Con aleaciones de calcio la auto-descarga por mes a 20 ºC es del 2 %.
VRLA-gel Sonnenscheln Dryfit A600. Con aleaciones de calcio la auto-descarga por mes a 20 ºC es del 2 %.

Continúa en 3ª PARTE
Publicar un comentario