¿Qué es un SAI en un sistema informático?

CONSEJOS: Un SAI (sistema de alimentación ininterrumpida) en un sistema informático proporciona energía de reserva cuando se produce un corte en la red eléctrica. Protege los ordenadores de sobremesa, los servidores y las estaciones de trabajo frente a la pérdida de datos. Esta guía explica las topologías de los SAI, los métodos de dimensionamiento y las opciones de baterías de reserva.

Ⅰ. ¿Qué es un SAI en un sistema informático?

1. Definición directa

Un SAI (sistema de alimentación ininterrumpida) en un sistema informático es un aparato eléctrico. Proporciona alimentación de emergencia a los equipos informáticos. Se activa cuando se produce un corte en el suministro eléctrico o este se vuelve inestable.

2. Por qué los ordenadores necesitan un SAI

Los ordenadores procesan los datos en memoria volátil. Un corte repentino de corriente destruye el trabajo que no se haya guardado. Además, daña los sistemas de archivos y el hardware. Un SAI cubre el lapso de tiempo durante el corte de corriente. Permite apagados seguros y protege contra anomalías eléctricas.

El NIST define un SAI como un sistema que proporciona energía alternativa tras la pérdida de la fuente principal. El IEEE clasifica los sistemas SAI como infraestructura crítica de protección de la alimentación eléctrica para centros de datos, el sector sanitario y los controles industriales. Estas normas confirman que un SAI no es simplemente una batería, sino una plataforma integral de gestión de la energía.

Ⅱ. Cómo funciona un SAI en un sistema informático

1. Modo de funcionamiento normal

En condiciones normales, el SAI supervisa la alimentación de CA entrante. Dependiendo de la topología, puede transmitir la corriente de la red eléctrica directamente al ordenador. También puede convertir la corriente mediante rectificadores e inversores. La batería se recarga continuamente durante esta fase.

El rectificador convierte la corriente alterna de entrada en corriente continua. Este bus de corriente continua alimenta al inversor. Además, mantiene la batería a plena carga. A continuación, el inversor vuelve a convertir la corriente continua en corriente alterna limpia. Esta ruta de doble conversión define UPS en línea arquitectura.

2. Respuesta ante un corte de suministro eléctrico

Cuando el SAI detecta un corte de corriente, su sistema de control reacciona al instante. La respuesta concreta depende de la topología.

Un SAI en modo de espera transfiere la carga a su inversor. Esto tarda entre 2 y 10 milisegundos. Un SAI interactivo realiza una transferencia similar. Tarda entre 2 y 4 milisegundos. Un SAI en línea de doble conversión no necesita transferencia alguna. El inversor ya alimenta la carga.

La batería suministra energía de corriente continua al bus. El inversor convierte esta energía en corriente alterna. El ordenador sigue funcionando sin interrupciones. Cuando se restablece el suministro eléctrico de la red, el SAI vuelve al modo normal. El cargador recarga la batería.

3. Protección de la calidad de la energía

Un SAI protege los ordenadores no solo de los cortes de corriente, sino también de las caídas de tensión, las sobretensiones y el ruido eléctrico.

Los sistemas SAI de tipo «line-interactive» utilizan regulación automática de tensión. Corrigen las subtenciones y sobretensiones sin agotar la batería. Los sistemas SAI de tipo «online» regeneran la salida de forma continua. Aíslan los ordenadores de todas las perturbaciones de la red eléctrica.

En función de las características de la carga, los requisitos de calidad de la energía varían. Los servidores exigen límites estrictos de THD, por debajo del 5 %. Los ordenadores para videojuegos necesitan una tensión estable para las GPU de alta potencia. Los ordenadores de sobremesa de oficina toleran fluctuaciones moderadas. La topología del SAI debe adaptarse a la aplicación.

Ⅲ. Topologías de los SAI en los sistemas informáticos

1. SAI de reserva (fuera de línea)

Un SAI en modo de espera suele alimentar el ordenador desde la red eléctrica. El inversor permanece inactivo. La batería se recarga lentamente durante el funcionamiento normal.

