¿Como Medir la Capacidad de una Bateria de Plomo Acido?



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Instrumento portátil que mide valores de Capacidad, Conductividad y Estado de carga sin necesidad de realizar la descarga de la batería.

Cómo se Realiza un Ensayo de Capacidad

Generalmente después de un tiempo de uso apreciable de una batería de plomo-ácido nos solemos preguntar ¿cómo estará la batería? Existen en nuestro mercado una serie de instrumentos que permiten medir diferentes parámetros que ayudan a tener una idea del estado de una batería estacionaria,  la resistencia interna, la impedancia o, incluso, la conductancia. Sin embargo, no existe nada más efectivo para conocer el estado de una batería que llevar a cabo un ensayo capacidad.

La primera medida a tomar es la de asegurarnos que la batería se encuentre bien cargada.

La carga se debe realizar a tensión constante con corriente limitada. La tensión adecuada para realizar esta carga previa al ensayo de capacidad es de 2,4 VPC y la corriente puede estar comprendida entre el 10 y el 20% de la capacidad nominal. Suponiendo que la batería se encontraba cargada, a los pocos minutos de conectado el cargador, la corriente comenzará a disminuir. La carga se debe mantener hasta que la corriente que toma la batería se mantenga constante, sin disminuir, durante un intervalo de, por lo menos, tres horas. El valor de corriente puede ser tan bajo como el 0,2% de la capacidad (ej: para una batería de 100 Ah, la corriente será de 0,2A). A continuación la batería debe quedar en reposo durante un lapso de tiempo.

Las normas de ensayos hablan de un tiempo mínimo de una hora y un máximo de 24.

¿Qué elementos se requieren para realizar un ensayo de capacidad?

Si se trata de un ensayo para determinar la capacidad en Ah, se debe contar con una carga resistiva ajustable, que permita mantener la corriente de descarga en un valor constante a lo largo de todo el ensayo. Esto se puede lograr mediante resistencias de alambre de Kantal u otra aleación que tenga muy bajo coeficiente de variación con la temperatura. Además, como a medida que disminuye la tensión de la batería, la resistencia debe ajustarse (disminuirse) de manera que la corriente se mantenga constante, el banco de resistencias debe armarse de manera tal que permita realizar ajustes bastante “finos” una vez iniciado el ensayo. Las normas piden que la corriente se pueda ajustar y mantener con una precisión del 1% (se tolera salir de este porcentaje durante lapsos de algunos segundos mientras se logra el ajuste).

Si el ensayo pretende determinar la capacidad en Wh, lo más adecuado es conseguir un equipo UPS. En ese caso, la cosa se facilita ya que la carga que tomará la potencia de descarga se puede lograr mediante estufas eléctricas, lámparas y otros consumos de corriente alterna (siempre del tipo resistivo puro). Se debe tener en cuenta la potencia de pérdida del inversor de la UPS (el rendimiento de esta etapa de una UPS suele estar entre el 85 y el 90%, dependiendo del tamaño).

El inversor está diseñado para entregar una potencia constante a la carga y, entonces, facilita la realización de este ensayo que, de otra manera, resulta casi imposible de llevar a cabo (salvo que se cuente con un descargador automático para potencia constante, fabricado a pedido). Entendemos que la pretensión de contar con una UPS para este ensayo no es desmedida porque los usuarios que desean determinar la capacidad en Wh de un banco de baterías, en general, es porque desean utilizarlas como fuente de energía de reserva en una UPS. Para medir la tensión de las celdas o monobloques se debe utilizar un voltímetro de clase 1 (o mejor).

Para medir la corriente de descarga, se requiere de un shunt de clase 0,5 y un milivoltímetro de la misma clase 0,5 o mejor. Un buen multímetro digital (de 41/2 dígitos, por ej) es un buen sustituto de ambos voltímetros. Para medir la potencia, en descargas a potencia constante, se puede realizar un cálculo con los valores de tensión y corriente que alimentan el inversor (los instrumentos para medir potencia en forma directa son más difíciles de obtener). Otra posibilidad, si la UPS cuenta con un panel digital de medición, es tomar la potencia que indique el display e incrementarla utilizando el valor de rendimiento del inversor, como ya se mencionó (obviamente, la precisión de este método será muy inferior pero puede, de todas maneras, servir a nuestro propósito de determinar el estado de la batería para nuestro requerimiento). También es necesario contar con un termómetro con la posibilidad de apreciar 0,5ºC y escala comprendida entre 0 y 40ºC, por lo menos.

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Por supuesto, lo ideal sería contar con un termómetro digital, ya sea del tipo punta de contacto o infrarrojo. Si la batería es de electrolito líquido también hay que tener un densímetro con escala comprendida entre 1000 y 1300 g/l.

Recinto para Realizar el Ensayo

En primer lugar, debe ser un lugar aislado de cualquier otra actividad, con alguna ventilación o renovación de aire (sobre todo si la batería es de electrolito líquido), libre de polvo, de humedad no superior al 80% y temperatura lo más estable posible. Lo ideal es que esta última sea de 25ºC pero, de no ser posible, que su rango de variación esté entre 20 y 30ºC. Si bien se pueden realizar correcciones de la corriente de descarga, la densidad o la capacidad, lo más aconsejable es realizar el ensayo a temperaturas que estén lo más cerca posible de las de referencia, de manera que las correcciones sean mínimas.

