Conexion de un Banco de Baterias de Plomo Acido

Al conectar o formar un banco de baterías, se puede realizar de 2 formas: serie o paralelo, con la 1º aumentamos la tensión y con la 2º aumentamos la capacidad.

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Existen dos formas de conectar un banco de celdas o baterías de plomo-acido.

  • En serie
  • En paralelo

Conexión en Serie

Esta  asociación en serie es la más conocida. En este caso, el borne positivo o negativo de una celda o batería, se conecta al borne opuesto de otra de idénticas características. De esta manera, la asociación resultante tendrá el doble de tensión y la misma capacidad que cada celda o batería en forma individual.

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Y si agregamos una celda o batería más a la serie anterior, la tensión resultante será el triple. Y así sucesivamente. Por ejemplo, una batería de 24V/100Ah puede obtenerse asociando en serie 12 celdas individuales de 2V/100Ah o dos baterías del tipo monoblock de 12V/100Ah.

Es importante resaltar que las celdas o baterías que se asociarán en serie deben ser de la misma capacidad y, preferentemente, de la misma marca y modelo. De no ser así, tanto en la descarga como en la posterior carga, habrá un comportamiento desparejo y esto afectará tanto el desempeño como la vida del conjunto.

Conexión en Paralelo

Asociar en paralelo significa vincular eléctricamente bornes de la misma polaridad. La asociación en paralelo se utiliza cuando no es posible obtener una batería de la capacidad deseada. O, a veces, dicha capacidad existe en un determinado modelo o tipo constructivo y resulta más económico utilizar una asociación en paralelo de otros modelos más baratos.

Un caso típico es el de algunas capacidades intermedias (200, 300 o 400Ah en tensiones de 12 o 24V), donde las mismas se pueden obtener asociando en serie y paralelo baterías monoblock de 100Ah, según necesidad, y esto resulta más económico que utilizar celdas de 2V y de la capacidad deseada.

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Reglas para Conectar en Paralelo un Banco de Baterias

  • Solo deben asociarse en paralelo series completas. La conexión en paralelo de celdas o baterías intermedias de una serie está totalmente desaconsejada. Un ejemplo aclarará este concepto: supongamos que necesitamos armar una batería de 48V/300Ah y disponemos solo de monoblocks de 12V/100Ah. Lo correcto es formar tres series de cuatro baterías cada una. De esta manera, cada serie tendrá 48V/100Ah.

Para lograr la batería que necesitamos, lo que debemos hacer ahora es asociar en paralelo los bornes positivo y negativo de cada serie completa (o sea, los bornes extremos). Y lo que no se debería hacer es asociar en paralelo tres monoblocks de 12V, para obtener una batería equivalente de 12V/300Ah y luego asociar en serie cuatro de estos paralelos. Obsérvar que en este segundo caso puede enmascarar celdas o baterías con fallas (por ejemplo, una batería abierta), además de sobrecargar las conexiones en paralelo.

  • Al igual que en el caso de las asociaciones en serie, solo se deben utilizar celdas o baterías del mismo diseño (o sea, de la misma marca, del mismo modelo).

Si esto no se respeta, las celdas o baterías con menor resistencia interna se descargarán en forma más profunda.

  • Las condiciones ambientales entre las diferentes series a asociar en paralelo deben ser tan idénticas como sea posible. Nos referimos a la temperatura ambiente y a las posibilidades para disipar calor. Por ejemplo, si las series a poner en paralelo se encuentran dentro de un gabinete (y esto ocurre en el caso de las UPS) es fundamental que no haya diferencias de niveles entre las series. De otra manera se producirá un gradiente de temperatura que afectará a las que estén a mayor altura.
  • Las conexiones entre series en paralelo deben proporcionar la misma resistencia en el recorrido que va del rectificador a cada una de las series, de manera de asegurar una distribución uniforme de corriente. Para lograr esto, es lícito realizar algún truco, como dejar enrollados algunos tramos del cable que alimenta a la serie más cercana, de manera de compensar la mayor distancia al rectificador de otra de las series.
  • Si bien no existe una razón teórica para limitar el número de paralelos, los fabricantes recomiendan que el número máximo no sea superior a cuatro o cinco.

La experiencia muestra que es muy difícil reproducir condiciones idénticas en las conexiones cuando el número es mayor. Obtener la capacidad de una batería mediante la asociación de dos en paralelo (cada una de la mitad de la capacidad necesaria) es sumamente beneficioso desde el punto de vista de la confiabilidad.

En efecto, en caso de falla de alguna celda en una de las series en paralelo, solo habremos perdido la mitad de la capacidad y, consecuentemente, de la autonomía de funcionamiento en caso de corte de red. Por otra parte, dividir la capacidad necesaria en dos mitades permite probar por separado a cada una de ellas, sin afectar la característica de no interrupción que todo sistema debe mantener.

