Prueba de tensión de celdas y densidad específica en baterías: inspecciones en flotación

Qué es

Esta es la inspección básica de condición de un banco de baterías estacionarias que se mantiene en carga mediante su cargador. Con el cargador energizado y la batería en modo de flotación, se mide la tensión total de la batería en los terminales y la tensión de cada celda individual o monobloque de varias celdas entre sus propios bornes. En las celdas ventiladas de plomo-ácido se toma una muestra del electrolito para leer la densidad específica, que es la densidad del electrolito comparada con la del agua, y se mide la temperatura del electrolito; en las celdas ventiladas de níquel-cadmio se verifica en cambio el nivel del electrolito, porque allí la densidad dice poco sobre la carga. Una celda piloto, elegida como representativa de la cadena, puede leerse con más frecuencia que las demás, y en las baterías reguladas por válvula, donde el electrolito no es accesible, puede registrarse la temperatura del borne negativo o de las superficies del recipiente. Los ajustes de tensión de flotación y de ecualización del cargador se verifican al mismo tiempo, porque las lecturas de las celdas solo significan algo cuando la batería se carga con la tensión correcta. La inspección se aplica a baterías de plomo-ácido ventiladas, de plomo-ácido reguladas por válvula y de níquel-cadmio ventiladas, y al lado de baterías de los sistemas de cargadores de corriente continua.

Por qué se realiza

Un banco de baterías es una cadena en serie, de modo que la celda más débil fija el desempeño del conjunto. Una celda cuya tensión se ha desviado hacia abajo, o que se ha sulfatado, secado o desarrollado un cortocircuito interno, puede limitar la capacidad de la cadena mucho antes de que las demás muestren señales de envejecimiento. Las desviaciones de tensión aparecen temprano en las inspecciones en flotación, y la densidad específica informa sobre el estado de carga y la salud del electrolito en las celdas ventiladas. Una cadena mantenida con una tensión de flotación equivocada envejece prematuramente: si es demasiado baja, las celdas se sulfatan lentamente; si es demasiado alta, generan gases, pierden agua, corroen sus rejillas y, en las celdas reguladas por válvula, arriesgan el resecamiento y la fuga térmica. Las celdas individuales atípicas también sugieren problemas en desarrollo, como recipientes agrietados o malas conexiones. Como las lecturas son rápidas, no destructivas y se toman sin interrumpir el servicio, son la forma más común de vigilar una batería de estación, y un historial registrado permite corregir o reemplazar las celdas débiles antes de que una interrupción demuestre que son insuficientes.

El principio

Cada celda en flotación se mantiene mediante el cargador a una tensión ligeramente superior a su tensión de circuito abierto, de modo que fluye una pequeña corriente de mantenimiento que compensa la autodescarga y mantiene las placas completamente cargadas. En una cadena sana, todas las celdas están cerca de la misma tensión de flotación y las lecturas se agrupan estrechamente. Una celda con una lectura más baja no se mantiene totalmente cargada, a menudo por fuga interna o sulfatación, mientras que una celda con una lectura alta puede estar perdiendo electrolito o desarrollando mayor resistencia interna. Las demás celdas de la cadena en serie compensan, puesto que el cargador mantiene constante el total de la cadena. En las celdas ventiladas de plomo-ácido, la densidad específica del electrolito de ácido sulfúrico disminuye cuando la celda se descarga y se recupera cuando se recarga, por lo que indica el estado de carga, y depende de la temperatura, por lo que se lee y se corrige a una temperatura de referencia. En las celdas de níquel-cadmio, la densidad del electrolito cambia poco con la carga, de modo que la tensión y el nivel del electrolito son los indicadores principales. La temperatura afecta los requisitos de tensión de flotación, y por eso los ajustes del cargador pueden compensarse por temperatura y se vigilan las temperaturas del borne negativo en celdas selladas.

