Eligiendo el mejor sistema de alimentación ininterrumpida para su centro de datos

Cuando se trata de adquirir el sistema de alimentación ininterrumpida (SAI o más conocido por sus siglas en inglés, UPS) adecuado para su centro de datos, el tamaño importa. Este artículo explica cómo planificar el tamaño y la capacidad del UPS.

Niña 1: "¡El UPS de mi papá es más grande que el del tuyo!”
Niña 2: "¡Pero el de mi papá tiene más kVA por kilovatio!”

Esta imaginaria discusión entre niñas(os) es indicativa de la confusión que, desde hace tiempo, rodea la forma de medir el UPS. Y se ha convertido en algo tan habitual sobredimensionar estos sistemas que se da por hecho que “cuanto más grande, mejor”. Pero, ¿cuál debería ser el tamaño del UPS?  ¿Qué significado tienen en realidad esas clasificaciones? Explicaré porqué el padre de  la niña 1 es posible que esté desperdiciando electricidad y por qué la respuesta de la niña 2 es, en realidad, una negativa. Si alguna vez se ha sentido confundido por su UPS, piense que no está solo.
Antes que nada, es preciso entender la terminología.
Voltios (V) x amperes (A) = voltiamperio, o VA. (En un momentito les hablo de los vatios).
Por tanto, 480 V x 250 A = 120.000 VA.
Es una cifra importante, así que la dividimos entre 1.000 y obtenemos 120 kilovoltio-amperios, o 120 kVA.
En mi artículo sobre el cálculo de la carga de potencia del centro de datos, decía que con corriente alterna (AC), VA no equivale a vatio, pero no explicaba por qué. También decía que, con los servidores actuales, probablemente el error era irrelevante. Pero para los valores de UPS, la diferencia sí importa. Veamos la razón.

En corriente AC, la fórmula completa sería la siguiente:

Vatios = voltios x amperios x factor de potencia, o W = V x A x fp.

El factor de potencia se define como la relación entre la “potencia real” y la “potencia aparente”, pero este no es un artículo de ingeniería, así que no diré más sobre este tema. Los vatios representan la potencia real o activa y los voltiamperios la potencia aparente, por lo que VA representa, obviamente, algo misterioso. Pero lo que les importa a los centros de datos actuales son los vatios, así que dejaremos que el misterio continúe.
Lo que sí es necesario entender es que esta cosa llamada factor de potencia raramente tiene valor 1.0, excepto en el caso de bombillas incandescentes, calentadores y tostadoras. Normalmente es menor que 1.0 y nunca superior. Por tanto, los vatios son normalmente menos que los voltiamperios. Ahora, volvamos a esos servidores que hoy en día tienen factores de potencia entre 0.95 y 0.99.

120 V x 3.0 A = 360 VA x 0.95 fp = 342 W

La diferencia entre VA y vatios es pequeña. Con un buen factor de potencia es incluso menor; de ahí que dijéramos arriba que el error no es excesivamente importante a menos que usted tenga mucho hardware que alimentar.
Por otra parte, la mayoría de los sistemas UPS se venden en función del valor de kVA, aunque durante años han sido diseñados con factores de potencia de 0.8. Así, un UPS de 100 kVA con un fp de 0.8 puede suministrar 80 kW de potencia real. Si creyésemos que son lo mismo, eventualmente nos encontraríamos con un déficit de alimentación de 20.000 W. Esa es una de las razones por las que mucha gente se sorprende cuando se dan cuenta de que su UPS muestra “98% de capacidad” pero su rating de kVA queda muy lejos del que compraron. Regla: Si el factor de potencia de su UPS es menor que el factor de potencia de su hardware de computación, su capacidad de UPS real vendrá determinada por el valor en kW, no en kVA.
Como los factores de potencia han mejorado, muchos UPS se diseñan ahora con un factor de potencia de 0.9, por lo que un UPS de 100 kVA tendrá 90 kW de capacidad. Hay al menos un fabricante que diseña para lograr la unidad, es decir, un factor de potencia de 1.0. Esto significa que los valores kW y kVA son iguales. (Con ese UPS, el límite de carga se expresa en kVA y no kW, porque el equipo de su computadora no es perfecto. En otras palabras, un UPS de 100 kW/100 kVA alcanzará su límite, probablemente, alrededor de los 95 kW). No vamos a platicar de los UPS pequeños con factores de potencia cercanos a 0.7 porque vienen especificados en vatios, así que usted se dará cuenta.