Cuando se produce un corte de corriente, un relé conmuta la carga al inversor. Esta transferencia tarda entre 2 y 10 milisegundos. La topología es adecuada para ordenadores domésticos básicos. No ofrece regulación de tensión durante el funcionamiento normal.

Las unidades en modo de espera alcanzan una eficiencia del 95 al 98 por ciento. Son más baratas que otros tipos. Sin embargo, ofrecen un acondicionamiento de la corriente mínimo. Los equipos sensibles pueden sufrir breves interrupciones.

Estas unidades suelen tener una potencia de entre 400 y 1000 VA. Protegen ordenadores de sobremesa individuales y routers. No las utilices para servidores ni para ordenadores para videojuegos con fuentes de alimentación con PFC activo.

2. SAI interactivo

Un SAI de línea interactiva incorpora una función automática regulador de tensión. Utiliza un transformador multitoma. El AVR corrige las situaciones de subtensión y sobretensión.

Cuando se produce un fallo en la red eléctrica, el inversor asume la carga. El tiempo de transferencia oscila entre 2 y 4 milisegundos. Esta topología ofrece un equilibrio entre protección y coste. La eficiencia suele situarse entre el 90 y el 96 por ciento.

Los sistemas SAI de línea interactiva son adecuados para oficinas pequeñas. Protegen los equipos de red y las estaciones de trabajo. No aíslan las cargas de la red eléctrica. La deriva de frecuencia y el ruido intenso pasan a través de ellos.

La mayoría de los usuarios de ordenadores eligen esta topología. Soporta las fluctuaciones de tensión habituales en las zonas residenciales. Además, proporciona una tiempo de respaldo para un apagado seguro. Los modelos van desde los 600 VA hasta los 3000 VA.

3. SAI de doble conversión en línea

Un SAI en línea convierte continuamente la corriente alterna en corriente continua y, a su vez, de nuevo en corriente alterna. El rectificador carga la batería. El inversor alimenta la carga en todo momento.

Esta arquitectura ofrece un tiempo de transferencia nulo. Proporciona un aislamiento total frente a las anomalías de la red eléctrica. La regulación de tensión se mantiene dentro de un margen de más o menos el 1 %. La distorsión armónica total (THD) de la salida se mantiene por debajo del 3 %.

Los sistemas SAI en línea son adecuados para servidores críticos. Protegen los equipos de los centros de datos. También se utilizan en ordenadores médicos e industriales. La contrapartida es un coste más elevado y una eficiencia ligeramente inferior.

Los diseños modernos sin transformador mejoran la eficiencia. Algunas unidades alcanzan entre el 96 % y el 99 % en modo ecológico. Utilizan tecnología IGBT o MOSFET de SiC. Estos avances reducen los costes de funcionamiento en grandes implantaciones.

4. Clasificación según la norma IEC 62040-3

La norma IEC 62040-3 clasifica los sistemas SAI en función de su dependencia de la tensión y la frecuencia. Esta norma ayuda a los ingenieros a seleccionar la topología adecuada.

VFD significa «dependiente de la tensión y la frecuencia». Los SAI de reserva pertenecen a esta clase. VI significa «independiente de la tensión». Los SAI interactivos de línea pertenecen a esta clase. VFI significa «independiente de la tensión y la frecuencia». Los SAI en línea de doble conversión pertenecen a esta clase.

Los sistemas VFI ofrecen el máximo nivel de protección. Regeneran la tensión y la frecuencia de salida de forma independiente. Esto los convierte en la solución ideal para sistemas informáticos de misión crítica.

5. Comparación de topologías informáticas

Esta comparación es de carácter conceptual. El rendimiento real varía según el fabricante. Comprueba siempre las especificaciones con los informes de ensayo de la norma IEC 62040-3.

Ⅳ. Componentes clave de un SAI para ordenadores

1. Rectificador y cargador

El rectificador convierte la corriente alterna de entrada en corriente continua. Alimenta el bus de corriente continua durante el funcionamiento normal. Además, carga la batería. Los rectificadores modernos utilizan factor de potencia corrección. Esto reduce la distorsión armónica en el lado de entrada.

2. Sistema de baterías

La batería almacena energía para los cortes de suministro. Las baterías de plomo-ácido VRLA siguen siendo habituales. Tienen una vida útil de entre 3 y 5 años en condiciones normales. Las baterías de iones de litio ganan cuota de mercado. Tienen una vida útil de entre 8 y 15 años.

