Qué deben buscar los ingenieros de centros de datos en un monitor de hidrógeno para salas de baterías de UPS.
La alimentación de reserva es un requisito básico para cualquier centro de datos, y las baterías de los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) están evolucionando. Las baterías de iones de litio se utilizan cada vez más en los UPS porque ocupan menos espacio y pesan menos, además de ofrecer una vida útil hasta 10 veces mayor que las de plomo-ácido. Las baterías acuosas, como las de plomo-ácido, siguen estando muy extendidas. Muchas instalaciones ahora utilizan ambas, a veces en el mismo edificio. Cada tipo de batería libera hidrógeno de forma diferente, y el sistema de monitorización de hidrógeno debe ser compatible. Este artículo ayuda a los ingenieros y especificadores de centros de datos a saber qué buscar en un sistema de monitorización de hidrógeno para las salas de baterías de los UPS.
Esta información es oportuna. A medida que las empresas construyen más centros de datos para dar soporte a la IA, la capacidad de las baterías de reserva aumenta en consecuencia. El almacenamiento de baterías a gran escala crece aún más rápido, pero se trata de una aplicación diferente, diseñada y gestionada por equipos distintos. Abordamos este tema en una publicación complementaria sobre la monitorización del hidrógeno en contenedores de sistemas de almacenamiento de energía de iones de litio.
La química establece los requisitos de monitoreo
Las baterías de plomo-ácido, tanto VRLA como VLA, liberan hidrógeno durante la carga y en condiciones anormales. Este gas se acumula de forma lenta y predecible, por lo que el sistema de monitorización de las baterías de plomo-ácido está diseñado para detectar la acumulación de hidrógeno con el tiempo. El tiempo que necesita un sensor para detectar el hidrógeno y enviar una señal puede ser de varios minutos sin que ello afecte negativamente a la seguridad.
Las baterías de iones de litio se comportan de manera diferente. No liberan cantidades significativas de gas durante su funcionamiento normal. Solo lo hacen en condiciones anormales, como el sobrecalentamiento, cuando el estrés mecánico, un defecto de fabricación, un mal uso eléctrico o el calor externo provocan la ruptura de la capa protectora SEI (interfase de electrolito sólido) de la batería. Las celdas comienzan a sufrir cortocircuitos internos y se acumula calor. Entonces aparece hidrógeno, junto con monóxido de carbono, dióxido de carbono y otros gases. El hidrógeno puede arder e incluso explotar en las condiciones adecuadas.
Los sistemas de gestión de baterías (BMS) monitorizan el voltaje, la corriente y la temperatura, pero no el hidrógeno gaseoso. Por eso, las normas de seguridad abordan directamente el tema de los gases inflamables.
En salas con baterías de ambos tipos, el sistema de monitorización debe tener en cuenta ambas. La pantalla HY-SIGHT de H2scan puede mostrar las lecturas y gestionar simultáneamente los monitores HY-GUARD estándar para baterías de plomo-ácido y los monitores HY-GUARD RS para baterías de iones de litio.
Lo que exigen las normas
La norma NFPA 855 aborda los sistemas de almacenamiento de energía estacionarios y los proyectos de sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) para centros de datos con baterías de iones de litio y plomo-ácido, que suelen diseñarse conforme a ella, sujeto a la jurisdicción de la autoridad local competente. El hidrógeno se vuelve inflamable a una concentración del 4 % en volumen, conocida como su límite inferior de inflamabilidad (LFL). Ambas químicas requieren que el hidrógeno se mantenga en niveles seguros. La NFPA 855 exige que se actúe mucho antes de que el gas se acerque al límite inferior de inflamabilidad, que es una proporción de 4:1 de gas a aire, para permitir que se tomen medidas de acuerdo con el Plan de Mitigación de Riesgos (HMP) del sitio. La edición de 2026 exige que los sistemas de baterías de litio cuenten con sistemas de control y prevención de explosiones diseñados conforme a la norma NFPA 69, la norma sobre sistemas de prevención de explosiones.
Cuando se utiliza la detección de gases para activar un sistema de reducción de concentración de combustible, como la ventilación por extracción, según un estudio de deflagración NFPA 69, la norma NFPA 855 exige un sistema de detección de gases continuo homologado que lo active a una concentración no superior al 10 % del LFL, que corresponde al 0.4 % de hidrógeno. La ventilación debe permanecer activada para que la concentración de gas inflamable no supere, en promedio, el 25 % del LFL, o el 1 % de hidrógeno. El sistema de ventilación y sus componentes se consideran un sistema de seguridad crítico, y ambos sistemas emiten una alerta en una estación de supervisión.
