Gracias a su alta densidad de potencia, las baterías de iones de litio son la opción preferida para el almacenamiento de energía en baterías (BESS) y el suministro de energía de respaldo a gran escala (sistemas de alimentación ininterrumpida). Los centros de datos y las empresas de servicios públicos dependen de las baterías de iones de litio para garantizar un suministro eléctrico fiable y cumplir con sus obligaciones de servicio.
El riesgo es de baja probabilidad pero de graves consecuencias: las baterías de iones de litio son susceptibles al sobrecalentamiento, y cuando esto ocurre, puede derivar en un incendio incontrolable y provocar una explosión. Las normas exigen que los contenedores y las salas que albergan estas baterías se monitoricen para detectar la presencia de hidrógeno explosivo y que se activen los sistemas de ventilación durante un evento térmico.
Los sistemas de monitorización de hidrógeno utilizados en las baterías de iones de litio deben seleccionarse cuidadosamente. Las distintas tecnologías de sensores tienen sus ventajas y desventajas, y en muchos casos, simplemente no cumplen con los requisitos específicos de las aplicaciones de baterías de iones de litio.
Sobre el papel, los sensores de hidrógeno pueden parecer intercambiables. Todas las fichas técnicas prometen detección, una señal de alarma y un precio. Pero la tecnología subyacente determina algo que la ficha técnica no: ¿cuánto costará el sensor en mantenimiento, falsas alarmas y reemplazos a lo largo de los años de servicio? En las instalaciones de baterías de iones de litio, donde un sensor lento, impreciso o con un mantenimiento inadecuado representa una brecha de seguridad crítica, la elección de la tecnología es más importante que el precio.
Cuatro tecnologías de monitorización de gases, ventajas y desventajas muy diferentes.
La detección de hidrógeno en centros de datos y sistemas de almacenamiento de energía se basa en sistemas que utilizan uno de cuatro tipos de sensores.
- TCD (conductividad térmica): sensible de forma cruzada a los COV (compuestos orgánicos volátiles) y al CO (monóxido de carbono), y varía con los cambios de humedad y temperatura.
- MOS (semiconductor de óxido metálico)Necesita oxígeno para reaccionar, se degrada por envenenamiento con silicona o azufre y requiere pruebas de funcionamiento periódicas.
- Perla catalítica (pellistor): mide la concentración absoluta directamente y resiste los venenos comunes, pero la precisión a lo largo del tiempo aún depende de qué tan bien se verifique la deriva.
- Estado sólido (película de aleación metálica)Mide concentraciones absolutas y resiste los problemas de envenenamiento y sensibilidad cruzada que afectan a otros tipos de sensores.
Casi todos ellos, sea cual sea su tipo, comparten una característica común: requieren algún tipo de mantenimiento continuo, ya sea calibración o sustitución total.
“Autocalibrable” y “No requiere calibración” no son la misma afirmación.
La calibración es el factor principal que diferencia a los sensores. Todos los sensores presentan desviaciones. La exposición a gases, la humedad y las fluctuaciones de temperatura alteran gradualmente la lectura del sensor. Cada fabricante de sensores utiliza un método diferente para abordar este problema.
- Un sensor autocalibrable verifica continuamente su propia precisión: sin gas de calibración, sin pruebas de funcionamiento, sin necesidad de que el trabajador entre en una zona peligrosa. En cambio, el sensor corrige automáticamente su calibración de forma continua.
- La indicación "No requiere calibración" suele significar algo distinto: el fabricante ha reducido la deriva y ha ampliado el intervalo entre las comprobaciones necesarias, a veces hasta un año, a veces más. Sin embargo, la única forma de saber si el sensor se ha desviado de sus especificaciones entre comprobaciones es probarlo manualmente con gas embotellado. Esto contradice el objetivo de un sensor que no requiere mantenimiento.
Por ejemplo, un sensor catalítico se comercializa como libre de mantenimiento, pero su manual exige pruebas de funcionamiento periódicas. Si una prueba de funcionamiento determina que el sensor se ha desviado de sus especificaciones, el técnico debe extraer el módulo del sensor de la unidad y enviarlo de vuelta a la fábrica para su recalibración.
(Para un ejemplo real del coste de ese requisito de mantenimiento —y de la responsabilidad en materia de seguridad que puede generar— véase «Escaleras, responsabilidad y límites inferiores de inflamabilidad» ).
El coste oculto de un sensor de hidrógeno barato
Dos de los sensores más comunes en centros de datos y sistemas de almacenamiento de energía en contenedores son las unidades de óxido metálico, que se venden entre 900 y 1,200 dólares y han logrado una amplia base de usuarios gracias a su bajo precio y durabilidad en el mercado. Además, son desechables: una vez que el elemento sensor se degrada, generalmente en unos cinco años, la unidad o su cartucho sensor se reemplaza en lugar de repararse.