Conexión en Serie de un Banco de Baterías

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Conexión en Paralelo de un Banco de Baterías

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Conexión Serie-Paralelo de un Banco de Baterías

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Más Información sobre las Baterías de Plomo Ácido

Cargador de Baterias de Plomo Acido

Se suele confundir a los cargadores de baterias con rectificadores de corriente alterna. Un cargador no solo rectifica para obtener una tension continua que suminstrar a la bateria, sino que ademas controla la tension y corriente que deja pasar.

cargador baterias plomo acidoUn rectificador es un equipo no necesariamente preparado para todas las necesidades de carga que requiere una batería. En cambio un cargador es un equipo que incluye a un rectificador pero con circuitos adicionales, de automatización y control, especialmente diseñados para adaptarse a la carga de una batería. Demos un ejemplo para que se entienda mejor esto: un rectificador entrega una tensión fija, como 24, 48 o 110V de tensión continua. En cambio, un cargador puede entregar una tensión de mantenimiento de 27.2, 54.5 o 125V y, además, otras tensiones más elevadas para cargar la batería.

En lo que respecta a las especificaciones, vamos a distinguir dos tipos: en primer lugar nos referiremos a las que tienen que ver con las cuestiones básicas que se requieren para el buen mantenimiento de una batería. El parámetro más importante es, sin duda, la regulación estática de la tensión de salida. Se entiende por este término, a la variación que experimenta la tensión de salida cuando la corriente de carga varía entre 0 y 100% (regulación de carga) y la red entre +/- 10% ó -15%/+10% ó cualquier otro porcentaje que se requiera según las características de la red del lugar (regulación de línea).

La regulación de la tensión de salida es muy importante para mantener estabilizada la tensión de flote o mantenimiento de una batería estacionaria. Si la regulación no es buena, y la tensión baja o sube según el consumo o el estado de la red, la consecuencia será una batería cuya autodescarga no estará correctamente compensada (tenderá a sulfatarse), o cuya gasificación será excesiva (si es de electrolito líquido habrá que reponer el agua evaporada con mayor frecuencia y si es sellada tenderá a secarse con varias consecuencias para la duración del producto).

¿Qué porcentaje de regulación podemos pedirle a un buen cargador?

Lo primero que diremos es que depende del tipo de batería. Si se trata de una batería de electrolito líquido, una regulación de +/- 1% es suficiente para mantener la vida del producto. Pero, si se trata de una batería sellada, la regulación debe de +/- 0,5% o mejor.

Cuando hablamos de ese porcentaje de regulación, estamos suponiendo que las variaciones de red y carga pueden producirse en forma simultánea y en el sentido más desfavorable (la carga en su valor máximo y la red en su menor valor). Este tipo de regulación se denomina estática porque no se considera el transitorio durante el cual el lazo de control “ve” la variación y reacciona para compensarla.

La regulación dinámica, representada por el porcentaje de variación de la tensión de salida cuando se aplica un escalón de carga y/o una brusca variación de la red, no tiene una gran importancia para los sistemas cuya carga está directamente en paralelo con la batería, ya que esta hace las veces de un gran condensador y dichos transitorios pasan desapercibidos para el consumo. No obstante, la mencionamos porque en algunos equipos puede aparecer especificada y, en algunas aplicaciones podría tener mayor importancia. Como es de imaginarse, los valores de regulación dinámica pueden exceder ampliamente a los de la regulación estática (pueden llegar a duplicarla o triplicarla) pero aquí importa no solo este valor sino el tiempo durante el cual la tensión de salida se mantiene afuera de la “ventana” de regulación estática. Cuanto mayor el tiempo, menor será el valor de apartamiento que puede admitirse. Los tiempos que se admiten varían mucho según la tecnología del cargador.

Los valores de regulación mencionados más arriba son fácilmente alcanzables cuando se emplea la tecnología y los criterios de diseño adecuados. Una regulación de 1% se puede obtener en equipos con control de fase por tiristores. En cambio, con esta tecnología el valor más ajustado de 0,5% que requieren las baterías selladas aumenta los costos y, actualmente, se tiende a utilizar la tecnología de switching en alta frecuencia. Esta tecnología también brinda una mejor regulación dinámica y otras ventajas que se mencionarán más adelante.

El segundo parámetro que mencionaremos en esta nota es el ripple o rizado superpuesto a la tensión continua de salida. Para quienes no están familiarizados con este término, diremos que se trata de una tensión alterna que queda como residuo de la rectificación de la tensión alterna de la red. ¿Qué frecuencia tiene esta tensión alterna? Cuando la rectificación es del tipo denominado “onda completa”, la frecuencia fundamental es de 100 Hz para una alimentación monofásica y 300 Hz para una trifásica. Y decimos frecuencia fundamental porque, en realidad, este residuo de tensión alterna que se superpone sobre la tensión continua de salida, está compuesto por una serie de armónicas, siendo la fundamental la de mayor amplitud.

