ASPECTOS QUE DEBE TOMAR EN CUENTA AL MOMENTO DE ADQUIRIR BATERIAS PARA LOS SISTEMAS DE ENERGIA DE RESPALDO EN SU CENTRO DE DATOS

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1 ASPECTOS QUE DEBE TOMAR EN CUENTA AL MOMENTO DE ADQUIRIR BATERIAS PARA LOS SISTEMAS DE ENERGIA DE RESPALDO EN SU CENTRO DE DATOS Qué es una Batería? El concepto de una batería puede definirse como la de un dispositivo formado por varias celdas capaces de almacenar energía eléctrica para su uso posterior. Una roca, empujada hasta la cima de una cuesta, puede considerarse como un tipo de batería ya que la energía utilizada para empujarla a la cima (energía química de los músculos o de la combustión de motores utilizados) es convertida y almacenada como energía cinética potencial en el tope de la cuesta. Posteriormente, esa energía es liberada como energía térmica y cinética cuando la roca ruede cuesta abajo. Está claro que este no es un ejemplo de una aplicación práctica. El uso común de la palabra batería en términos eléctricos está limitado al dispositivo electroquímico que convierte energía química en eléctrica por una celda galvánica. Una celda galvánica es un dispositivo bastante simple que consiste de dos electrodos de metales diferentes (un ánodo y un cátodo) y una solución electrolítica (usualmente ácida, pero algunos alcalinas). Una Batería es dos o más de esas celdas en serie. Una Batería es un dispositivo de almacenamiento de electricidad. Las Baterías no hacen la electricidad, la almacenan; así como un tanque de agua almacena el agua para su uso futuro. A medida que los químicos cambian en la batería, la energía eléctrica es almacenada o liberada. En las baterías recargables este proceso puede repetirse muchas veces. Las Baterías no son 100% eficientes -Parte de la energía se pierde como disipación de calor y reacciones químicas mientras se cargan y se descargan. Si usas 1000 Watts de una batería, podría tomar Watts o más para recargarse completamente. PORQUE SE NECESITAN BATERIAS Las baterías son una fuente de voltaje DC y se usan para asegurar la operación de equipos eléctricos críticos. Existen tantos lugares donde se usan baterías que es casi imposible listarlos. Algunas de las aplicaciones de baterías incluyen: Plantas de generación eléctrica y subestaciones para protección y control de seccionadores y relés Sistemas telefónicos para soportar el servicio de teléfono, especialmente servicios de emergencia Aplicaciones industriales para protección y control Respaldo de computadoras, especialmente datos e información financiera Sistemas de información de negocios Menos críticos

2 Las baterías se han usado extensamente y sin ellas muchos de los servicios que damos o recibimos fallarían causando innumerables problemas,.son complejos mecanismos químicos. Tienen numerosos componentes tales como rejillas, material activo, terminales, caja y tapa, etc. Como con todos los procesos de fabricación, sin importar lo bien que se hayan fabricado sus partes, existen siempre fenómenos o comportamientos no fáciles de predecir o explicar (incluyendo los procesos químicos). Una batería puede considerarse como dos materiales metálicos disímiles separados por un electrolito. De hecho, se pueden poner una moneda de un centavo y una de cinco centavos en la mitad de una toronja y entonces se tiene una batería. Tecnología de Baterías Las baterías se dividen de dos formas, por su aplicación (para qué son usadas) y por su construcción (como son elaboradas). Baterías Plomo-Acido (sumergidas) La mayor aplicación es para uso automotriz, marino, y de ciclo profundo. Las de ciclo profundo incluyen aplicaciones en Energía Solar, Energía de Respaldo, UPS, Energía Portátil y para Vehículos Camperos. Las baterías que más se construyen son las abiertas. plomo-acido (sumergidas). Baterías para automóviles Las baterías modernas para automóviles están diseñadas de modo de suministrar un pico de corriente elevada que permita encender el motor del automóvil. Esto se logra fabricando la batería con una gran cantidad de placas delgadas, a efectos de maximizar el área superficial de las placas. Las placas están compuestas por una esponja de plomo, que tiene una apariencia semejante a la de una esponja de espuma muy delgada. Si se la somete a una descarga profunda, esta esponja se consume rápidamente y desciende al fondo de las celdas. Las baterías para automóviles nunca deben descargarse más que aproximadamente 30% antes de recargarlas. La batería de un coche sólo durará unos 30 ciclos profundos, mientras que, si se la utiliza del modo habitual para encender el vehículo (descarga de entre 2% y 5%), puede durar miles de ciclos. La potencia nominal de las baterías para automóviles se expresa en amperios de arranque en frío (CCA, por sus siglas en inglés). Ésta es la cantidad de corriente que la batería es capaz de suministrar durante 30 segundos a -20 C, manteniendo una tensión en los bornes de 7,2 voltios o más. Tipos de falla en baterías Plomo-Acido sumergidas. Corrosión de la rejilla o terminal positivo Formación de sedimento (desprendimiento) Corrosión de cables de salida superior Sulfatación de placas Sedimentación (trozos de pasta) Cada batería tiene varios tipos de fallas, algunos de los cuales son más frecuentes que otros. En baterías Plomo-Acido sumergidas, los tipos de falla comunes, son los listados a continuación. Algunos de estos se manifiestan por sí mismos con eventos tales como la formación de sedimentos debido a un excesivo número de ciclos de operación repetitivos, otros ocurren naturalmente tales como el crecimiento de la rejilla positiva (oxidación). Solo es cuestión de tiempo antes de que falle una batería. El mantenimiento y las condiciones ambientales pueden incrementar o disminuir el riesgo de falla prematura de la batería.

