Mantenimiento y Montaje de Equipos Informáticos/Tema 5/S.A.I.

Índice de S.A.I.

18:57 25 sep 2023

Índice del «Tema 5»

Tema 5: Sistemas de alimentación de los computadores

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Perturbaciones eléctricas

La red de distribución eléctrica de baja tensión presenta una onda de tensión de calidad que podría ser perturbada, muy ocasionalmente, por fallos en las líneas y centros de transformación, maniobras, así como por descargas eléctricas atmosféricas principalmente. Los usuarios someten a la red a la influencia de multitud de cargas que, aunque funcionen correctamente, pueden alterar la onda de tensión con caídas permanentes o transitorias excesivas, entre otras perturbaciones. Además, las cargas pueden averiarse y producir consumos anómalos y cortocircuitos que deben ser aislados por los sistemas de protección. Mientras la carga defectuosa no es aislada, puede provocar en los puntos próximos de la red perturbaciones importantes.

Perturbación	Efectos	Causas	Soluciones
SIN perturbación	Buen funcionamiento	------	------
Interrupciones	Pérdida de datos, cierre	Fallos de red, disyuntores, fallo componentes	Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Bajada de tensión	Pérdida de datos, paro del sistema	Altas cargas en arranque, cambios de carga, fallos de red	Acondicionador de línea o Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Aumento de tensión	Daños en la carga	Cambios de carga	Acondicionador de línea o Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Armónicos	Transformadores calentados, pérdida de datos, paro del sistema, parpadeo de a luz	Cargas electrónicas, dispositivos de generación de arco	Fuentes conmutadas con PFC, filtros, Acondicionador de línea o Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Ruido	Pérdida de datos, paro del sistema	Equipos defectuosos, motores	Filtros, Acondicionador de línea o Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Impulso o transiente	Daños al sistema, pérdida de datos, paro del sistema	Rayos en la red eléctrica y/o red de telefonía	Protector de sobretensión o regletas con protección

Sistema de Alimentación Ininterrumpida

Un sistema de alimentación ininterrumpida, SAI, también conocido como UPS (del inglés uninterruptible power supply), es un dispositivo que suministrará electricidad (dependiendo del conector trasero utilizado) a un computador cuando se produzca una perturbación o fallo en el suministro de energía eléctrica, permitiendo que el/los usuario/s continúen trabajando durante varios minutos (los que permita la reserva de la batería del SAI), dando tiempo a éstos a cerrar sus archivos y apagar la red de una forma ordenada hasta que se restablezca el suministro eléctrico.

El funcionamiento básico de estos equipos, ante un fallo del suministro eléctrico, se utiliza la energía eléctrica almacenada en las baterías.

Componentes básicos del S.A.I.

Cargador, lo componen:
- Rectificador: convierte la tensión alterna (CA) en tensión continua (CC).
- Regulador: regula la tensión de carga de las baterías impidiendo que se carguen a tensiones superiores a las permitidas.
Batería: almacena la corriente continua (CC) y tiene una determinada capacidad de carga medida en Amperios-Hora (Ah) .
Inversor: convierte la corriente continua (CC) proveniente de la batería en tensión alterna (CA). Esta tensión alterna será la que se suministre a la carga.
Bypass o selector: permite que a la carga le suministre la tensión el inversor o, bien, directamente desde la red eléctrica. El bypass se suele emplear para realizar tareas de mantenimiento en el SAI y evita que la carga se quede sin tensión de alimentación o cuando se produce cualquier tipo de problemas en el SAI (fallos en el rectificador, inversor, etc.).

Tipos de S.A.I

SAI Standby u Offline

El SAI Offline (según la norma IEC 62040-3 clasificación VFD) presenta dos circuitos principales: la alimentación de línea, a la que solo se le agrega un estabilizado y un filtrado adicional al normal de cada equipo a alimentar, y el circuito propiamente SAI, cuyo núcleo es el circuito llamado "inversor". Es llamado sistema en "stand-by", o en espera, debido a que el circuito de alimentación alternativo, el inversor, está "fuera de línea", o inactivo, en espera de entrar en funcionamiento cuando se produzca un fallo en la alimentación de red. Posee un elemento conmutador que conecta y desconecta uno u otro circuito alternativamente. De uso doméstico cuando no haya muchas perturbaciones.

SAI Línea Interactiva

El SAI Line-interactive (según la norma IEC 62040-3 clasificación VI), además de lo que realiza al SAI Stanby, puede corregir pequeños desplazamientos de tensión y/o frecuencia, regenerando la onda alterna permanentemente sin utilizar la batería. De uso doméstico cuando hay muchas perturbaciones. De uso profesional, es la opción básica.

SAI On-line o Doble Conversión

El SAI de Doble Conversión (según la norma IEC 62040-3 clasificación VFI) es ideal para entornos en los que sea necesario o por equipo que es muy sensible a las fluctuaciones de energía y necesita tener un fuerte aislamiento eléctrico. El costo inicial del SAI de doble conversión puede ser más alto, pero su costo total es generalmente inferior debido a la vida útil de la batería. Este tipo de SAI puede ser necesario cuando en el entorno existan muchas y frecuentes perturbaciones eléctricas y se requiera la protección de cargas sensibles.

La tecnología básica del SAI de Doble Conversión es el mismo que en el modo de espera. Sin embargo, típicamente cuesta mucho más dinero, debido a que tiene un mayor rendimiento en el cargador, rectificador y el inversor diseñado para funcionar continuamente con la mejora de los sistemas de refrigeración.