A nivel internacional, la norma IEC 62485-2 abarca las baterías estacionarias de plomo-ácido y níquel-cadmio, incluida la ventilación con hidrógeno, y la norma IEC 62485-5 abarca las baterías estacionarias de iones de litio. Las aseguradoras añaden sus propios requisitos. La ficha técnica 5-32 de FM Global abarca los centros de datos y las instalaciones relacionadas.
Dónde se encuentran las baterías de los sistemas UPS
Las baterías de los sistemas UPS de los centros de datos suelen instalarse en salas dedicadas con paredes resistentes al fuego y sistemas de seguridad. Los operadores suelen construir estas salas como módulos conectados al edificio, lo que aísla las baterías del resto de las instalaciones. Algunos operadores optan por utilizar módulos de alimentación prefabricados que combinan el UPS, las baterías y los interruptores en una única carcasa resistente a la intemperie. Los proveedores ofrecen módulos desde varios cientos de kVA hasta más de un megavoltio-amperio. Algunos centros de datos en edificios de oficinas utilizan baterías de plomo-ácido para sus sistemas UPS, mientras que las instalaciones de coubicación a veces albergan baterías de iones de litio en áreas dedicadas. En estos espacios interiores, el mantenimiento de los sensores es la principal consideración práctica.
A diferencia de un contenedor BESS, estas salas y cápsulas pueden ser ocupadas por personas. Los técnicos entran para inspeccionar, probar y mantener el equipo, por lo que es fundamental conocer el estado de la sala antes de que alguien abra la puerta. Se deben colocar pantallas en el exterior de la sala o cápsula para indicar su estado, incluyendo si es seguro entrar. Un sistema de monitoreo de hidrógeno que informa sobre el estado fuera del área proporciona a los técnicos esa información antes de que ingresen.
Los terrenos industriales abandonados añaden una complejidad adicional. Cuando una sala de baterías de sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) se encuentra en una instalación preexistente, puede ser necesario adaptarla para cumplir con los requisitos de seguridad actuales, incluida la detección de hidrógeno. Las salas existentes no siempre se diseñaron teniendo en cuenta estos requisitos, y el espacio para nuevos equipos puede ser limitado. La detección de hidrógeno cobra aún mayor importancia cuando la sala está ocupada por personas o cuando las baterías se ubican dentro del edificio, ya que las consecuencias de una fuga de gas afectan a las personas y a la estructura circundante. Los proyectos de adaptación se benefician de monitores que se instalan fácilmente y requieren poco mantenimiento posterior.
Sensores de altura del techo y la carga de mantenimiento
Los sistemas de monitoreo de gases deben ubicarse cerca del techo, ya que el hidrógeno es más ligero que el aire. Los sensores pueden instalarse a 15 metros o más del suelo, pegados al techo, lo que obliga a los técnicos a usar escaleras para su mantenimiento. Para calibrar un sensor convencional, el operario debe cargar una pesada botella de gas de calibración, lo que supone un riesgo de caída y, además, plantea un problema de seguridad laboral (OSHA) al requerir el mantenimiento de tres puntos de contacto. La alternativa es una plataforma elevadora, que puede ser difícil de maniobrar en una sala llena de estanterías. En ambos casos, el mantenimiento consume una cantidad considerable de horas de trabajo.
Con demasiada frecuencia, el mantenimiento de los sensores se pospone o se omite, lo que genera una brecha de seguridad en el Plan de Mitigación de Riesgos (PMR) que puede tener consecuencias potencialmente graves. En las salas de almacenamiento de baterías de iones de litio, esta brecha es aún más importante, ya que el riesgo se desarrolla con mayor rapidez. Un monitor de hidrógeno para una sala de baterías debe contar con electrónica de autodiagnóstico e informar sobre su estado.