La elección de la batería depende de varios factores. Entre ellos se incluyen la autonomía necesaria, la tasa de descarga, la temperatura ambiente y la estrategia de mantenimiento. Las baterías de iones de litio ofrecen una mayor densidad energética. Además, toleran rangos de temperatura más amplios.

3. Inversor

El inversor convierte la corriente continua en corriente alterna. Determina la tensión de salida, la frecuencia y la calidad de la forma de onda. Los inversores de alta calidad producen una onda sinusoidal pura. Esto es esencial para las fuentes de alimentación con PFC activo.

Los inversores de onda sinusoidal simulada utilizan aproximaciones por pasos. Pueden provocar apagones o sobrecalentamiento en ordenadores sensibles. La mayoría de los ordenadores de sobremesa modernos y todos los servidores requieren una onda sinusoidal pura.

4. Interruptor de derivación estático

El bypass estático proporciona una ruta de alimentación alternativa. Se activa en caso de fallos o sobrecargas del SAI. Además, permite realizar tareas de mantenimiento sin interrumpir la alimentación de la carga. Este componente es fundamental para garantizar la disponibilidad en los centros de datos.

5. Sistema de control y supervisión

Los sistemas UPS modernos incorporan sistemas de control digital. Estos supervisan la tensión de entrada, la tensión de salida, el nivel de carga y el estado de la batería. Además, cuentan con puertos de comunicación. Los puertos USB, RS-232 y SNMP permiten monitorización remota.

Ⅴ. Análisis de la carga informática y dimensionamiento del SAI

1. Consumo energético típico según el tipo de ordenador

Para calcular correctamente la potencia necesaria, hay que empezar por hacer un inventario de la carga. Mide todos los dispositivos conectados al SAI.

Los ordenadores de sobremesa de oficina consumen entre 80 y 200 vatios. Los ordenadores para videojuegos consumen entre 250 y 450 vatios. Los ordenadores «todo en uno» consumen entre 50 y 120 vatios. Los monitores añaden entre 25 y 80 vatios, dependiendo de su tamaño. Los routers Wi-Fi consumen entre 10 y 25 vatios. Los dispositivos NAS consumen entre 20 y 60 vatios.

Comprueba siempre los valores nominales que figuran en la placa de características. Estos indican el consumo máximo posible. El consumo real suele ser inferior. Utiliza un medidor de potencia enchufable para obtener una medición precisa.

2. VA frente a vatios y factor de potencia

Los sistemas SAI tienen dos valores nominales. Los VA miden la potencia aparente. Los vatios miden la potencia real. La relación entre ambos viene determinada por el factor de potencia.

La fórmula es sencilla. La tensión aparente (VA) es igual a los vatios divididos por el factor de potencia. Las fuentes de alimentación modernas de los ordenadores alcanzan factores de potencia de entre 0,90 y 0,99. Los equipos más antiguos pueden presentar factores de potencia tan bajos como 0,70.

Un SAI debe cumplir ambos valores nominales. Una carga puede superar la potencia nominal en vatios sin superar el límite de VA. Los ingenieros deben comprobar ambos valores durante la selección.

3. Metodología para el cálculo de las dimensiones

Sigue estos pasos para calcular la potencia necesaria de un SAI para ordenadores. En primer lugar, haz un inventario de todos los equipos que se van a proteger. Anota la potencia en vatios de cada dispositivo. Suma la carga total en vatios.

En segundo lugar, convierte los vatios a VA. Divide el total de vatios por el factor de potencia de la carga. Si se desconoce, utiliza 0,90 para los equipos modernos.

En tercer lugar, aplica un margen de crecimiento. Añade entre un 20 y un 25 por ciento para la expansión futura.

En cuarto lugar, aplica un margen de carga. Diseña el sistema para el 70-80 % de la capacidad nominal del SAI. De este modo, se deja un margen para las corrientes de arranque.

En quinto lugar, selecciona la siguiente norma Tamaño del SAI. Comprueba que los valores nominales en VA y vatios se ajusten a la carga que has calculado.