En un SAI de Doble Conversión, las baterías siempre están conectados al inversor. Cuando se produce la pérdida de energía, el rectificador simplemente cae fuera del circuito y las baterías mantienen la energía constante y sin cambios. Cuando se restablece la alimentación, el rectificador reanuda llevando la mayor parte de la carga y comienza la carga de las baterías.

La principal ventaja de los SAI de Doble Conversión es su capacidad de proporcionar un aislamiento total de la carga frente a la red eléctrica. Es el más usado para la protección de la carga.

De uso profesional se utiliza en los computadores con tareas en las que la vida de las personas pueda correr peligro.

Cálculo de la carga de un SAI

La carga máxima que puede soportar un SAI se mide en VA (voltiamperios) y es la potencia aparente (S), puedes observarlo en cualquier tienda web o en la imagen del SAI de su parte trasera; la potencia aparente (S), es la suma vectorial de la potencia:

realmente necesaria para el computador. Se llama potencia activa (P). Se mide en vatios (W)
y la potencia no utilizada por el computador pero que se ha generado en la fuente de alimentación debido a la formación de los campos eléctrico y magnético de sus componentes. Se llama potencia reactiva (Q), se mide en voltiamperios reactivos (var).

La potencia aparente (S), se mide en VA (voltiamperios) que es una suma vectorial de la potencias (P y Q), un tanto compleja de calcular, se puede calcular con el valor eficiencia (%) de la fuente de alimentación y su potencia nominal (W). Hay diversos procedimientos según los datos que tengamos.

Por otra parte, en la corriente alterna es muy fácil saber la potencia aparente si sabemos la intensidad que consume un aparato, simplemente potencia aparente= Intensidad * voltaje de la red, esto es, S = I * 230.

Procedimientos para el cálculo

Como siempre, tenemos un dato siempre conocido: 230V que es el valor de la tensión oficial de España.

Todos los procedimientos incluyen S_calculada es la potencia aparente necesaria para que el computador pueda funcionar, pero solo el computador. Como el computador tiene otros periféricos (monitor, discos exterior, impresora,....), se necesita estimar un margen de seguridad para el consumo eléctrico de estos periféricos. En nuestro caso, estimamos incrementar la potencia máxima del SAI un 30% y será la potencia aparente estimada S_estimada. Con el resultado de S_estimada solo bastaría buscar el SAI con una carga igual o superior a la S_estimada.

Por tanto, Potencia del SAI >= S_estimada, de donde S_estimada = S_calculada + (S_calculada * 30%)

DATOS: Potencia (p) máxima consumida por la fuente

Datos P=p y φ = 0.82 (desconocida, se aplica un 82% de eficiencia por ser la peor encontrada φ =0.82).
Resulta:

S_calculada= p/0.82 VA
Estimación de aumento del consumo en un 30% por parte de los periféricos; S_estimada= S_calculada * 1.30
S_estimada será la potencia a partir de la cual podemos buscar un SAI.

Ejemplo típico: Cálculo de la Potencia Aparente utilizada si un computador consume una Potencia máxima de 500W, tenemos:

Datos V=230V, P=500 W y φ = 0.82 (desconocida, se aplica un 82% de eficiencia por ser la peor encontrada φ =0.82). .
Resulta:

S_calculada= P / 0.82 VA.
S_calculada= 500 / 0.82 VA = 609.76 VA
S_estimada= 609.76 * 1.30;
S_estimada= 792,68 VA

Si hubiesen SAI de 700VA, 1000 VA y 1200 VA. La elección sería el SAI con 1000 VA pues es el siguiente por encima del valor mínimo (792.68 VA)

DATOS: Intensidad de la fuente de alimentación (I)

Datos I=i, V=230V
Resulta:

S_calculada= i * 230 VA
Estimación de aumento del consumo en un 30% por parte de los periféricos; S_estimada= S_calculada * 1.30
S_estimada será la potencia a partir de la cual podemos buscar un SAI.

Ejemplo típico: Cálculo de la Potencia Aparente utilizada si un computador consume una intensidad máxima de 2,173 A, tenemos:

Datos: I=2,173A, V=230V
Resulta:

S_calculada=i * 230 VA
S_calculada=2,173 * 230 = 500 VA.
S_estimada= 500 * 1.30
S_estimada= 650 VA

Si hubiesen SAI de 700VA, 1000 VA y 1200 VA. La elección sería el SAI con 700 VA pues es el siguiente por encima del valor mínimo (650 VA)

DATOS: Potencia (p) máxima consumida por la fuente Y su eficiencia (%)

Datos P=p y φ = f % / 100.
Resulta:

S_calculada= p/ φ VA
Estimación de aumento del consumo en un 30% por parte de los periféricos; S_estimada= S_calculada * 1.30
S_estimada será la potencia a partir de la cual podemos buscar un SAI.

Ejemplo típico: Cálculo de la Potencia Aparente utilizada si un computador consume una Potencia máxima de 1000 W (SilverStone SX1000 SFX-L), tenemos:

Datos P=550W y φ = 89% / 100 = 0.89 (89% de eficiencia ).
Resulta:

S_calculada= P / φ VA
S_calculada= 1000 / 0,89 VA = 1124 VA
S_estimada= 1124 * 1.30
S_estimada= 1461 VA

Si hubiesen SAI de 700VA, 1200 VA y 1500 VA. La elección sería el SAI con 1500 VA pues es el siguiente por encima del valor mínimo (1461 VA)