Baterías y sistemas de CC
La prueba de capacidad con carga descarga un banco de baterías en condiciones controladas y mide cuánta energía puede entregar realmente en comparación con su capacidad nominal. Es la única prueba que demuestra la capacidad de forma directa y se usa en la aceptación, a intervalos en servicio y cuando la batería se acerca al final de su vida.
Una prueba de capacidad con carga de una batería, también llamada prueba de descarga, conecta un banco de baterías a una carga controlada y le extrae energía a un ritmo constante, mientras se vigila la tensión en los terminales de la cadena y, a menudo, de cada celda. La prueba continúa hasta que la cadena alcanza su tensión final especificada o se completa la duración prevista, y el resultado se expresa como la capacidad que entregó la batería comparada con su capacidad nominal. Existen varias variantes. La prueba de aceptación, realizada en una instalación nueva, demuestra que la batería cumple su capacidad nominal. La prueba de desempeño, que se repite según un calendario o cuando la batería envejece, sigue la capacidad frente al valor original. La prueba de servicio aplica el ciclo de trabajo real que la batería debe suministrar a las cargas conectadas, para demostrar que puede sostener ese servicio. La prueba se aplica a baterías de plomo-ácido ventiladas, de plomo-ácido reguladas por válvula y de níquel-cadmio ventiladas en aplicaciones de estaciones, subestaciones, plantas generadoras y control, y pruebas de descarga similares se emplean en sistemas de almacenamiento de energía en baterías. Si se realiza la prueba, y qué variante se utiliza, lo determinan la especificación del proyecto y la norma de baterías aplicable.
Una batería puede verse perfecta en todas las demás mediciones y, aun así, no poder entregar su energía cuando se necesita. La tensión de flotación, la densidad específica, las lecturas óhmicas y la inspección visual son indicadores útiles, pero solo una prueba de descarga muestra la capacidad de forma directa. Eso importa porque la batería existe para los momentos en que todo lo demás ha fallado: debe sostener el control de interruptores, los relés de protección, la iluminación de emergencia, las comunicaciones y las cargas críticas durante una interrupción. La sulfatación de placas, la corrosión de rejillas, la pérdida de material activo, el resecamiento, los cortocircuitos internos y las celdas defectuosas reducen la capacidad, a menudo sin aviso evidente. Un banco con capacidad insuficiente puede dejar una subestación sin protección en el peor momento. La capacidad disminuye con el envejecimiento, de modo que las pruebas de descarga periódicas permiten planificar el reemplazo antes de que la capacidad caiga por debajo de lo que requieren las cargas, lo cual es mucho más barato que un reemplazo de emergencia o un esquema de protección fallido. En la aceptación, la prueba demuestra que lo entregado e instalado es lo que se compró, mientras las celdas aún están en garantía.
Una batería almacena energía químicamente, y su capacidad es la cantidad de carga que puede entregar bajo una tasa de descarga, una temperatura y una tensión final especificadas. La capacidad depende mucho del ritmo de descarga: una batería descargada rápidamente entrega menos que la misma batería descargada con lentitud, y por eso las capacidades nominales se indican para una duración determinada. También depende de la temperatura, porque el frío frena las reacciones químicas y reduce la capacidad entregada, así que los resultados se corrigen a una temperatura de referencia. Durante la descarga, la tensión de cada celda cae gradualmente y luego más rápido a medida que se agota el material activo. La prueba se detiene cuando las celdas más débiles alcanzan la tensión de fin de descarga definida para el tipo de celda, porque seguir descargando dañaría la batería y arriesgaría la inversión de polaridad de una celda. Una batería sana mantiene una tensión satisfactoria durante toda la duración, mientras que una batería envejecida llega antes al punto final. El resultado de capacidad es el tiempo hasta la tensión final dividido por el tiempo nominal, ajustado por temperatura, y se interpreta como una fracción de la capacidad de placa.
La batería se carga por completo y se le da el período de ecualización o de reposo que especifique el fabricante o la norma, de modo que la prueba comience desde un estado conocido. La carga se desconecta del cargador y de la batería en la forma que exige el procedimiento; en una batería de estación, la prueba suele programarse durante una ventana de interrupción o con alimentación temporal dispuesta para las cargas críticas. Antes de la prueba se inspeccionan las conexiones y se considera la resistencia de las conexiones entre celdas, porque las malas conexiones causan calentamiento y distorsionan el resultado. Se conecta a través de la cadena un banco de carga con corriente controlable y medida. La corriente se fija en el valor derivado de la capacidad nominal o del ciclo de trabajo y se mantiene constante, o se aplica según el perfil de la prueba de servicio. La tensión de la cadena, las tensiones de cada celda o unidad y la corriente se registran a intervalos definidos, con lecturas más frecuentes cerca del final de la descarga, junto con la temperatura del electrolito o ambiente. La prueba se detiene cuando se alcanza la tensión final en la cadena o en una celda, según lo exija el procedimiento. La seguridad incluye ventilación y precauciones por hidrógeno en las celdas ventiladas, equipo de protección contra el electrolito y los riesgos de arco eléctrico, y un plan para volver a cargar la batería con prontitud después de la descarga.
