INGENIERÍA ELECTRICA

 batería de respaldo proporciona energía a un sistema cuando la fuente principal de energía no está disponible. Las baterías de respaldo van desde pequeñas celdas individuales para retener la hora y fecha del reloj en las computadoras, hasta grandes instalaciones de salas de baterías que alimentan sistemas de suministro de energía ininterrumpible para grandes centros de datos. Las baterías de respaldo pequeñas pueden ser células primarias ; las baterías de respaldo recargables se mantienen cargadas por la fuente de alimentación principal.

Ejemplos [ editar ]

Baterías de emergencia de aeronaves [ editar ]

Las baterías de respaldo en los aviones mantienen los instrumentos y dispositivos esenciales en funcionamiento en caso de una falla de energía del motor. Cada avión tiene suficiente potencia en las baterías de respaldo para facilitar un aterrizaje seguro. Las baterías que mantienen la navegación, los ELU (unidades de alumbrado de emergencia), los sistemas de presión de emergencia u oxígeno que funcionan a altitud y los equipos de radio en funcionamiento. Los aviones más grandes también tienen superficies de control que se ejecutan en estas copias de seguridad. Las baterías de los aviones son de níquel-cadmio o de plomo ácido reguladas por válvula . La batería mantiene todos los elementos necesarios funcionando entre 30 minutos y 3 horas. Los aviones grandes pueden tener una turbina de aire ram para proporcionar potencia adicional durante fallas del motor.

Alarmas antirrobo [ editar ]

Las baterías de respaldo casi siempre se usan en alarmas antirrobo. La batería de respaldo evita que el ladrón desactive la alarma apagando la energía del edificio. Además, estas baterías alimentan los sistemas remotos de telefonía celular que también impiden el corte de la línea telefónica. La batería de respaldo generalmente tiene una vida útil de 3 a 10 años, dependiendo de la marca y el modelo, por lo que si la batería se agota, solo hay una fuente principal de energía para todo el sistema, que es la alimentación de la red. Si esto también falla (por ejemplo, un corte de energía), generalmente se dispara una tercera batería de respaldo ubicada en los casilleros en el exterior del edificio que simplemente activa el timbre o la sirena. Sin embargo, esto significa que la alarma no se puede detener de ninguna manera, aparte de salir físicamente al timbre y desactivar la sirena. También es por eso que si hay un corte de energía en el área,

Ordenadores [ editar ]

Batería CR2032 utilizada como batería de respaldo en una placa base de portátil

Las placas base modernas de las computadoras personales tienen una batería de respaldo para ejecutar el circuito de reloj en tiempo real y conservar la memoria de configuración mientras el sistema está apagado. ^[1] Esto a menudo se llama batería CMOS o batería BIOS . El IBM AT original hasta la gama PS / 2 , utilizaba una batería de litio primaria relativamente grande , en comparación con los modelos posteriores, para retener el reloj y la memoria de configuración. ^[2]Estas primeras máquinas requerían que la batería de respaldo se reemplazara periódicamente debido al consumo de energía relativamente grande. Algunos fabricantes de máquinas de clonación utilizaron una batería recargable para evitar los problemas que podría generar una batería defectuosa. Los sistemas modernos usan una batería primaria estilo moneda. ^[3] En estas máquinas posteriores, el consumo de corriente es casi insignificante y las baterías primarias generalmente duran más que el sistema que admiten. Es raro encontrar baterías recargables en tales sistemas.

Las baterías de respaldo se utilizan en fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS) y proporcionan energía a las computadoras que suministran durante un período variable después de una falla de energía, generalmente el tiempo suficiente como para permitir que la computadora se apague con gracia. ^[4] Estas baterías a menudo son baterías de plomo-ácido reguladas por válvulas grandes en sistemas más pequeños o portátiles. Las baterías de respaldo del UPS del centro de datos pueden ser baterías de plomo ácido de celda húmeda o de níquel cadmio , con celdas de iones de litio disponibles en algunas clasificaciones.

Los controladores de matriz de disco de nivel de servidor a menudo contienen un búfer de disco integrado y proporcionan una opción para una "unidad de batería de respaldo" (BBU) para mantener el contenido de este caché después de una pérdida de energía. Si esta batería está presente, las escrituras en disco se pueden considerar completadas cuando llegan al caché, acelerando así el rendimiento de E / S al no esperar el disco duro . Este modo de operación se llama "caché de reescritura".