Cómo calcular la capacidad de su sistema de alimentación ininterrumpida

Una vez que conocemos los valores en kilovatios y kVA podemos calcular el tamaño de nuestro UPS. Previamente mostramos cómo calcular la carga real en vatios y explicamos porqué la potencia del centro de datos a menudo se calcula entre un 40% y 60% más alta. Ahora le mostraremos cómo calcular correctamente el UPS de su centro de datos. Empiece con la carga real estimada en el Día Uno medida en kilovatios y luego añada un margen. Una buena regla de estimación suele ser 125% (80% de carga). Y luego seleccione el siguiente tamaño estándar de UPS. Eso le proporcionará cierto margen de crecimiento, así como capacidad para instalar sistemas paralelos durante una mejora.  
Esto servirá durante un tiempo, pero no cubre el largo plazo. También necesitamos crear capacidad hasta la carga máxima que hayamos calculado pero sin sobredimensionar los sistemas anticipadamente. Con cargas bajas los UPS pierden más energía en forma de calor y son, en general, más eficientes cuando operan cerca de sus capacidades catalogadas. Los niveles de eficiencia varían ampliamente, pero muchos UPS de conversión doble están a 90-95% con cargas de 80-100%  y luego bajan. Actualmente, existen sistemas de alta eficiencia que alcanzan hasta el 98%, aunque a menudo emplean tecnologías diferentes a las que estamos acostumbrados. Por tanto, para obtener una eficiencia real quizás tengamos que pensar las cosas de forma distinta. Pero veamos las eficiencias de sistemas más convencionales como la norma de la industria.
89% con carga de 50%;
88% con carga de 40%;
86% con carga de 30%;
82% con carga de 20%.
Esto supone perder energía 24/7/365, lo que exige, a su vez, más energía para refrigerar.
Una buena opción hoy en día consiste en adquirir uno de los sistemas modulares o habilitados de forma incremental. Estos sistemas permiten prepararse para la capacidad máxima de crecimiento pero proporcionan sólo la capacidad que se necesita inicialmente. Con los sistemas modulares usted puede añadir capacidad UPS según la vaya necesitando. Los sistemas habilitados de forma incremental brindan el mismo resultado final; se entregan con la capacidad adicional instalada pero inhabilitada. Se activa mediante un hardware o software cuando usted está listo para hacer uso de ella. Todos estos sistemas crecen de manera distinta, pero los principios son los mismos: añada capacidad y pague por ella cuando la necesite. Lógicamente, esta flexibilidad tiene un costo de partida, pero nos evitamos una importante inversión de capital inicial y ahorramos energía, lo que probablemente supone un buen retorno a la inversión. Veamos por qué.
Un 1% de pérdida de eficiencia en un UPS de 100 kW son 1.000 W o 24 kilovatios-hora (kWh) todos los días de todos los años.
1% x 100 kW = 8.760 kWh/año = $876 @ $0,10 y $1.226 @ $0,14 por kWh
1% x 500 kW = 43.800 kWh/año = $4.380 @ $0,10 y $6.132 @ $0,14 por kWh
1% x 1.000 kW = 87.600 kWh/año = $8.760 @ $0,10 y $12.264 @ $0,14 por kWh
Un 5% de pérdida de eficiencia es aún más dramático; por eso es tan importante calcular bien el tamaño de los UPS, especialmente los redundantes. Asumamos un UPS de 100 kW y analicemos la eficiencia con una redundancia de N+1 y 2N en dos módulos o escalas de incremento diferentes.
Con módulos de 50 kW, N+1 nos ofrece, en realidad, un sistema de 150 kW con 100 kW de capacidad utilizable. (Si falla cualquiera de los tres módulos, los otros dos siguen soportando el sistema). Ochenta por ciento de 100 kW es 80 kW, lo que significa sólo el 53% de la capacidad real de 150 kW. Hemos perdido menos del 1% de eficiencia; no está mal, pero los sistemas muchas veces funcionan muy por debajo de este nivel.
Con módulos de 10 kW, N+1 es un sistema de 110 kW, pero seguimos con 100 kW de capacidad utilizable. (Si falla cualquiera de los 11 módulos, los otros 10 siguen manteniendo el sistema.) Ochenta por ciento de 100 kW es 80 kW, lo que significa sólo el 73% de la capacidad real de 110 kW. Estamos otra vez en niveles de máxima eficiencia, aunque con niveles de uso menores.

2N son sólo dos sistemas de 100 kW, independientemente del tamaño o configuración del módulo, cada uno de los cuales funciona sólo al 50% de la carga de 80 kW. (Si uno de los dos falla, el otro asume la carga completa). Cuarenta kilovatios representan sólo el 40% de la capacidad diseñada, lo que nos lleva a la franja baja de eficiencia y por debajo de ésta las pérdidas aumentan con rapidez. Es por esto que un diseño verde exige tener en cuenta el nivel de redundancia que realmente necesitamos.

Por tanto, para calcular correctamente el tamaño del UPS, usted necesita:

• Tener estimaciones realistas
• Contar con un margen incremental razonable y capacidad de ampliación a corto plazo
• Conocer los valores en kilovatios y kVA
• Adquirir con la capacidad de crecer a largo plazo pero de activar sólo lo que necesita
• Evaluar cuidadosamente el nivel de redundancia que necesita realmente
• Comprobar las eficiencias al nivel de carga en el que usted estará operando
• Estudiar cuidadosamente las diversas opciones de UPS en el mercado.

Le sorprenderá la diferencia que supone tomar una decisión cuidadosa.

ACERCA DEL AUTOR: Robert McFarlane lleva más de 30 años como consultor del sector de la comunicación y tiene experiencia en todos los segmentos de la industria. McFarlane fue pionero en el terreno del diseño de cableados y uno de los principales expertos en diseño de centros de datos y salas de operación bursátil. Actualmente, es presidente de la División Financiera Interport de la firma neoyorquina Shen Milsom & Wilke Inc. y experto en materias relacionadas con el suministro de energía a centros de datos.