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White Paper Liderazgo de Pensamiento
Básicos para UPS Todo lo que siempre quiso saber acerca de los sistemas ininterrumpidos de energía pero temía preguntar.
Por Chris Loeffler, Gerente de Producto, BladeUPS y Soluciones para Data Center, Calidad de Distribución de Energía, y Ed Spears, Gerente de Producto, Soluciones de Calidad de Energía de Eaton, Eaton Corporation
Resumen ejecutivo Hacer un presupuesto, asegurar un suministro adecuado y encontrar maneras de utilizar menos electricidad son temas comunes de conversación entre los operadores de los centros de datos. Asegurarse de que la energía de la que despenden sus recursos de TI es confiable y limpia, tristemente, puede a veces ser un pensamiento secundario. En verdad, sin embargo, las variaciones, descargas y cortes de energía no solamente son inevitables sino que son más que capaces de dañar el valioso equipo de TI y poner un alto a la productividad. Es por eso que planear e implementar una sólida solución de protección de energía es algo absolutamente vital. Un sistema ininterrumpido de energía (UPS) es el componente central de cualquier arquitectura de protección de energía bien diseñada. Este white paper ofrece una visión general introductoria de lo que es un UPS y qué tipos de UPS están disponibles, así como una guía integral para seleccionar el UPS y accesorios adecuados para sus necesidades.
Tabla de contenidos ¿Por qué es importante la protección de energía? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ¿Qué es un UPS? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ¿Cuáles son los principales tipos de UPS? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Sistemas de conversión sencilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Sistema de doble conversión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Sistemas de modo múltiple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 ¿Cómo elijo el UPS adecuado para el trabajo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Topología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Monofásico versus trifásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Clasificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Formato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Características de disponibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Escalabilidad y modularidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Software y comunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Servicios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 ¿Qué accesorios del UPS necesito? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Almacenamiento de energía en el UPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Generador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Unidades de distribución de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Conclusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Acerca de Eaton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Acerca de los Autores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
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¿Por qué es importante la protección de energía? Ninguna empresa puede costear dejar sus activos de IT sin protección contra problemas de energía. Aquí hay algunas razones: •
Incluso los cortes pequeños pueden ser un problema. Perder energía incluso por un cuarto de segundo puede desencadenar eventos que pueden mantener el equipo de TI no disponible desde 15 minutos hasta muchas horas. Y el tiempo de inactividad es costoso. Algunos expertos calculan las pérdidas en la economía de los Estados Unidos entre $200 billones y $570 billones de dólares al año a causa de cortes de energía y otros problemas.
•
La energía utilitaria no es limpia. Por ley, la energía eléctrica puede variar tanto que ocasiona problemas significativos para el equipo de TI. De acuerdo con los estándares actuales de los Estados Unidos, el voltaje puede variar legalmente entre un 5.7% y un 8.3% bajo especificaciones absolutas. Esto significa que lo que los servicios utilitarios que prometen voltaje de 208 fases actualmente pueden estar en un rango entre 191 y 220 voltios.
•
La energía utilitaria no es confiable al 100%. En los Estados Unidos, de hecho, solamente es confiable en un 99.9%, lo cual se traduce a una probabilidad de nueve horas de cortes utilitarios cada año.
•
Los problemas y riesgos se están intensificando. Los sistemas de almacenamiento actuales, servidores y dispositivos de red utilizan componentes tan miniaturizados que tropiezan y fallan bajo condiciones de energía que los equipos anteriores soportaban fácilmente.
•
Los generadores y supresores contra descargas no son suficiente. Los generadores pueden mantener los sistemas en operación durante un corte utilitario, pero les toma tiempo encender y no proporcionan protección contra picos de energía y otros problemas eléctricos. Los supresores contra descargas ayudan contra los picos de energía pero no con problemas como condiciones de pérdida de energía, bajo voltaje y reducciones temporales del voltaje.
•
Actualmente la disponibilidad lo es todo. En algún momento TI jugó un papel de soporte en la empresa. En estos días es absolutamente algo central en la manera en que la mayoría de las empresas compiten y ganan. Cuando los sistemas de TI caen, los procesos centrales de producción rápidamente se detienen.