3 La falla más frecuente en baterías de Plomo-Acido sumergidas, es la corrosión de rejilla o terminal positivo. Estas rejillas son aleaciones de plomo (plomo-calcio, plomo antimonio, plomo-antimonio-selenio), que se convierten a óxido de plomo con el tiempo Baterías Plomo-Acido con válvula regulada VRLA (Valve Regulated Lead Acid). La batería de Plomo-Ácido con Válvula Reguladora (VRLA) es una batería de respaldo usado en equipos portátiles y equipos de automatización de oficinas y fábricas. La batería también funciona conjuntamente con celdas solares para incorporar un sistema de fuente de energía descentralizada. La batería VRLA es de alto rendimiento haciendo que sea económico para usar. Además de estas ventajas, la construcción sellada elimina la necesidad de llenar la batería con agua. Las Baterías GEL y AGM (Absorbed Glass Mat) también son denominadas secas ya que la capa de fibra de vidrio solo es saturada a un 95% de ácido sulfúrico y no hay exceso de líquido. Características de la Batería VRLA No necesita mantenimiento No requiere de mantenimiento ya que el gas generado por la electrolisis del agua causado por la sobrecarga, es absorbido y reducido a electrolito por el electrodo. Puede ser instalada y operada en cualquiera posición ya que la generación de gas está auto contenida y no existe fuga de electrolito. No existe electrolito en forma líquida ya que el electrolito está firmemente retenido o contenido por una retenedora y los electrodos. Sin embargo, el gas generado por la sobrecarga es absorbido por los electrodos y no es expulsado fuera de la batería en condiciones normales. De esta forma, la batería puede ser usada en cualquiera posición para múltiples usos en la casa ó en la oficina. Medidas de Seguridad La sobrecarga excesiva ó un método incorrecto de carga podrían producir un volumen desmedido de gas. La batería VRLA está construida con una válvula de seguridad que detecta el aumento de la presión interna y permite que el gas sea expulsado hacia fuera. La Batería VRLA está lista para ser usada al cargarse aún después de estar almacenada por período extendido El uso de una estructura de malla de aleación de plomo calcio en vez de una estructura de malla convencional

4 de aleación de plomo antimonio en la batería permite que la cantidad de auto descarga sea de 1/3 a 1/4 menor. Esto incrementa enormemente el período de almacenamiento aumentando el tiempo de vida de la batería. Las baterías VRLA pueden ser usadas para 260 ó más ciclos de descarga al 100% en servicio cíclico y tres a cinco años en servicio de respaldo. La batería no necesita mantenimiento y tiene un bajo costo de operación haciendo que su uso sea económico. El ser compacto, de peso liviano y alto rendimiento contribuye a disminuir el costo global de una fuente de energía. TIPOS DE BATERIA VRLA Batería VRLA-GEL (Electrolito gelificado) Las baterías de gel, o celdas de gel, contienen ácido que ha sido gelificado mediante la adición de gel de sílice, lo cual lo convierte en una masa sólida con una apariencia similar a la de una gelatina espesa. La ventaja que ofrecen estas baterías es que es imposible derramar el ácido incluso si la batería se rompe. Una de las desventajas de las celdas de gel es que deben cargarse a una tensión inferior en comparación con las baterías de inmersión o AGM. Si se sobrecargan, se pueden formar vacíos en el gel, los cuales nunca desaparecen y provocan pérdidas en la capacidad de la batería. En los climas cálidos, la pérdida de agua que se produce en un período de 2 a 4 años puede ser suficiente para provocar la muerte prematura dela batería. Bateria VRLA - AGM (Material separador de vidrio absorbente) Existe un tipo de batería sellada más moderna que utiliza separadores de vidrio absorbente, denominados AGM, entre las placas. Éstos son separadores muy delgados de fibra de vidrio de borosilicato. Estas baterías ofrecen todas las ventajas de las baterías de gel (consulte la información que figura a continuación), pero pueden soportar condiciones de uso mucho más duras. Las placas de las baterías AGM se encuentran colocadas de modo apretado y montadas con rigidez, y son capaces de soportar los choques y las vibraciones mucho mejor que cualquier batería convencional. Las baterías AGM ofrecen varias ventajas en comparación con las baterías de GEL y de inmersión, y tienen un costo semejante al de las baterías de GEL. Dado que todo el electrolito se encuentra en los separadores de vidrio, éste no puede derramarse, ni siquiera si la batería se rompe. Esto significa asimismo que, dado que no ofrecen peligros, sus costos de envío son menores. Además, dado que no contienen ningún líquido que pueda congelarse y expandirse, son prácticamente inmunes al riesgo de congelamiento. Las tensiones de carga son las mismas que para cualquier batería convencional; no hay necesidad de hacer ninguna modificación especial ni existen problemas de incompatibilidad con los cargadores. Las baterías AGM exhiben una auto descarga muy baja: lo habitual es que se descarguen de 1 % a 3 % por mes. Esto significa que pueden almacenarse durante períodos mucho más prolongados sin cargarse. Construcción de la Batería VRLA Retenedores, separadores AGM o GEL Tela de fibra de vidrio sin tejido, con alto grado de oxidación y alta resistencia, se usa para brindar una mejor absorción y facilidad de retener el electrolito y excelente conductividad iónica. Válvula de seguridad La válvula de seguridad se abre cuando ocurre un aumento anormal en la presión interna ocasionado por la sobrecarga ó manejo inadecuado. El gas se libera de la batería para retornar la presión a lo normal. Recipiente y tapas

