El Sistema de Alimentación Ininterrumpida del equipo microinformático

Escrito por Rafa Morales el 19 Febrero 2021
El Sistema de Alimentación Ininterrumpida del equipo microinformático

El SAI - Sistema de Alimentación Ininterrumpida (UPS - Uninterruptible Power Supply) es un dispositivo que se encarga de solucionar algunos defectos de la corriente eléctrica alterna de entrada, para que la corriente eléctrica alterna de salida posea la máxima calidad posible.

El SAI siempre se utiliza para solucionar los cortes totales de energía eléctrica mediante el uso de baterías, pero según el tipo de SAI, nos encontraremos que también pueden incluir reguladores de tensión para solucionar el resto de defectos que se pueden producir en la corriente eléctrica alterna.

 

Componentes internos

Los componentes internos más usuales del SAI son los siguientes.

 

Batería

Se denomina batería (battery), batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente acumulador, al dispositivo que almacena energía eléctrica usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad en forma de corriente continua.

Las baterías van a distinguirse unas de otras según las siguientes características:

  • Tecnología: Procedimiento electroquímico con el que proporciona la energía eléctrica (ácido, gel, litio, etc).
  • Tensión: Son los voltios que va a proporcionar (V).
  • Intensidad: Es la intensidad máxima que puede suministrar en un instante y se mide en amperios (A).
  • Capacidad: Es la energía que puede almacenar y se mide en amperios/hora (Ah) o miliamperios/hora (mAh), es decir, el número de amperios que puede proporcionar en una hora.

Las baterías las podemos acoplar entre ellas para aumentar sus características, suponiendo que son similares:

  • Acoplamiento en serie: El polo positivo de una batería se conecta con el negativo de la siguiente. La tensión resultante es la suma de las tensiones de cada batería, mientras que la capacidad es la misma que una de ellas.
  • Acoplamiento en paralelo: Se unen todos los polos positivos por un lado y todos los polos negativos por otro. La tensión resultante es la misma que la tensión de una de ellas, mientras que la capacidad resultante es la suma de la capacidad de cada una de ellas.

Acoplamiento en paralelo (izquierda) y en serie (derecha). Imagen de Coelectrix.

 

Inversor

El inversor (inverter) es el componente eléctrico que se encarga de transformar la corriente eléctrica alterna en continua y viceversa.

 

Interruptor de transferencia

El interruptor de transferencia (switch) se encarga de decidir qué corriente eléctrica es la se proporciona a la salida del SAI, si la corriente eléctrica alterna de entrada o la corriente eléctrica continua de las baterías.

 

Regulador de voltaje

El regulador de voltaje (voltage regulator) o regulador de tensión, se encarga de estabilizar el voltaje de la tensión, subiéndolo cuando es bajo (Boost) o bajándolo cuando es alto (Buck).

 

Carga

Cuando hablamos de la carga (load) de un SAI nos estamos refiriendo a la suma de las potencias aparentes (VA) de los dispositivos conectados a ese SAI y que puede soportar en funcionamiento (ordenador, monitor, router, etc.). No debemos confundir esta carga con la energía que almacenan las baterías del SAI.

La carga de un SAI se mide en VoltioAmperios (VA) o con el múltiplo kiloVoltioAmperios (kVA, se suele pronunciar "kavea").

También nos lo podemos encontrar expresado en VoltioAmperios Personal Computer (VApc) o VoltioAmperios Informáticos (VAi). Y se relacionan de la siguiente manera:

1 VApc = 1VAi = 1,6 x VA

Por tanto, la suma de las potencias aparentes de los dispositivos conectados al SAI nunca debe superar la carga máxima que soporta el SAI, ya que no podría alimentarlos a todos.

Como es lógico, a carga máxima las baterías del SAI se consumirán antes que si no usamos toda la carga que nos ofrecen las baterías.

No se debería utilizar nunca más del 75% de la carga de un SAI, dejando el restante 25% como porcentaje de crecimiento, es decir, el que necesita para cargar las baterías al mismo tiempo que se alimentan los dispositivos conectados. Por ejemplo, en un SAI de 10kVA (10.000VA) deberíamos utilizar solo 7.500VA como máximo.

A continuación mostramos algunos ejemplos de potencia aparente estimada de dispositivos eléctricos:

  • 1 equipo PC + Monitor = 300 VA
  • Portátil 15” = 120 VA
  • Portátil 9” = 80 VA

 

Autonomía

La autonomía de un SAI es el tiempo de duración del SAI en modo baterías (sin entrada de corriente eléctrica) y funcionando a carga máxima (con el máximo de equipos conectados a él).

Calcular la autonomía exacta de un SAI es relativamente imposible. No se puede decir un tiempo exacto porque siempre dependerá de varios valores, sin embargo, una cosa que esta clara y no depende de nada son las especificaciones de las baterías que lleva dentro, número de baterías, voltaje y amperios de cada una de ellas. Sabiendo las baterías que lleva un SAI si que podemos afirmar lo siguiente:

Autonomía SAI en minutos = (N * V * Ah * Efi * 60) / VA

Donde:

  • N = Número de baterías en el SAI.
  • V = Tensión de cada batería.
  • Ah = Capacidad de las baterías.
  • Efi = Eficiencia del SAI (por norma, suele oscilar entre el 90% y el 98% dependiendo del SAI).
  • VA = Carga máxima del SAI.