4. Ejemplo de hoja de cálculo para el cálculo de tallas

Este ejemplo ilustra el método. Los requisitos reales dependen del equipo concreto.

Ⅵ. Tecnología de las baterías y autonomía

1. Baterías VRLA frente a baterías de iones de litio

Las baterías de plomo-ácido VRLA tienen un coste inicial menor. Duran entre 3 y 5 años. Son sensibles a temperaturas superiores a los 30 grados centígrados.

Las baterías de iones de litio ofrecen una mayor densidad energética. Tienen una vida útil de entre 8 y 15 años. Se cargan más rápido y soportan rangos de temperatura más amplios. Su coste inicial es entre 2 y 3 veces mayor. Sin embargo, el coste total de propiedad suele favorecer a las de iones de litio en instalaciones a largo plazo.

2. Cálculo del tiempo de ejecución

El tiempo de ejecución depende de capacidad de la batería y la carga. La fórmula básica ofrece una estimación teórica. Multiplica la tensión de la batería por los amperios-hora. A continuación, multiplícalo por la eficiencia del SAI. Divídelo por la potencia de la carga.

El tiempo de ejecución real difiere del teórico. Capacidad de la batería disminuye a altas intensidades de descarga. La temperatura influye en las velocidades de reacción química. El envejecimiento reduce la capacidad disponible con el paso del tiempo.

Los fabricantes publican gráficos de descarga a potencia constante. Los ingenieros deben utilizarlos para la selección definitiva. La fórmula teórica solo sirve para realizar estimaciones preliminares.

3. Comparación de tecnologías de baterías

Ⅶ. Forma de onda de salida y compatibilidad con ordenadores

1. Onda sinusoidal pura frente a onda sinusoidal simulada

Los inversores de los SAI producen diferentes potencias de salida formas de onda. La onda sinusoidal pura coincide exactamente con la red eléctrica. La onda sinusoidal simulada utiliza aproximaciones por pasos.

Los ordenadores modernos utilizan fuentes de alimentación con corrección del factor de potencia (PFC) activa. Estas requieren una entrada de onda sinusoidal pura. Una onda simulada puede provocar apagones. También puede provocar sobrecalentamiento o un ruido anómalo en el ventilador.

Eaton considera que la onda sinusoidal pura es esencial para los servidores con función de corrección del factor de potencia (PFC). La forma de onda uniforme mantiene la distorsión armónica por debajo del 5 %. Las ondas simuladas plantean riesgos de incompatibilidad para los componentes electrónicos sensibles.

2. Compatibilidad según el tipo de ordenador

Los sistemas SAI de onda sinusoidal pura son aptos para todo tipo de ordenadores. Funcionan con ordenadores para videojuegos, estaciones de trabajo y servidores. Eliminan las interferencias electromagnéticas que alteran la transferencia de datos.

Las unidades de onda sinusoidal simulada son suficientes para los routers básicos. También alimentan ordenadores de sobremesa sin PFC. Sin embargo, pueden dañar las fuentes de alimentación con PFC activo. La diferencia de precio se ha reducido. La mayoría de los usuarios de ordenadores deberían optar por la onda sinusoidal pura.

Los ordenadores para videojuegos con tarjetas gráficas de alta potencia necesitan una onda sinusoidal pura. La fuente de alimentación consume una elevada corriente de arranque. Las formas de onda simuladas no pueden satisfacer esta demanda.

Ⅷ. SAI frente a estabilizador de tensión en los sistemas informáticos

1. Diferencias fundamentales

Un SAI proporciona energía de reserva durante los cortes de luz. Una tensión estabilizador Solo regula la tensión. No puede alimentar los equipos durante los cortes de suministro.

Un SAI puede incluir regulación de tensión. Esta capacidad depende de la topología. Las unidades de tipo «line-interactive» y «online» ofrecen esta función. Las unidades de «standby» no la ofrecen.

2. Cuándo utilizar cada dispositivo

Los ordenadores situados en zonas con cortes de luz frecuentes necesitan un SAI. La alimentación de emergencia evita la pérdida de datos. Además, permite apagar el equipo de forma segura.

