Las baterías NiCd ventiladas generalmente imponen la mayor demanda de ventilación durante las pruebas de carga. Su factor de emisión de gases es 1.0, con corrientes de gasificación típicas de 15 mA/Ah durante la carga de flotación y 50 mA/Ah durante la carga de refuerzo. Las baterías de plomo-ácido ventiladas también tienen un factor de emisión de 1.0, pero presentan corrientes de gasificación más bajas: 5 mA/Ah en flotación y 20 mA/Ah en refuerzo. Por su parte, las baterías VRLA tienen un factor inferior de 0.2 y corrientes de gasificación típicas de 1 mA/Ah y 8 mA/Ah, respectivamente.
El diseño de la ventilación debe basarse en la condición de carga más exigente que sea razonablemente previsible, no únicamente en el funcionamiento nominal o de flotación. Las baterías NiCd ventiladas normalmente requieren el mayor flujo de aire, las baterías de plomo-ácido ventiladas requieren menos y las VRLA requieren el menor flujo en condiciones comparables. Sin embargo, las VRLA aún necesitan una ventilación controlada, ya que una sobrecarga, una temperatura elevada o una avería pueden liberar hidrógeno.
Diferencias entre los tipos de baterías
Baterías de plomo-ácido ventiladas
Las baterías de plomo-ácido ventiladas tienen un factor de emisión de fg = 1.0 porque los gases generados durante la carga pueden escapar directamente a través de los respiraderos de las celdas.
Sus corrientes de gasificación típicas son:
- Carga de flotación: 5 mA/Ah
- Carga de refuerzo: 20 mA/Ah
Por lo tanto, la carga de refuerzo produce aproximadamente cuatro veces la corriente de gasificación indicada para la carga de flotación. El flujo de aire del laboratorio debe dimensionarse para la carga de refuerzo u otra condición de prueba más exigente cuando dicho modo esté permitido.
Baterías VRLA
Las baterías VRLA tienen un factor de emisión inferior de fg = 0.2 porque gran parte del hidrógeno y el oxígeno producidos durante la carga normal se recombinan internamente.
Sus corrientes de gasificación típicas son:
- Carga de flotación: 1 mA/Ah
- Carga de refuerzo: 8 mA/Ah
El factor inferior no significa que las baterías VRLA estén libres de gases. Una corriente de carga excesiva, una temperatura elevada, el envejecimiento o un mecanismo de recombinación averiado pueden provocar que la válvula de alivio de presión libere hidrógeno y oxígeno en el laboratorio.
Baterías NiCd ventiladas
Las baterías NiCd ventiladas tienen un factor de emisión de fg = 1.0, al igual que las baterías de plomo-ácido ventiladas, pero sus corrientes de gasificación indicadas son mayores:
- Carga de flotación: 15 mA/Ah
- Carga de refuerzo: 50 mA/Ah
Durante la carga de refuerzo, el valor de NiCd es 2.5 veces el valor del plomo-ácido ventilado y más de seis veces el valor de VRLA antes de aplicar el factor de emisión inferior de VRLA. Esto convierte a las NiCd ventiladas en la química crítica para muchos laboratorios de baterías con distintas químicas.
Qué significa el factor de emisión
Factor de emisión frente a corriente de gasificación
La corriente de gasificación, Igas, representa la parte de la corriente de carga asociada a la generación de gases, expresada aquí en mA por Ah de capacidad de la batería.
El factor de emisión de gases, fg, tiene en cuenta qué cantidad de los gases generados se espera que llegue al entorno circundante. Las celdas ventiladas utilizan fg = 1.0, mientras que las celdas VRLA utilizan fg = 0.2 porque la recombinación interna reduce la liberación normal de gases al exterior.
En un cálculo de ventilación, el método de diseño aplicable debe utilizar ambos parámetros de forma coherente. Si la norma de cálculo del laboratorio define la fuente de gases como proporcional a fg × Igas × battery capacity, el factor inferior de VRLA reduce la fuente de emisión normal calculada; el factor no debe omitirse simplemente porque la batería se describa como sellada.