Telefonía [ editar ]

Es necesaria una unidad de batería de respaldo local en algunas aplicaciones telefónicas y combinadas de telefonía / datos creadas con el uso de redes ópticas digitales pasivas . En tales redes hay unidades activas en el lado de la central telefónica y en el lado del usuario, pero los nodos entre ellos son todos pasivos en el significado del uso de energía eléctrica. Por lo tanto, si un edificio (como un edificio de apartamentos) pierde energía, la red continúa funcionando. El lado del usuario debe tener energía de reserva ya que la energía de operación no se transfiere a través de la línea óptica de datos.

Redes de telecomunicaciones y centros de datos [ editar ]

Una batería de plomo-ácido regulada por válvula ( VRLA ) es un tipo de batería que es popular en entornos de redes de telecomunicaciones como fuente de energía de respaldo confiable. Las baterías VRLA se usan en la planta exterior en ubicaciones tales como Bóvedas Ambientales Controladas (CEV), Cajas de equipos electrónicos (EEE) y cabañas, y en estructuras no controladas como gabinetes. GR-4228, VRLA Niveles de certificación de cadenas de batería según los requisitos de seguridad y rendimiento, es un nuevo conjunto de requisitos VRLA aprobados por la industria que proporciona un sistema de cumplimiento de tres niveles. El sistema de cumplimiento proporciona un marco común para evaluar y calificar diversas tecnologías de baterías de plomo-ácido reguladas por válvula. El marco pretende aliviar las complejidades asociadas con la introducción y calificación del producto. Para un VRLA, el sistema de calidad empleado por el fabricante es una clave importante para la fiabilidad general del mismo. Los procesos de fabricación, los procedimientos de prueba e inspección y el programa de calidad utilizado por un fabricante deben ser adecuados para garantizar que el producto final satisfaga las necesidades del usuario final, la aplicación y los estándares y procesos aceptados por la industria (es decir, ANSI / IEC , TL9000 y GR-78,Requisitos genéricos para el diseño físico y la fabricación de productos y equipos de telecomunicaciones .

Cartuchos de videojuegos [ editar ]

Los videojuegos basados ​​en cartuchos a veces contienen una batería que se utiliza para preservar el contenido de un pequeño chip RAM en el que se graban juegos guardados y / o puntajes altos . ^[1]

Hospitales [ editar ]

La falla de energía en un hospital resultaría en condiciones potencialmente mortales para los pacientes. Los pacientes sometidos a cirugía o con soporte vital dependen de una fuente de alimentación constante. Los generadores de respaldo o las baterías suministran energía a los equipos críticos hasta que se pueda restablecer la alimentación principal.

Estaciones de energía [ editar ]

Una falla de energía en una estación de energía eléctrica que produzca electricidad provocaría un apagón que ocasionaría daños irreparables a equipos como el generador de turbina. La seguridad de los empleados de la estación de energía es una preocupación importante durante un corte de energía no programado en una planta de energía. Se utiliza un banco de baterías de respaldo para estaciones grandes para alimentar fuentes de alimentación ininterrumpida, así como para alimentar directamente las bombas de aceite de emergencia durante un máximo de 8 horas mientras se restablece la energía normal en la estación de energía.

Una sala de baterías es una habitación en una instalación utilizada para alojar baterías para sistemas de energía ininterrumpida o de respaldo. Las salas de baterías se encuentran en las oficinas centrales de telecomunicaciones y proporcionan energía de reserva a los equipos informáticos en los centros de datos . Las baterías proporcionan electricidad de corriente continua (CC), que puede ser utilizada directamente por algunos tipos de equipos, o que se puede convertir en corriente alterna (CA) mediante una fuente de alimentación ininterrumpida.(UPS) equipo. Las baterías pueden proporcionar energía durante minutos, horas o días dependiendo del diseño del sistema eléctrico, aunque lo más común es que las baterías alimenten el UPS durante breves interrupciones del servicio eléctrico que duran solo unos segundos.