5 El recipiente y las tapas son de ABS ó resina PP con características de mayor fuerza y resistencia al ácido. El recipiente y las tapas están sellados para prevenir la fuga del electrolito y el gas. Tiempo de Vida La vida útil de una batería de ciclo profundo está directamente relacionada con el uso que se le de, como es su mantenimiento y método de re-carga, la temperatura y otros factores. En casos extremos, las variaciones podrán ser extremas, y se pueden ver casos de baterías muertas en apenas un año por efectos de sobre-cargas severas. Al igual que otras baterías, la batería VRLA desarrolla un deterioro del electrodo con uso extendido. Cuando se alcanza el factor límite de servicio, la capacidad no se puede recuperar con la carga. Dependiendo del método de carga ó temperatura de operación, la batería puede tener un período de vida menor que la de una batería de plomo-ácido con una gran cantidad de electrolito. Los factores que más influyen en disminuir el tiempo de vida de la batería se indican a continuación: Intensidad ó profundidad de la descarga Descargas repetidas con un valor alto de descarga (o sea, descargas profundas) acortan el tiempo de vida Valor de la corriente de descarga Después de una descarga con un valor bajo de descarga (o sea, descarga leve) y seguido de una corriente alta de descarga disminuirá el tiempo de vida. Valor de la corriente de carga Una corriente excesivamente alta genera gas en cantidades que excede la tasa de recombinación de la batería. Esto ocasiona que la presión interna aumente y el gas es liberado por la válvula. Finalmente, el electrolito se pierde, lo cual requiere tomarse en consideración durante carga de flotación ó carga lenta. La sulfatación se debe a los ajustes bajos de tensión del cargador o recarga incompleta después de un apagón. Los sulfatos se forman cuando la tensión no se ajusta lo suficientemente alta. Valor de Sobre-Carga Cuando una batería se sobre-carga, sus componentes (placas, retenedoras, etc.) sufren deterioro debido a la oxidación electrolítica. En ambos casos, carga de flotación y carga lenta, el valor de la sobre-carga es un factor importante que determina el tiempo de vida de la batería.

6 Influencia de la temperatura ambiental Altas temperaturas ambientales aceleran el deterioro de los componentes de la batería. Con carga de voltajeconstante, la temperatura ambiental alta permite que grandes cantidades de corriente innecesarias circulen, lo cual ocasiona menos tiempo de vida. Sin embargo, cargar a bajas temperaturas, ocasiona la generación de gas H2. Este gas ocasiona que la presión interna aumente ó que el electrolito disminuya, de tal forma que acorta el tiempo de vida. Tiempo de vida con uso cíclico Durante su operación, cuando la intensidad de la descarga aumenta la cantidad de ciclos de servicio de operación disminuye. Cuando se utilizan con cargas similares, la batería que está diseñada para capacidad extendida tendrá mayor tiempo de vida en operación. Tiempo de vida con carga lenta (flotación) Para obtener el rendimiento máximo de la batería VRLA, escoja el método de carga apropiado dependiendo del uso y las condiciones. Los métodos disponibles son: método de carga con corriente semi-constante, método de carga con corriente-constante, método de carga con voltaje-constante y método de carga con voltaje constante en dos etapas. Los métodos de carga con voltaje semi-constante y con voltaje constante normalmente se usa para baterías que operan en servicios cíclicos. El método de carga con voltaje constante generalmente se usa para baterías en servicio de respaldo (carga lenta ó de flotación). También, el método de corriente semi-constante se usa para cargas suplementarias de la batería con períodos largos de almacenaje.

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