Por qué importa el modo de carga
El modo de carga puede modificar considerablemente la fuente de gases. Para los valores indicados, pasar de flotación a refuerzo aumenta la corriente de gasificación de la siguiente manera:
- VRLA: de 1 a 8 mA/Ah
- Plomo-ácido ventilada: de 5 a 20 mA/Ah
- NiCd ventilada: de 15 a 50 mA/Ah
Por este motivo, un laboratorio diseñado únicamente para una carga de flotación continua puede quedar con una ventilación insuficiente durante las pruebas de capacidad, la igualación, la puesta en servicio u otros procedimientos de carga de refuerzo.
Cómo afecta esto al diseño de la ventilación
Dimensionar el flujo de aire para diluir el hidrógeno
El objetivo de la ventilación es mantener la concentración de hidrógeno por debajo de su límite inferior de explosividad, aproximadamente el 4 % en volumen en el aire, utilizando el factor de seguridad de 5 especificado.
Las mayores tasas de generación de gases requieren un mayor flujo de aire para diluir el hidrógeno. En términos prácticos, el término fuente de diseño aumenta con:
- La capacidad de la batería en Ah
- La corriente de gasificación aplicable
- El factor de emisión
- El número de celdas o baterías funcionando simultáneamente
- El modo de carga seleccionado
- La temperatura de prueba permitida y los límites de carga
Por lo tanto, el cálculo de ventilación debe reflejar toda la población de pruebas instalada, no solo una celda representativa.
Utilizar la condición de funcionamiento más exigente que sea razonablemente previsible
Para un laboratorio con distintas químicas de baterías, el caso de diseño normalmente es la combinación de:
- La química con el mayor potencial de liberación de gases
- La mayor capacidad conectada
- La corriente de gasificación máxima permitida
- La condición de prueba simultánea más exigente
- Las condiciones de carga anormales o relacionadas con fallos que sean razonablemente previsibles, cuando lo exija la norma de seguridad aplicable
Con los valores de referencia proporcionados, las baterías NiCd ventiladas durante la carga de refuerzo representan el caso dominante en el funcionamiento normal. Su corriente de gasificación de 50 mA/Ah es superior a los valores correspondientes tanto de las baterías de plomo-ácido ventiladas como de las VRLA.
Situar la extracción donde pueda acumularse el hidrógeno
El hidrógeno es muy ligero y tiende a acumularse cerca de los puntos más altos de un recinto o una sala. Por lo tanto, los sistemas de ventilación deben evitar las zonas superiores estancadas y proporcionar una extracción eficaz en los lugares donde pueda acumularse hidrógeno.
Los armarios de baterías, las cámaras de prueba y los recintos de ciclado no deben tratarse como cajas herméticas selladas, salvo que incluyan extracción de gases específica, alivio de presión y sistemas de monitorización adecuados.
Coordinar la ventilación con los controles del sistema de pruebas
La ventilación es solo una capa de protección. El sistema de pruebas de baterías también debe controlar la tensión, la corriente, la temperatura y la finalización de la prueba, ya que la sobrecarga aumenta la generación de gases y puede dañar las celdas.
Los sistemas de plomo-ácido y NiCd requieren límites de tensión diferentes. Por ejemplo, la gasificación comienza aproximadamente a 2.4 V por celda para plomo-ácido y a 1.6–1.7 V por celda para NiCd, por lo que no puede suponerse que un cargador configurado para una química sea adecuado de forma segura para la otra.
Una comparación práctica
Demanda relativa de gasificación durante la carga de flotación
Utilizando los valores de corriente de gasificación indicados:
| Tipo de batería | Factor de emisión, fg | Corriente de gasificación en flotación | Corriente indicada relativa |
|---|---|---|---|
| VRLA | 0.2 | 1 mA/Ah | 1× |
| Plomo-ácido ventilada | 1.0 | 5 mA/Ah | 5× |
| NiCd ventilada | 1.0 | 15 mA/Ah | 15× |
Las baterías NiCd ventiladas tienen la mayor corriente de gasificación indicada durante la flotación. Las baterías de plomo-ácido ventiladas ocupan una posición intermedia, mientras que las VRLA tienen el factor de emisión externa normal y la corriente indicada más bajos.