Se utilizaron cuartos de baterías para separar los humos y productos químicos corrosivos de las baterías de celda húmeda (a menudo plomo-ácido ) del equipo operativo; una habitación separada también permitió un mejor control de la temperatura y la ventilación de las baterías. En 1890, la oficina central de telégrafos de Western Union en la ciudad de Nueva York tenía 20,000 celdas húmedas, en su mayoría de tipo primario de zinc-cobre, en uso.

Telecomunicaciones [ editar ]

Las oficinas centrales del sistema telefónico contienen grandes sistemas de baterías para proporcionar energía a los teléfonos de los clientes, interruptores telefónicos y aparatos relacionados. ^[2] Los enlaces de microondas terrestres, los sitios de teléfonos celulares, los aparatos de fibra óptica y las instalaciones de comunicaciones por satélite también tienen sistemas de baterías de reserva, que pueden ser lo suficientemente grandes como para ocupar una habitación separada en el edificio. En funcionamiento normal, la energía de la empresa comercial local opera equipos de telecomunicaciones y las baterías proporcionan energía si se interrumpe el suministro normal. Estos pueden dimensionarse para la duración total esperada de una interrupción, o pueden requerirse solo para proporcionar energía mientras se inicia un grupo electrógeno en espera u otra fuente de alimentación de emergencia.

Baterías menudo utilizados en salas de baterías son el inundado de la batería de plomo-ácido , la batería de plomo-ácido regulada de la válvula o de la batería de níquel-cadmio . Las baterías se instalan en grupos. Varias baterías están conectadas entre sí en un circuito en serie que forma un grupo que proporciona energía eléctrica de CC a 12, 24, 48 o 60 voltios (o más). Por lo general, hay dos o más grupos de baterías conectadas en serie. Estos grupos de baterías están conectados en un circuito paralelo. Esta disposición permite que un grupo individual de baterías se desconecte para servicio o reemplazo sin comprometer la disponibilidad de energía ininterrumpida. En general, cuanto mayor es la capacidad eléctrica de la sala de baterías, mayor es el tamaño de cada batería individual y mayor es el voltaje de CC de la sala.

Servicios eléctricos [ editar ]

Las salas de baterías también se encuentran en plantas de energía eléctrica y subestaciones donde se requiere energía confiable para la operación de la aparamenta , los sistemas de reserva críticos y posiblemente el arranque en negro de la estación. ^[3] A menudo, las baterías para grandes líneas de aparamenta son sistemas nominales de 125 V o 250 V, y cuentan con cargadores de baterías redundantes con fuentes de alimentación independientes. Se pueden proporcionar salas de baterías separadas para proteger contra la pérdida de la estación debido a un incendio en un banco de baterías. Para las estaciones que pueden arrancar en negro, la energía del sistema de batería puede ser necesaria para muchos propósitos, incluidas las operaciones de aparamenta.

Se pueden usar baterías muy grandes para el almacenamiento de energía de la red .

Submarinos y embarcaciones oceánicas [ editar ]

Vista lateral del submarino clase S, USS S-5 (SS-110) , de la Armada de los Estados Unidos

Las salas de baterías se encuentran en submarinos diesel-eléctricos , donde contienen las baterías de plomo-ácido utilizadas para la propulsión submarina de la embarcación. Incluso los submarinos nucleares contienen grandes salas de baterías como respaldo para proporcionar potencia de maniobra si el reactor nuclear se apaga. Las baterías en recipientes de superficie también pueden estar contenidas en una sala de baterías.

Las salas de baterías en embarcaciones oceánicas deben evitar que el agua de mar entre en contacto con el ácido de la batería, ya que esto podría producir gas de cloro tóxico. ^[4] Esto es de particular preocupación en los submarinos. ^[5]

Problemas de diseño [ editar ]

Dado que varios tipos de baterías secundarias emiten hidrógeno si se sobrecargan, la ventilación de una sala de baterías es crítica para mantener la concentración por debajo del límite inferior de explosividad . El número de cambios de aire por hora necesarios para evitar la acumulación insegura se puede calcular a partir del número de celdas y la corriente de carga, dada la química de la batería. ^[3]

La vida útil de las baterías secundarias se reduce a altas temperaturas y la capacidad de almacenamiento de energía se reduce a bajas temperaturas, por lo que una sala de baterías debe tener calefacción o refrigeración para mantener la temperatura adecuada.