Régimen de Descarga

El régimen de descarga significa elegir la corriente (o la potencia) constante a la que realizaremos el ensayo. Siempre se debe elegir un valor que figure en las especificaciones del fabricante y se acerque lo más posible al uso que nosotros le estamos dando a la batería. En otras palabras, si la batería la utilizamos en una descarga de 1h, no es aconsejable realizar un ensayo para verificar la capacidad nominal que, generalmente, viene expresada para tiempos más largos, como 8h, 10h o 20h. Busquemos, en las tablas de descarga, el valor de corriente (o potencia) correspondiente a 1h y realicemos el ensayo con este valor.

Otro dato importante a tomar de las hojas de datos es la tensión final o mínima del ensayo, o sea, cuál es la tensión a la que el fabricante especifica que el ensayo se debe interrumpir para no sobredescargar la batería. Los valores más utilizados, son 1,75VPC o 1,8VPC. En el caso de monoblocks para UPS, dado que se trata de descargas en tiempos inferiores a 1h, se suelen especificar valores de 1,67; 1,6 o incluso menores, como 1,3 VPC (Volt por celda).

Lo recomendable es realizar el ensayo a la temperatura nominal que se especifica para la batería. Es decir, 20 o 25ºC. Y que dicha temperatura se mantenga lo más estable que sea posible durante el ensayo.

Si no se puede lograr esto, entonces es inevitable realizar correcciones. Revisando las normas para baterias de plomo-acido, nos encontraremos ante dos alternativas.

La primera, utilizada por las normas internacionales (por ejemplo IEC-896/EN-60896), es registrar la temperatura real del ensayo y proceder a realizarlo como si estuviéramos a la temperatura nominal, sin corregir nada, hasta alcanzar la tensión final. Se registra el tiempo real de descarga y se calcula la capacidad que ha resultado a esa temperatura. Por último, se procede a corregir la capacidad obtenida mediante una expresión matemática. Un detalle a mencionar es que la temperatura ambiente real a registrar es la inicial del ensayo, para ensayos de hasta 5 horas. En cambio, si la duración del ensayo es superior, la temperatura a registrar es la media aritmética de todas las registradas a lo largo del ensayo.

La segunda, preferida en normas americanas (como la IEEE-1188), requiere una corrección inicial de la corriente de acuerdo con un factor k, suministrado por el fabricante o tomado de la tabla de normas como la mencionada. El ensayo se realizará durante el tiempo elegido con la corriente corregida, debiendo las celdas o batería terminar con una tensión mayor o igual a la mínima especificada para no ocasionar daños.

¿Como se realiza el Ensayo?

Primero se conecta la carga y se inicia la descarga a la corriente o potencia previstas. Si la descarga se realizará con la idea de corregir la capacidad al final, registrar las mediciones de tensión de todas las celdas o monoblocks y la temperatura de las que se elijan como piloto (por ejemplo, una celda cada 6 o cada 12) a lo largo de la descarga, como mínimo, al 0%, 10%, 20%, 50% y 80% de la duración esperada para la misma. A partir de este último porcentaje, se deberán tomar lecturas que permitan determinar con exactitud el pasaje por la tensión final o mínima.

La duración esperada, para no equivocarse, puede tomarse como la que figura en las tablas del fabricante para la temperatura de referencia, con un porcentaje en más (si la temperatura es mayor que aquella) o en menos (si la temperatura es menor) igual a la diferencia entre la temperatura real y la de referencia. Por ej, si no hay más remedio que realizar el ensayo a 15ºC y la temperatura de referencia es 25ºC, la duración esperada del ensayo será la que hemos elegido (por ej 5h=300 minutos) menos un 10% (que surge de la diferencia: 25 – 15). O sea, 270 minutos. Pero, reiteramos, esta es una duración esperada: el ensayo se debe cortar cuando alguna celda o monoblock llega a la tensión final fijada.

Si la descarga se realizará corrigiendo de entrada la corriente de descarga, efectuar esta corrección de acuerdo con el factor k y proceder de la misma manera que en b) pero, ahora, la duración esperada es la que se ha elegido (1h, 5h, etc.). Al cumplirse este tiempo, las celdas o monoblocks deberían estar por encima del valor de tensión mínimo. Recordar que es importante seguir de cerca la caída de tensión de las celdas o monoblocks a partir del momento en que llegamos al 80% del tiempo de descarga.

Corrección de Capacidad según Normas Internacionales

C25 = Ct / [ 1 + λ (T - 25) ]

Siendo C25 la capacidad a la temperatura de referencia 25ºC y Ct la capacidad calculada con los datos obtenidos en el ensayo a la temperatura T.

Por su parte el coeficiente k de las normas IEEE, asume los valores típicos que figuran en la tabla siguiente (la corriente de descarga a la temperatura indicada se obtiene dividiendo la corriente de la tabla del fabricante a la temperatura de 25ºC por este factor).

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3 comentarios en “¿Como Medir la Capacidad de una Bateria de Plomo Acido?

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  2. VICTOR RIERA

    me pueden decir cual es la diferencia entre celda y bateria y si una celda es una bateria o no si tienes
    algun sustento lo agradesere
    saludo
    gracia

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