Demanda relativa de gasificación durante la carga de refuerzo
| Tipo de batería | Factor de emisión, fg | Corriente de gasificación en refuerzo | Corriente indicada relativa |
|---|---|---|---|
| VRLA | 0.2 | 8 mA/Ah | 8× |
| Plomo-ácido ventilada | 1.0 | 20 mA/Ah | 20× |
| NiCd ventilada | 1.0 | 50 mA/Ah | 50× |
La comparación durante la carga de refuerzo es especialmente importante porque la diferencia entre las químicas adquiere mayor relevancia con tasas de carga elevadas. Un laboratorio que pruebe baterías NiCd ventiladas y VRLA en el mismo espacio no debe dimensionar la ventilación únicamente a partir del caso VRLA.
Comprender las ventajas y desventajas
Las VRLA reducen la demanda normal de ventilación, pero no las obligaciones de seguridad
La recombinación en las VRLA reduce la liberación rutinaria de gases prevista, lo que puede disminuir el flujo de aire calculado en comparación con las celdas ventiladas. Sin embargo, la válvula de seguridad puede liberar gases durante una sobrecarga, una temperatura elevada, un fallo de la celda o una pérdida del rendimiento de recombinación.
Por lo tanto, las VRLA deben considerarse de bajas emisiones en condiciones controladas, no como incapaces de producir una atmósfera peligrosa.
Un mayor flujo de aire no sustituye a una carga correcta
Aumentar el flujo de aire puede diluir el hidrógeno, pero no evita la sobrecarga, el estrés térmico, la pérdida de electrolito ni el fallo de la celda. Los controles de carga y la ventilación deben diseñarse conjuntamente.
Una prueba de carga de refuerzo mal controlada puede producir gases más rápidamente que los valores de referencia asumidos, haciendo insuficiente un sistema de ventilación que de otro modo sería adecuado.
Las condiciones medias de funcionamiento pueden ocultar el caso de diseño
La operación en flotación puede dominar el servicio normal, pero las pruebas de laboratorio suelen incluir cargas de refuerzo, ciclos profundos, barridos de temperatura y eventos repetidos de alta corriente. Diseñar únicamente para la producción media de gases puede dejar un margen insuficiente durante las pruebas que generan exactamente el mayor riesgo.
Es esencial una configuración de prueba específica para cada química
Las celdas NiCd y de plomo-ácido tienen tensiones nominales, tensiones de carga, umbrales de gasificación y temperaturas de funcionamiento diferentes. Unos puntos de ajuste de tensión incorrectos pueden aumentar la gasificación e invalidar las hipótesis utilizadas en el cálculo de ventilación.
Elegir la opción adecuada para su objetivo
El diseño de la ventilación debe comenzar con un inventario documentado de la química, la capacidad, el modo de carga, el funcionamiento simultáneo y la configuración del recinto.
- Si su objetivo principal son las pruebas normales de flotación: Utilice la corriente de gasificación y el factor de emisión específicos de la química para la flotación, manteniendo las medidas de protección frente a cargas anormales y la liberación de gases por la válvula de las VRLA.
- Si su objetivo principal son las pruebas de refuerzo o de puesta en servicio: Dimensione el flujo de aire para la condición de carga de refuerzo; las NiCd ventiladas a 50 mA/Ah constituyen la referencia crítica entre los casos indicados.
- Si su objetivo principal es un laboratorio con distintas químicas: Calcule cada grupo de baterías por separado y diseñe para la fuente de gases simultánea más exigente que sea razonablemente previsible, en lugar de utilizar un único factor promedio.
- Si su objetivo principal son las pruebas de VRLA: Aproveche su factor de emisión normal inferior, pero proporcione ventilación, alivio y monitorización, ya que las celdas VRLA aún pueden liberar hidrógeno durante fallos o sobrecargas.
- Si su objetivo principal es la seguridad del recinto: Evite la acumulación de hidrógeno en los puntos altos y no utilice cámaras herméticas sin extracción específica y sistemas de alivio de presión.
Un laboratorio de baterías seguro considera los datos de gasificación como una entrada de diseño y, posteriormente, verifica el sistema de ventilación resultante frente a las condiciones de carga y fallo más exigentes que sean razonablemente previsibles.
Tabla resumen:
| Tipo de batería | Factor de emisión (fg) | Corriente de gasificación en flotación (mA/Ah) | Corriente de gasificación en refuerzo (mA/Ah) |
|---|---|---|---|
| VRLA | 0.2 | 1 | 8 |
| Plomo-ácido ventilada | 1.0 | 5 | 20 |
| NiCd ventilada | 1.0 | 15 | 50 |
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