Las baterías pueden contener grandes cantidades de electrolitos corrosivos como el ácido sulfúrico utilizado en las baterías de plomo-ácido o la potasa cáustica (también conocida como hidróxido de potasio ) utilizada en las baterías de NiCad . Los materiales del cuarto de baterías deben resistir la corrosión y contener derrames accidentales. El personal de la planta debe estar protegido del electrolito derramado. En algunas jurisdicciones, los sistemas de baterías grandes pueden contener cantidades reportables de ácido sulfúrico, una preocupación para los departamentos de bomberos. ^{[2] Las} salas de baterías en instalaciones industriales y de servicios públicos generalmente tienen una estación de lavado de ojos o duchas de descontaminación cerca, de modo que los trabajadores que se salpiquen accidentalmente con electrolitos pueden lavarlo inmediatamente lejos de los ojos y la piel.

El teorema de Blondel, llamado así por su descubridor, el ingeniero eléctrico francés André Blondel , es el resultado de su intento de simplificar tanto la medición de la energía eléctrica como la validación de tales mediciones.

El resultado es una regla simple que especifica la cantidad mínima de medidores de vatios-hora necesarios para medir el consumo de energía en cualquier sistema de conductores eléctricos .

El teorema establece que la potencia proporcionada a un sistema de N conductores es igual a la suma algebraica de la potencia medida por N vatios-metros. Los N vatímetros están conectados por separado de manera que cada uno mida el nivel de corriente en uno de los N conductores y el nivel potencial entre ese conductor y un punto común. En una simplificación adicional, si ese punto común se encuentra en uno de los conductores, el medidor de ese conductor se puede quitar y solo se requieren N-1 medidores. Un medidor de energía eléctrica es un vatímetro cuyas mediciones están integradas en el tiempo, por lo tanto, el teorema se aplica también a los medidores de vatios-hora. ^[1] Blondel escribió un documento sobre sus resultados que fue entregado al Congreso Internacional de Electricidad celebrado en Chicago en 1893. Aunque no estuvo presente en el Congreso, su documento está incluido en las Actas publicadas. ^[2]

En lugar de usar medidores N-1 separados, los medidores se combinan en una sola vivienda con fines comerciales, como medir la energía entregada a hogares y empresas. Cada emparejamiento de una unidad de medición de corriente más una unidad de medición potencial se denomina estator o elemento. Así, por ejemplo, un medidor para un servicio de cuatro hilos incluirá tres elementos. El teorema de Blondel simplifica el trabajo de un trabajador de servicios eléctricos al especificar que un servicio de cable N se medirá correctamente con un medidor de elemento N-1. Desafortunadamente, surge la confusión para tales trabajadores debido a la existencia de medidores que no contienen parejas ordenadas de unidades de medición de potencial único con unidades de medición de corriente individuales. Por ejemplo, un medidor se usaba anteriormente para servicios de cuatro cables que contenían dos bobinas potenciales y tres bobinas de corriente y se llamaba 2.

Incumplimiento de Blondel [ editar ]