El principal problema de este tipo de sensores no es su vida útil, sino su especificidad. Muchos de estos sensores de uso general responden a más gases que solo hidrógeno. La liberación de gases de la batería durante una falla produce una mezcla que incluye monóxido de carbono junto con hidrógeno. Un sensor que no distingue entre ambos se activará igualmente, sin indicar si el gas que detecta es explosivo o no. Esto constituye una falsa alarma disfrazada de detección: el sensor sabe que algo está elevado, pero no qué es ni cuán peligroso es. Los costos asociados a una falsa alarma aumentan rápidamente.
- Interrupción del servicio o la producción
- Evacuación de las instalaciones
- Visitas del departamento de bomberos
Lo que es peor, cada falsa alarma acostumbra a la gente a dudar de la siguiente, lo que erosiona la confianza en el sistema. Los clientes han expresado esta preocupación; por ejemplo, uno de ellos se quejó de que un sistema anterior “dio tantas falsas alarmas que la gente dejó de confiar en él”.
¿Por qué las baterías de iones de litio suponen un cambio radical?
Para las baterías de plomo-ácido, un sensor lento o, en ocasiones, ambiguo era una solución de compromiso razonable, ya que estas baterías liberan gases de forma gradual y predecible a lo largo de semanas o meses. Las baterías de iones de litio eliminan esa protección. No liberan gases en condiciones normales de funcionamiento, solo durante el desbordamiento térmico, y el intervalo entre la primera liberación de gases y un evento incontrolable es peligrosamente pequeño. Es importante ser precisos sobre las funciones de la detección. Hay poca evidencia de que la detección temprana detenga el desbordamiento térmico una vez que comienza; una vez que una batería entra en esta fase, la reacción generalmente sigue su curso. La detección proporciona el tiempo necesario para activar la ventilación y evacuar el espacio antes de que la liberación de gases alcance una concentración explosiva. Esa es la función principal del sensor, y por eso la velocidad y la precisión son tan importantes: no para prevenir la falla, sino para evitar que el área se convierta en una bomba mientras ocurre.
Los sistemas de monitorización de gases para baterías de iones de litio requieren velocidad y especificidad. Las normas NFPA 855 y NFPA 69 exigen ventilación para mantener las concentraciones por debajo del 25 % del límite inferior de inflamabilidad (LFL), lo que en la práctica requiere un sensor lo suficientemente rápido y preciso como para detectar el hidrógeno mucho antes de alcanzar ese umbral.
Esto significa que el sensor debe conocer la concentración de hidrógeno. Las mediciones de hidrógeno no deben confundirse con las de otros gases, algo que puede ocurrir con los sensores de gas convencionales. Algunos sistemas de monitorización de gases populares no informan la concentración absoluta, sino que detectan un aumento repentino. Sin embargo, la norma no contempla un aumento porcentual relativo respecto a un valor de referencia.
En las aplicaciones de iones de litio, un sensor debe responder con mucha rapidez y debe saber que lo que mide es hidrógeno, no un pico general de "algún tipo de gas". Un sensor lento e inespecífico no solo tiene un rendimiento deficiente, sino que además proporciona una falsa sensación de cobertura precisamente en el entorno donde esa deficiencia es más peligrosa.
Lo que realmente exige la norma UL 2075 a los sistemas de monitorización de gases de baterías.
La velocidad y la especificidad no lo son todo. Mientras que las normas NFPA 855 y NFPA 69 regulan la rapidez de respuesta y la concentración a la que debe actuar un sensor, la norma UL 2075 rige el diseño, la construcción y las pruebas de rendimiento de los detectores de gas y vapor, incluyendo su desempeño en entornos adversos y la notificación de fallos en su electrónica. Esto implica probar cada pin de la placa de circuito individualmente y confirmar que la unidad notifica correctamente un fallo cuando se produce una avería en la electrónica.
Un sensor puede cumplir con la norma UL 2075 sin tener en cuenta la deriva si no se siguen estrictamente los protocolos de mantenimiento del fabricante. El resultado puede ser un sensor que muestra el indicador de "funcionamiento normal" cuando la calibración se ha desviado hasta un punto en el que deja de responder. Es como el problema de "la luz verde está encendida, pero no hay nadie en casa". Un sensor que monitoriza y autocorrige activamente su deriva evita este problema.
Por qué los sistemas de monitorización de gases H2scan son la opción correcta para la monitorización de baterías de iones de litio.
El mercado de monitorización de gases para baterías ofrece numerosas opciones que prometen ser libres de mantenimiento, específicas para hidrógeno o rápidas. Sin embargo, pocas cumplen realmente las tres características a la vez, y para una instalación de iones de litio, contar con ellas es un requisito indispensable. Un sensor lento, sensible a otros gases, que requiere un mantenimiento excesivo o que no detecta fallos internos no es adecuado para una aplicación con baterías de iones de litio.
El sistema de monitorización de gases de H2scan se basa en sensores de estado sólido específicos para hidrógeno, pruebas de rendimiento rigurosas, monitorización de fallos conforme a la norma UL 2075 y autocalibración continua. Fue diseñado específicamente para la monitorización de baterías de iones de litio, ofreciendo la velocidad y precisión que requiere esta aplicación.
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