Teniendo en cuenta lo anterior, vamos a mostrar un ejemplo de un SAI Standby:

  • N = Número de baterías en el SAI = 2
  • V = Tensión de cada batería = 12V
  • Ah = Capacidad de las baterías = 9Ah
  • Eff = Eficiencia del SAI (por norma, suele oscilar entre el 90% y el 98% dependiendo del SAI) = 95%
  • VA = Carga máxima del SAI = 1000VA
Duración del SAI a carga máxima = (2 * 12 * 9 * 0,95 * 60) / 1000 = 12,31 min

Una vez que sabemos que dura 12,31 minutos, tenemos que entender que este tiempo es lo que duraría el SAI al 100% de su carga.

 

Modos de funcionamiento

Un SAI puede estar funcionando en alguno de los siguientes modos. Los más usuales son:

  • Modo normal (normal): El SAI recibe corriente eléctrica de entrada y con ella proporciona energía a las baterías y/o las cargas conectadas al SAI (dependiendo del tipo de SAI). Cuando las baterías están recibiendo energía se habla también de modo carga (charge).
  • Modo batería (battery): El SAI no recibe corriente eléctrica de entrada y es la energía almacenada en las baterías la que se proporciona a las cargas conectadas al SAI.
  • Modo derivación (by-pass): El SAI recibe corriente eléctrica de entrada que proporciona directamente a las cargas conectadas al SAI sin pasar por las baterías ni el inversor. Se utilizar para operaciones de mantenimiento de las baterías sin necesidad de apagar el SAI.

 

Tipos

Los SAI utilizan diferentes enfoques de diseño y todos ellos tienen características de rendimiento distintas. Los enfoques de diseño más habituales son los siguientes:

  • Offline o Standby.
  • Online Line-Interactive.
  • Online Doble Conversión.

 

SAI Offline o Standby

En este tipo de SAI, el interruptor de transferencia está configurado para utilizar la corriente eléctrica alterna de entrada ya filtrada como corriente eléctrica alterna de salida para las cargas. En caso de fallar la corriente eléctrica de entrada, el interruptor de transferencia activa la línea de las baterías y el inversor para suministrar corriente eléctrica alterna a las cargas desde las propias baterías. Por tanto, el inversor solamente se activa si se interrumpe el suministro eléctrico de entrada, de ahí el nombre "Standby" (en espera).

Las principales ventajas de este diseño son su gran eficacia, su reducido tamaño y su bajo coste. Pueden incluir filtro de ruidos y circuito de supresión de sobretensiones. Su inconveniente es que al haber un corte en el suministro eléctrico de entrada, puede tardar entre 2 y 10 milisegundos en comenzar a funcionar en modo batería, por lo que los equipos más sensibles se podrían ver afectados.

Es el tipo de SAI más utilizado en ambientes domésticos.

Están diseñados para una carga que no suele superar los 0,5kVA.

SAI Offline en modo normal (Imagen de Newsai)

SAI Offline en modo batería (Imagen de Newsai)

 

SAI Online Line-Interactive

Este tipo de SAI es similar al Offline, pero incluye un regulador de voltaje que hace que la tensión de la corriente eléctrica alterna de entrada se corrija, subiéndola o bajándola. De esta manera, al corregirse la tensión, no cambiaría su funcionamiento al modo batería aunque la tensión de entrada sea baja.

Su gran ventaja con respecto a los SAI Offline es que generan una corriente eléctrica alterna de salida de mayor calidad. Pero tiene el mismo inconveniente, es que al haber un corte en el suministro eléctrico de entrada, puede tardar entre 2 y 10 milisegundos en comenzar a funcionar en modo batería, por lo que los equipos más sensibles se podrían ver afectados.

Es el tipo de SAI más utilizado en pequeñas empresas, Internet y servidores.

Están diseñados para una carga entre los 0,5 y 5 kVA.

SAI Online Line-Interactive en modo normal (Imagen de Newsai)

 

SAI Online Doble Conversión

En este tipo de SAI la corriente eléctrica alterna de salida es siempre proporcionada por el inversor. Por tanto, la corriente eléctrica alterna de entrada carga las baterías y a continuación proporciona la energía de salida. Cuentan con el modo derivación (by-pass) para cortar la salida de corriente eléctrica desde el inversor y que salga directamente de la corriente eléctrica de entrada para cuando haya que realizar labores de mantenimiento en las baterías.

La principal ventaja es que ante un fallo de la corriente eléctrica de entrada no se provoca la activación del interruptor de transferencia. Su principal incoveniente es el excesivo desgaste de los componentes eléctricos y las baterías al estar en constante uso.

Es el tipo de SAI más utilizado en el ambiente empresarial para cuando se conectan grandes cargas.

Están diseñados para una carga superior a los 5 kVA.

SAI Online Doble Conversión en modo normal (Imagen de Newsai)

SAI Online Doble Conversión en modo batería (Imagen de Newsai)

SAI Online Doble Conversión en modo derivación (Imagen de Newsai)

 

Pantalla y botones de gestión

El SAI puede incluir una pequeña pantalla (display) con la información más importante del estado del mismo, por ejemplo, nivel de tensión, energía acumulada en las baterías, nivel de carga de dispositivos conectados, etc.

Además suelen traer botones (buttons) con los que encenderlo, apagarlo o cualquier otra posible acción.

 

Software de gestión

Los fabricantes de SAI suelen proporcionar un software que se dedica a monitorizar y administrar el SAI. Este software nos muestra información sobre el estado de las tensiones eléctricas, las baterías, las cargas conectadas, etc; además de permitir realizar acciones automatizadas como la de apagar el equipo ante un inminente apagado del SAI al vaciarse las baterías.

Esta comunicación se suele hacer mediante la interfaz USB o la interfaz del puerto serie, que conecta el SAI al equipo donde se instala el software de gestión.

 

Bibliografía