A menudo se dice que los medidores de energía eléctrica que cumplen con el requisito de elementos N-1 para un servicio de cable N son compatibles con Blondel. Esta etiqueta identifica el medidor como uno que se medirá correctamente en todas las condiciones cuando se instala correctamente. Sin embargo, un medidor no tiene que ser compatible con Blondel para proporcionar mediciones adecuadamente precisas y la práctica de la industria a menudo incluye el uso de tales medidores no conformes. El medidor de forma 2S se usa ampliamente en la medición de servicios residenciales de tres cables, a pesar de no cumplir con dichos servicios. Este servicio residencial común consta de dos cables de 120 voltios y un cable neutro. Un medidor compatible con Blondel para dicho servicio necesitaría dos elementos (y una toma de cinco mordazas para aceptar dicho medidor), pero el medidor 2S es un medidor de un solo elemento. El medidor 2S incluye un dispositivo de medición de potencial (una bobina o un voltímetro) y dos dispositivos de medición de corriente. Los dispositivos de medición de corriente proporcionan una medición igual a la mitad del valor actual real. La combinación de una bobina de potencial simple y dos llamadas bobinas medias proporciona una medición altamente precisa en la mayoría de las condiciones. El medidor se ha utilizado desde los primeros días de la industria eléctrica. Las ventajas fueron el menor costo de una sola bobina potencial y la evitación de interferencia entre dos elementos que conducen un solo disco en un medidor de inducción. Para cargas de línea a línea, el medidor cumple con Blondel. Tales cargas son cargas de dos cables y un solo medidor de elemento es suficiente. El incumplimiento del medidor ocurre en la línea de medición a cargas neutras. El diseño del medidor se aproxima a una medición de dos elementos combinando un valor de media corriente con el valor potencial de la conexión de línea a línea. El potencial de línea a línea es exactamente el doble de la conexión de línea a neutral si las dos conexiones de línea a neutral están exactamente equilibradas. El doble del potencial multiplicado por la mitad de la corriente se aproxima al valor de potencia real con igualdad bajo potencial equilibrado. En el caso de cargas de línea a línea, dos veces el valor de la mitad de la corriente multiplicado por el valor potencial es igual a la potencia real. Se introduce un error si los dos potenciales de línea a línea no están equilibrados y si las cargas de línea a neutro no están distribuidas equitativamente. Ese error viene dado por 0.5 (V1-V2) (I1-I2) donde V1 e I1 son el potencial y la corriente conectados entre una línea y neutro y V2 e I2 son aquellos conectados entre la otra línea y neutral. El doble del potencial multiplicado por la mitad de la corriente se aproxima al valor de potencia real con igualdad bajo potencial equilibrado. En el caso de cargas de línea a línea, dos veces el valor de la mitad de la corriente multiplicado por el valor potencial es igual a la potencia real. Se introduce un error si los dos potenciales de línea a línea no están equilibrados y si las cargas de línea a neutro no están distribuidas equitativamente. Ese error viene dado por 0.5 (V1-V2) (I1-I2) donde V1 e I1 son el potencial y la corriente conectados entre una línea y neutro y V2 e I2 son aquellos conectados entre la otra línea y neutral. El doble del potencial multiplicado por la mitad de la corriente se aproxima al valor de potencia real con igualdad bajo potencial equilibrado. En el caso de cargas de línea a línea, dos veces el valor de la mitad de la corriente multiplicado por el valor potencial es igual a la potencia real. Se introduce un error si los dos potenciales de línea a línea no están equilibrados y si las cargas de línea a neutro no están distribuidas equitativamente. Ese error viene dado por 0.5 (V1-V2) (I1-I2) donde V1 e I1 son el potencial y la corriente conectados entre una línea y neutro y V2 e I2 son aquellos conectados entre la otra línea y neutral. Se introduce un error si los dos potenciales de línea a línea no están equilibrados y si las cargas de línea a neutro no están distribuidas equitativamente. Ese error viene dado por 0.5 (V1-V2) (I1-I2) donde V1 e I1 son el potencial y la corriente conectados entre una línea y neutro y V2 e I2 son aquellos conectados entre la otra línea y neutral. Se introduce un error si los dos potenciales de línea a línea no están equilibrados y si las cargas de línea a neutro no están distribuidas equitativamente. Ese error viene dado por 0.5 (V1-V2) (I1-I2) donde V1 e I1 son el potencial y la corriente conectados entre una línea y neutro y V2 e I2 son aquellos conectados entre la otra línea y neutral.^[1] Dado que la industria generalmente mantiene una precisión del cinco por ciento en potencial, el error será aceptablemente bajo si las cargas no están muy desequilibradas.

Este mismo medidor ha sido modificado o instalado en enchufes modificados y utilizado para dos cables, servicios de 120 voltios (etiquetado como 2W en la cara del medidor). La modificación coloca las dos medias bobinas en serie de modo que se crea una bobina completa. En tales instalaciones, el medidor de elemento único es compatible con Blondel. También hay una versión de tres hilos de 240/480 voltios que no es compatible con Blondel. También se utilizan medidores trifásicos que no cumplen con Blondel, como los formularios 14S y 15S, pero pueden reemplazarse fácilmente por medidores modernos y pueden considerarse obsoletos.