El registro identifica la batería, su tipo, su capacidad nominal y su edad, y el tipo de prueba realizada. Documenta la corriente de descarga, el tiempo hasta la tensión final, las lecturas de tensión de la cadena y de las celdas o unidades en los intervalos elegidos, y la temperatura al inicio y durante la prueba. Se anotan el banco de carga y los instrumentos usados, el estado de carga y el historial de carga previos a la prueba y el estado de las conexiones tal como se encontraron. Se registra la capacidad calculada, corregida por temperatura y expresada frente a la capacidad nominal, junto con las celdas que llegaron primero a la tensión final, cualquier comportamiento anormal y la recarga realizada después.
Los resultados de capacidad se juzgan frente a la capacidad nominal de la batería y frente a los criterios de IEEE 450-2020 para baterías de plomo-ácido ventiladas, y frente a las prácticas recomendadas correspondientes para baterías reguladas por válvula y de níquel-cadmio. La capacidad calculada, corregida a la temperatura de referencia, se compara con el nivel de aceptación para una batería nueva y con el umbral de reemplazo para una en servicio, y la tendencia de pruebas anteriores es tan significativa como cualquier cifra aislada. Una prueba de servicio se juzga como aprobada o no según si la batería sostiene el servicio requerido sin que la tensión caiga por debajo del mínimo que las cargas toleran. Las celdas individuales que llegan temprano a la tensión final, o que caen bruscamente, señalan celdas débiles. Los niveles exigidos los fijan los documentos citados y el fabricante, y ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 piden la prueba en sus secciones de baterías, por lo que conviene consultarlos para conocer los criterios que rigen.
La prueba de capacidad de aceptación suele realizarse en un banco nuevo, a menudo después de instalarlo y cargarlo y antes de depender de él, y también puede hacerse en fábrica. La prueba de desempeño en el mantenimiento se realiza según un calendario que se acorta a medida que la batería envejece, y antes si otros indicadores empeoran. La prueba de servicio es la prueba más directa de la aptitud para la carga real. Las baterías de plomo-ácido ventiladas, las reguladas por válvula y las de níquel-cadmio tienen tensiones finales, ritmos y prácticas recomendadas diferentes, por lo que el procedimiento debe corresponder a la tecnología. Las baterías reguladas por válvula son especialmente sensibles al envejecimiento y pueden requerir pruebas más tempranas y frecuentes. Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías se prueban por descarga a través de su inversor y de su sistema de gestión de baterías, midiendo la energía disponible frente a la capacidad nominal. La prueba es disruptiva, por lo que se planifica con operaciones y se protege de interrupciones.
Las clases de equipo y las secciones de norma que exigen esta prueba, y los formularios de UltraDb que la incluyen.
La tensión, la densidad específica y las lecturas óhmicas son indicadores útiles, pero solo estiman la condición. La prueba de descarga es la única forma de medir cuánta energía puede entregar realmente la batería, que es lo que la carga necesita durante una interrupción.
La prueba de desempeño mide la capacidad frente a la capacidad nominal con una descarga constante. La prueba de servicio aplica el ciclo de trabajo real que la batería debe suministrar, para demostrar que puede sostener esa carga específica. Cada una responde una pregunta distinta.
Una prueba bien realizada, detenida en la tensión final especificada y seguida de una recarga inmediata, se considera segura y es parte normal del mantenimiento de baterías. La descarga excesiva o las demoras antes de recargar pueden dañar las celdas, por lo que debe seguirse el procedimiento.
El intervalo proviene de la norma de baterías, del fabricante y del programa del propietario, y se acorta a medida que la batería envejece o si otros indicadores empeoran. Consulte ANSI/NETA MTS-2023 y la práctica de baterías aplicable para el calendario.
La capacidad varía con la temperatura, porque el frío reduce la energía que una batería puede entregar. Registrar la temperatura permite corregir el resultado a un valor de referencia, de modo que pruebas tomadas en condiciones distintas puedan compararse con justicia.
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