La velocidad de respuesta
Una vez que una celda de iones de litio comienza a liberar gases, las condiciones en una habitación pueden cambiar rápidamente, y cada segundo de retraso en la detección reduce el tiempo disponible para ventilar y responder. FM Global informa que, en sus pruebas, el intervalo entre la liberación de gases y el descontrol térmico osciló entre cinco y veinte minutos. Un monitor que responde en segundos aprovecha ese lapso en lugar de desperdiciarlo. Las habitaciones con baterías de plomo-ácido pueden tolerar un tiempo de respuesta del monitor de varios minutos debido al aumento gradual del hidrógeno con el tiempo. Para las baterías de iones de litio, la velocidad de respuesta debe estar entre los requisitos más altos, ya que la detección rápida y confiable de hidrógeno es fundamental para la prevención de incendios en baterías de litio.
Calibración y pruebas
Ya sea que las baterías de iones de litio se encuentren en una sala de UPS de un centro de datos o en un espacio de coubicación, la pregunta es si el operador puede mantener el sistema de seguridad de manera confiable y rentable. Cualquier monitor de gas que requiera pruebas de funcionamiento o calibración obliga, en última instancia, a elegir entre omitir el mantenimiento y asumir el riesgo. Un sensor autocalibrable evita esa disyuntiva. Con HY-GUARD, no es necesario transportar gas de calibración ni programar visitas de calibración, ya que el sensor se autocalibra continuamente.
Tenga cuidado con los monitores que se anuncian como "sin necesidad de calibración". A menudo, esto significa que se ha ralentizado la deriva de calibración, no que se esté comprobando la precisión, por lo que esta puede degradarse silenciosamente hasta que ocurra un incidente. Otros diseños limitan la deriva al requerir el reemplazo periódico del sensor, lo cual constituye en sí mismo un mantenimiento y un costo. Incluya estos costos en el costo total de propiedad.
Selección del monitor de gas hidrógeno adecuado para salas de UPS
En todas las implementaciones de sistemas UPS, la seguridad y la monitorización de las baterías de iones de litio se reducen a tres cosas:
- Velocidad de respuesta del sensor de hidrógeno que coincide con la rapidez con la que fallan las baterías de iones de litio.
- Precisión del sensor de hidrógeno que no se degrada sin que nadie se dé cuenta.
- Sistema de monitorización de gas hidrógeno que minimiza los costes de mantenimiento y la necesidad de poner en riesgo a los trabajadores.
Estas capacidades determinan el coste total de propiedad e incluso si el sistema de seguridad funcionará cuando más se necesite.
Estos requisitos sirvieron de guía para el desarrollo del sistema de monitorización de gases HY-GUARD® RS de H2scan para baterías de iones de litio.
Sistema de monitorización de gas hidrógeno HY-GUARD RS:
- Diseñado para la velocidad de las baterías de iones de litio: El monitor responde en menos de 10 segundos.
- Se autocalibra continuamente: Sin botellas de calibración, sin escaleras, sin elevadores y sin necesidad de subir a los sensores instalados en el techo. La tecnología patentada de sensores de estado sólido se autocalibra continuamente.
- Tecnología de autocomprobación: El monitor comprueba el estado de sus propios componentes electrónicos, evitando el riesgo de asumir que un monitor funciona correctamente solo porque su luz verde esté encendida.
- Libre de mantenimiento: Más de 10 años de vida útil sin necesidad de recalibración rutinaria en campo.
- Escala a través de una única cadena de conexión Modbus: Conecte en cadena los sensores a un único sistema de monitorización para reducir la electrónica necesaria y disminuir el coste del sistema. La plataforma HY-GUARD permite a los especificadores conectar unidades adicionales sin necesidad de repetir la electrónica completa en cada punto de detección.
El controlador HY-SIGHT™ , opcional y con pantalla , alimenta y gestiona hasta cuatro monitores HY-GUARD RS o HY-GUARD estándar. Este controlador permite la inspección y el control inmediatos de los monitores conectados. Proporciona salidas Modbus RTU, de 4-20 mA y de relé de seguridad directa. Además, ofrece registro de historial y datos para su análisis. Instalado fuera de la sala de baterías o del módulo, este tipo de pantalla muestra el estado de todos los monitores antes de que entre nadie.
Consulte con un experto sobre su sistema de monitorización de hidrógeno y descubra estrategias para minimizar los costes de mantenimiento y, al mismo tiempo, mejorar la seguridad.
Póngase en contacto con nosotros para hablar sobre la tecnología que mejor se adapte a sus instalaciones.
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