Los ordenadores situados en zonas con un suministro eléctrico estable pero con fuertes fluctuaciones de tensión pueden necesitar un estabilizador. Sin embargo, la mayoría de los usuarios se benefician más de un SAI. La función de respaldo aborda el riesgo más crítico.

En algunas instalaciones se utilizan ambos dispositivos. El estabilizador se coloca en la parte de entrada. El SAI se coloca en la parte de salida. Esto amplía Batería del SAI vida útil al reducir la tensión eléctrica.

Ⅸ. Cómo elegir el SAI adecuado para tu sistema informático

1. Ordenadores para el hogar y de sobremesa

Los equipos de oficina en casa suelen consumir entre 200 y 400 vatios. Un SAI de línea interactivo de entre 600 y 1000 VA es adecuado para la mayoría de los usuarios. Ofrece una autonomía de entre 10 y 30 minutos.

Elige una salida de onda sinusoidal pura para los ordenadores de sobremesa modernos. Comprueba que el SAI disponga de suficientes tomas de corriente con batería de respaldo. Conecta los monitores y los routers a los puertos protegidos. Deja las impresoras láser conectadas a tomas de corriente que solo protejan contra sobretensiones.

2. Ordenadores para videojuegos y estaciones de trabajo

Los ordenadores para videojuegos requieren más potencia. Los equipos de gama media consumen entre 400 y 550 vatios. Los de gama alta pueden superar los 600 vatios.

Selecciona un SAI de línea interactivo o en línea de entre 1.000 y 1.500 VA. La onda sinusoidal pura es obligatoria para las fuentes de alimentación con PFC activo. La autonomía a plena carga puede reducirse a entre 5 y 15 minutos.

3. Servidores y equipos de centros de datos

Los servidores requieren sistemas SAI de doble conversión en línea. Estas unidades proporcionan un aislamiento total. Además, garantizan una regulación precisa de la tensión.

Dimensiona el SAI utilizando los valores nominales tanto en kW como en kVA. Aplica una redundancia N+1 para las aplicaciones críticas. Coordina el tiempo de autonomía con las secuencias de arranque del generador.

Ⅹ. Normas y cumplimiento

1. Serie IEC 62040

La norma IEC 62040-1 aborda los requisitos de seguridad de los SAI. Abarca la prevención de riesgos y las normas de construcción. La norma IEC 62040-3 define el rendimiento y los métodos de ensayo. Clasifica las topologías como VFD, VI o VFI.

El cumplimiento de las normas garantiza un rendimiento verificado. Asegura los tiempos de transferencia, la regulación de tensión y los límites de THD. Los compradores deben solicitar los informes de ensayo a los fabricantes.

2. UL 1778 y certificaciones regionales

La norma UL 1778 establece el marco de seguridad para los sistemas SAI en Norteamérica. El marcado CE se aplica a los mercados europeos. Exige el cumplimiento de la Directiva sobre baja tensión.

Comprueba siempre las marcas de certificación antes de la compra. Es posible que los aparatos no certificados carezcan de la protección adecuada. Además, pueden incumplir la normativa eléctrica local.

Ⅺ. Conclusión

Un SAI (sistema de alimentación ininterrumpida) es un componente esencial de la infraestructura de un sistema informático. Protege contra cortes de suministro, caídas de tensión, picos de tensión y ruido. La topología adecuada depende del grado de criticidad de la carga. Las unidades en modo de espera son adecuadas para un uso doméstico básico. Los modelos interactivos de línea ofrecen un equilibrio entre coste y protección. Los sistemas en línea de doble conversión están destinados a servidores de misión crítica.

Para determinar el tamaño adecuado es necesario medir con precisión la carga. Convierte los vatios a VA utilizando el factor de potencia. Aplica márgenes de crecimiento y de carga. Selecciona una salida de onda sinusoidal pura para los ordenadores modernos. Elige baterías VRLA o de iones de litio en función de los requisitos de autonomía y presupuesto.

Considera el SAI como parte de una arquitectura eléctrica más amplia. Coordínalo con los dispositivos de protección contra sobretensiones, la puesta a tierra y los generadores. Este enfoque garantiza la fiabilidad a largo plazo de tu sistema informático.

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Fuentes de referencia

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