Cómo se realiza

La inspección se realiza con la batería en su carga de flotación normal, y primero se lee la tensión de salida del cargador con un medidor calibrado en los terminales de la batería. Luego se usa un voltímetro digital calibrado para medir cada celda o monobloque entre sus bornes, cuidando mantener un punto de medición constante y hacer un contacto firme. Las lecturas se toman en secuencia a lo largo de la cadena para poder rastrear las posiciones. En las celdas ventiladas se usa un hidrómetro o un refractómetro para extraer una muestra de electrolito, se lee la densidad específica y un termómetro en el electrolito da la temperatura para la corrección; también se comprueba el nivel del electrolito contra las marcas del recipiente. Las celdas reguladas por válvula y selladas se revisan en cuanto a tensión y a temperatura del borne negativo o del recipiente, con un termómetro de contacto o un dispositivo infrarrojo, y se anota el estado visual por hinchazón, fugas y corrosión. La celda piloto, si está designada, también se lee. Las precauciones incluyen protección para ojos y piel contra el electrolito, ausencia de llamas o chispas cerca de las celdas ventiladas, herramientas aisladas y cuidado de no provocar un cortocircuito entre bornes. La prueba nunca desconecta la batería de su carga.

Qué se registra

El registro identifica la batería, su tipo y el número de celdas o unidades, y la fecha, los instrumentos usados y la persona que tomó las lecturas. Documenta los ajustes de tensión de flotación y de ecualización del cargador, la tensión total de la batería y las tensiones de cada celda o monobloque en orden a lo largo de la cadena. Para las celdas ventiladas registra las lecturas de densidad específica y la temperatura y el nivel del electrolito, y para las selladas las temperaturas de los bornes o del recipiente. Se anotan los resultados de la celda piloto, junto con observaciones sobre el estado de recipientes, tapas, bornes y conexiones, y cualquier celda que se distinga de las demás.

Cómo se juzgan los resultados

Las lecturas de tensión de flotación se juzgan frente al ajuste de flotación recomendado por el fabricante, corregido por temperatura, y frente a la dispersión entre las celdas de la cadena, y en ambos casos con límites tomados del fabricante de la batería y de los documentos que rigen. ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 establecen expectativas para las tensiones de las celdas y, en las celdas ventiladas, para la densidad específica corregida a la temperatura de referencia y para el nivel del electrolito. Una celda que queda muy por debajo del promedio de la cadena, o cuya tensión se desvía a lo largo de inspecciones sucesivas, se señala para seguimiento, como una carga de ecualización, una prueba de capacidad o el reemplazo. La densidad específica se compara con el valor nominal del tipo de celda y con las demás celdas y la celda piloto, y la temperatura de las celdas selladas se compara con el ambiente y con sus vecinas. Una lectura inusual pero estable se trata de manera distinta de una que está cambiando. Los límites reales corresponden a las normas citadas y al fabricante, por lo que conviene consultarlos y no confiar en una regla práctica.

Variaciones

En la aceptación, la inspección establece los valores iniciales después de la primera carga de la batería y documenta la referencia con la que se compararán las lecturas posteriores. En el mantenimiento se repite según un calendario regular, con una inspección más detallada a intervalos más largos, y antes después de una descarga, una carga de ecualización o un problema del cargador. Las celdas de plomo-ácido ventiladas son las únicas que permiten lecturas directas con hidrómetro, las baterías reguladas por válvula dependen de la tensión y la temperatura, y las celdas de níquel-cadmio usan niveles de tensión diferentes y, por lo general, una verificación distinta del electrolito. Los ajustes de flotación y ecualización del cargador se verifican junto con las celdas porque determinan cuáles deben ser las lecturas. Las baterías de monobloque se miden por unidad y no por celda. En cuartos calurosos cobran más importancia la compensación por temperatura y las temperaturas del borne negativo. La inspección suele combinarse con la resistencia de las conexiones entre celdas y las lecturas óhmicas, que aportan información sobre las conexiones y la condición interna.