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Cada vez más fábricas están pasando a sistemas de baterías de 48 V porque ofrecen la combinación adecuada de eficiencia, características de seguridad y compatibilidad con otros equipos. Cuando los sistemas funcionan a 48 voltios, consumen menos corriente para la misma cantidad de potencia de salida, lo que significa menores pérdidas de energía por resistencia en los cables (recuerda la fórmula P igual a I al cuadrado por R de la escuela). Además, esta corriente más baja permite a las empresas utilizar cables más delgados que resultan más económicos en general. Otra ventaja importante es la seguridad. A 48 voltios, estos sistemas permanecen por debajo del límite de 60 voltios de Tensión Extra Baja de Seguridad establecido por normas internacionales como la IEC 61140. Esto significa que los trabajadores no tienen que preocuparse por arcos eléctricos peligrosos al realizar tareas habituales de mantenimiento, y en la mayoría de los casos pueden prescindir de comprar equipos de protección costosos. ¿Y sabes qué? Este nivel de voltaje lleva mucho tiempo utilizado en aplicaciones como redes telefónicas, sistemas de automatización industrial y paneles de control en todas partes. Por tanto, las instalaciones pueden conectar estos sistemas a lo ya existente sin tener que gastar grandes cantidades en nuevas instalaciones eléctricas o modificaciones.
El estándar de 48 V facilita considerablemente el trabajo con componentes básicos de alimentación eléctrica en general. Muchos de los sistemas actuales de alimentación ininterrumpida (UPS) y los inversores incluyen soporte integrado para entrada de corriente continua de 48 V directamente desde fábrica. Esto significa que las baterías pueden conectarse directamente sin tener que pasar por pasos de conversión de CA a CC o de CC a CC que consumen mucha energía. Lo realmente interesante es cómo esto también funciona bien en instalaciones industriales antiguas. Muchas fábricas aún operan sus redes de sensores, PLCs y diversos circuitos de control con alimentación de 48 V. Debido a esta infraestructura existente, el cambio a baterías de litio de 48 V se realiza rápidamente, supone un riesgo mínimo para las operaciones y tampoco requiere grandes inversiones de capital.
La evaluación precisa de las necesidades de energía industrial constituye la base del diseño confiable de respaldo con baterías de 48 V. Este proceso identifica los sistemas esenciales que requieren protección y cuantifica su consumo de energía para prevenir tiempos de inactividad.
Comience por hacer una lista completa de todo lo que hay en la instalación y luego mida cuánta energía consume realmente cada elemento. Los amperímetros de pinza son excelentes para este tipo de trabajo, aunque algunas personas prefieren sistemas de submedición cuando se trata de instalaciones más grandes. Al revisar la lista, concéntrese primero en los equipos que absolutamente deben permanecer funcionando en todo momento. Elementos como controladores de proceso, esos interruptores de seguridad que detienen las máquinas si ocurre un problema y todos los dispositivos de red que mantienen las operaciones conectadas deben tener prioridad. ¿El resto? La iluminación del área de oficinas, unidades adicionales de calefacción o refrigeración que no estén directamente vinculadas a los procesos de producción: estos elementos normalmente pueden esperar o incluso desconectarse temporalmente sin causar problemas importantes. Asegúrese de registrar los valores habituales de consumo, pero también esté atento a los picos repentinos en la demanda de energía. Los motores y compresores grandes son notoriamente conocidos por consumir hasta tres veces su corriente normal al arrancar, por lo que vale la pena saber exactamente qué ocurre durante esos momentos de arranque.
| Tipo de equipo | Rango de Potencia | Criticidad |
|---|---|---|
| Sistemas de control de procesos | 300–800 W | Alta |
| Servidores y equipos de red | 500–1500 W | Alta |
| Compresores HVAC | 2000–5000 W | Medio |
| Iluminación de instalaciones | 100–300 W | Bajo |
Las herramientas modernas de modelado predictivo reducen los errores de dimensionamiento en un 39 % en comparación con los cálculos manuales cuando se combinan con datos históricos de carga. Calcule el consumo diario total en kWh multiplicando la potencia media en vatios por las horas de funcionamiento, y luego agregue un margen del 25 % para el envejecimiento del equipo y futuras expansiones.
La mayoría de las instalaciones industriales siguen clasificaciones estándar de disponibilidad en la actualidad. Las instalaciones de Nivel III necesitan un promedio de aproximadamente el 99,982 % de disponibilidad, mientras que las instalaciones de Nivel II buscan alcanzar aproximadamente el 99,741 %. Al analizar los ciclos de trabajo de los equipos, existe una gran diferencia entre cargas continuas, como los sistemas SCADA, y máquinas que arrancan y se detienen frecuentemente durante sus periodos de operación. Para aplicaciones verdaderamente críticas, muchas especificaciones exigen lo que se conoce como configuración de redundancia N+1. Esto básicamente significa contar con una capacidad de energía de respaldo que supere los requisitos máximos en un módulo adicional completo. Los factores ambientales también son importantes. El rendimiento de las baterías de litio disminuye significativamente cuando las temperaturas caen por debajo de las condiciones normales de funcionamiento. En el punto de congelación (0 grados Celsius), estas baterías suelen proporcionar solo alrededor del 15 al 20 por ciento de su capacidad nominal en comparación con lo que pueden entregar a la temperatura de referencia estándar de 25 grados Celsius.