La tensión alterna superpuesta es perjudicial para cualquier batería porque produce calentamiento y su amplitud debe limitarse. Su valor debe estar en el orden del 1% de la tensión de continua, con un 2% como valor máximo.

Otra consideración a tener en cuenta es en qué condición se debe medir. Muchos fabricantes especifican el ripple en condición de batería conectada. Sin embargo esto es inaceptable dado que será la propia batería la que lo reciba y provoque el efecto de filtrado. En un buen cargador de baterías, el ripple debe medirse en la condición de “sin batería conectada”. De esta manera, estaremos seguros que a la batería le llega la alimentación que le corresponde para conservar su vida útil.

Está claro que lograr un ripple bajo sin batería conectada obliga a colocar un filtro de tipo inductor-capacitor luego de la etapa de rectificación, pero no hay otra forma de lograrlo con cargadores convencionales, esto es, del tipo controlado por tiristores operando a frecuencia de red. En los cargadores más modernos, de tecnología switching, la alta frecuencia a la que trabajan logra que estos componentes sean sensiblemente más pequeños y de menor costo.

La diferencia entre ambas tecnologías (rectificación con tiristores trabajando a frecuencia de red y rectificación con switching o conmutación en alta frecuencia) es tan notable como la que se aprecia en las fotografías que mostramos más abajo. Ambos cargadores son de la misma potencia, 48V-100A, poco más de 5KVA. Sin embargo, se puede apreciar la diferencia de tamaño (e imaginar la de peso).

En la fotografía de abajo, se puede ver el tamaño de los componentes ferromagnéticos. El equipo de switching, al trabajar en alta frecuencia (100 Khz y superior) logra una drástica reducción en el tamaño de estos componentes que, además, deben realizarse mediante cerámicas magnéticas (ferrite). Los tiristores fueron desarrollados por General Electric, entre otras compañías, y los equipos con estos componentes alcanzaron su auge en la década del 70. Los equipos de switching comenzaron a desarrollarse en la década del ’80 y todavía están evolucionando.

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Rendimiento y el Factor de Potencia

Estos dos parámetros a los que, anteriormente, no se les otorgaba ninguna importancia pero que, en los tiempos que corren, han pasado a ser elementos fundamentales para evaluar la calidad de un equipo. Se entiende por rendimiento a la relación entre la potencia de salida (en tensión continua) y la de entrada (en tensión alterna). Como decíamos, en la época actual, donde el ahorro de energía tiene una gran importancia, en equipos de baja potencia (Pin < 1KVA) debe pedirse un rendimiento mínimo de 75 a 80%, con tecnología convencional y de 85 a 90% si se trata de switching en alta frecuencia. En los grandes rectificadores, de potencias superiores a 10KVA, el rendimiento debe alcanzar valores de 85%, con tecnología convencional, y tan altos como 90% en switching. De otra manera, pensemos que la cantidad de energía desperdiciada sería muy importante.

En lo que respecta al factor de potencia, comencemos diciendo que se trata de la relación entre la potencia activa y la potencia aparente que ingresa al equipo desde la red. Este factor es cada vez más tenido en cuenta por los usuarios debido a las penalidades que imponen las compañías de luz. En los equipos tiristorizados, la forma de mejorar el factor de potencia es agregando inductores y capacitores de corrección en la entrada (tener en cuenta que la mejora es hasta un límite de 0,85, aproximadamente, debido a la presencia de potencia de distorsión, que no puede ser compensada por estos componentes) y, en los más modernos de switching, deben contar con una etapa de preregulación con un corrector activo (con lo que se logra que el factor de potencia sea de 0,99).

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¿A que Tension se Carga una Bateria industrial?

La tension a la cual se debe cargar una bateria industrial es una de las dudas más frecuentes que se pueden encontrar al tocar el tema de las baterias de plomo acido. Las baterías de electrolito líquido se mantienen cargadas a una tensión denominada de flote o mantenimiento y su valor depende de la densidad del electrólito. La mayoría de las baterías estacionarias de electrolito líquido se mantienen a una tensión de 2,2VPC (Volt por celda). Luego de una descarga, la tensión de carga debe aumentar hasta un valor comprendido entre 2,33 y 2,4VPC.

Las baterías VRLA o de electrolito inmovilizado para uso estacionario se cargan con un solo valor de tensión, normalmente, 2,27VPC. Cuando la aplicación es de ciclado, la carga se puede realizar con las mismas tensiones ya mencionadas para las baterías de electrolito líquido.

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