Conseguir el tamaño adecuado para un banco de baterías de 48 V comienza por determinar cuántos kilovatios hora (kWh) necesitamos. El cálculo básico es algo así: tome la carga crítica en kilovatios y multiplíquela por el tiempo durante el cual se desea tener alimentación de respaldo. Luego divida ese número entre dos factores: primero, el porcentaje de profundidad de descarga, y segundo, el factor de eficiencia del sistema. La mayoría de las baterías de litio pueden manejar alrededor del 80 al 90 % de profundidad de descarga, casi el doble de lo que logran las baterías de plomo-ácido, que ronda el 50 %. Supongamos que alguien necesita 10 kW de potencia durante cuatro horas, con una profundidad de descarga del 80 % y un sistema con eficiencia del 95 %. Haciendo el cálculo, obtenemos aproximadamente 52,6 kWh necesarios. Para convertir esa cantidad en amperios hora para nuestro sistema de 48 V, simplemente multiplique los kWh por 1000 y luego divida entre 48 voltios. Esto da como resultado aproximadamente 1.096 amperios hora. Seguir este método ayuda a evitar comprar una batería demasiado pequeña, manteniendo al mismo tiempo los costos razonables a largo plazo y asegurando un buen rendimiento desde el primer día.
Cuando queremos extender la energía de respaldo más allá de un solo día, básicamente lo único que hacemos es multiplicar nuestro consumo diario habitual por el número de días que necesitamos que dure. Veamos un ejemplo: si una instalación consume alrededor de 120 kilovatios hora por día y desea tres días completos de autonomía manteniendo un 80 % de profundidad de descarga, el cálculo sería así: toma esos 120 kWh multiplicados por tres días, lo que da 360, luego divide entre 0,8 debido al requisito del 80 %, lo que nos da aproximadamente 450 kWh necesarios. Sin embargo, nadie opera en condiciones perfectas. Solo el clima frío puede reducir la capacidad de la batería en cerca de un 20 % cuando las temperaturas bajan bajo cero. Las baterías de litio también pierden efectividad con el tiempo, aproximadamente un 3 % cada año. Y cada vez que hay demandas repentinas de alta corriente, el sistema experimenta caídas de voltaje que hacen que la capacidad utilizable real sea aún menor de lo esperado. Por esta razón, la mayoría de los ingenieros añaden un margen extra del 25 al 30 % para estar seguros. Eso aumenta nuestra estimación inicial de 450 a unos 562 kWh de capacidad total, asegurando que las cosas sigan funcionando correctamente incluso cuando surjan problemas inesperados durante apagones prolongados.
Los sistemas de respaldo en entornos industriales suelen utilizar configuraciones serie-paralelo para mantener estable la salida de 48 V incluso cuando cambian las cargas. Cuando las baterías se conectan en serie, alcanzan el nivel de voltaje necesario. Al agregarlas en paralelo, se incrementa la capacidad total (medida en Ah), de modo que el sistema puede funcionar durante más tiempo durante cortes de energía. La gran ventaja aquí es que esta configuración evita el tipo de flujo de corriente desigual que a menudo conduce a fallos prematuros de las baterías. Por ejemplo, una configuración común llamada 4S4P, que significa cuatro conjuntos de cuatro baterías conectadas entre sí. Esto nos proporciona los 48 voltios deseados mientras multiplica la capacidad total por cuatro. Lo realmente importante es asegurar que la corriente fluya uniformemente a través de todas esas conexiones en paralelo. La mayoría de los técnicos experimentados saben que mantener las variaciones por debajo de aproximadamente el 5 % requiere una planificación cuidadosa de las barras colectoras y un emparejamiento preciso de las celdas. Las pruebas con imágenes térmicas realizadas en sitios industriales reales respaldan consistentemente estos hallazgos.
Para quienes operan instalaciones Tier III o IV que buscan alcanzar ese punto óptimo del 99,995 % de tiempo activo, la redundancia N+1 no es solo deseable, sino absolutamente necesaria. Cuando un módulo falla, las operaciones continúan sin interrupciones. El enfoque modular incluye estos sofisticados interruptores seccionadores fusionados que pueden desconectar las partes defectuosas en medio segundo. En cuanto al crecimiento, estos sistemas están diseñados para escalar fácilmente gracias a interfaces de bastidor estándar. Las instalaciones pueden ampliar su capacidad poco a poco, añadiendo incrementos de 5 kWh según sea necesario. Tampoco se requiere un engorroso cableado nuevo. Las empresas informan ahorros de alrededor del 60 % en actualizaciones al pasar de configuraciones monolíticas tradicionales. Estudios recientes de 2023 respaldan esto, mostrando cuánto dinero se ahorra con el tiempo mediante este tipo de infraestructura flexible.