•
La disponibilidad lo es todo, pero los costos de energía deben ser administrados. El costo de la energía y enfriamiento ha caído fuera de control en espiral en los últimos años. Los administradores de los centros de datos normalmente se consideran responsables de alcanzar una alta disponibilidad al tiempo que reducen los costos de energía. Sistemas UPS altamente eficientes pueden ayudar con esta meta, y actualmente hay productos disponibles que hace unos años ni siquiera eran una opción.
¿Qué es un UPS? De manera sencilla, un UPS es un equipo que:
1. Proporciona energía de respaldo cuando falla la energía utilitaria, ya sea suficiente tiempo para que el equipo crítico se apague de manera ordenada y no se pierda información, o el tiempo necesario para mantener las cargas requeridas en operación hasta que un generador entre en línea. 2. Acondiciona la energía entrante para que los movimientos y descargas comunes no dañen el equipo electrónico sensible.
¿Cuáles son los principales tipos de UPS? Los UPS vienen en tres variedades principales, también conocidas como topologías:
Sistemas de conversión sencilla Bajo operación normal, estos alimentan la energía utilitaria AC entrante al equipo de TI. Si el suministro de entrada AC cae fuera de los límites predeterminados, el UPS utiliza su invertidor para jalar corriente de la batería, y también desconecta el suministro de entrada AC para prevenir retroalimentación del invertidor hacia el utilitario. El UPS se mantiene en energía de batería hasta que la entrada AC regresa a las tolerancias normales o la batería se queda sin energía, lo que suceda primero. Dos de los más populares diseños de conversión sencilla son en espera (standby) ó de línea interactiva:
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•
Los UPS en espera (standby) permiten al equipo de TI funcionar con energía utilitaria hasta que el UPS detecta un problema, y en ese momento conmuta hacia la energía de batería. Algunos diseños de UPS en espera incorporan transformadores u otros dispositivos para proporcionar condicionamiento limitado de energía también.
•
Los UPS de línea interactiva regulan el voltaje de entrada de la energía utilitaria hacia arriba o hacia abajo conforme sea necesario antes de permitirle pasar al equipo protegido. Sin embargo, al igual que los UPS en espera, utilizan la batería para proteger contra anormalidades de frecuencia.
FUENTE AC
INTERFAZ DE POTENCIA
CARGAS DE TI
INVERTIDOR
FLUJO NORMAL DE POTENCIA FLUJO DE POTENCIA DE ENERGIA ALMACENADA CARGADOR DE BATERIA
FLUJO DE POTENCIA DE RECARGA
ENLACE DC
BATERIA
Figura 1. Diseño interno de un UPS de línea interactiva.
Sistemas de doble conversión Como el nombre sugiere, estos dispositivos convierten la energía dos veces. Primero, un rectificador de entrada convierte la energía AC en DC y la alimenta a un invertidor de salida. El invertidor de salida procesa entonces la energía nuevamente a AC antes de enviarla al equipo de TI. Este proceso de doble conversión aísla las cargas críticas de la energía utilitaria cruda completamente, asegurando que el equipo de TI recibe solamente energía confiable y limpia. Bajo operación normal, un UPS de doble conversión procesa continuamente la energía dos veces. Si el suministro de entrada AC cae fuera de los límites predeterminados, sin embargo, el rectificador de entrada se apaga y el invertidor de salida comienza a jalar energía de la batería. El UPS continua utilizando energía de la batería hasta que la entrada AC regresa a las tolerancias normales o la batería se queda sin energía, lo que ocurra primero. En caso de una sobrecarga severa del invertidor, o una falla en el rectificador o el inversor, el camino de conmutación del bypass estático es activado rápidamente, para dar soporte a las cargas de salida.
Switch Estático
Enlace DC Salida AC
FUENTE AC
Rectificador/Cargador
Invertidor Batería
Flujo Normal de Potencia Flujo de Potencia de Energía Almacenada Flujo de Energía de Recarga Potencia Bypass de Emergencia
Figura 2. Diseño interno de un UPS de doble conversión.
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Sistemas de Modo Múltiple Estos combinan características tanto de tecnología de conversión sencilla como de doble conversión al tiempo que proporcionan mejoras sustanciales tanto en eficiencia como en confiabilidad: •
Bajo condiciones normales, el sistema opera en modo de línea interactiva, ahorrando energía y dinero al tiempo que mantiene el voltaje dentro de tolerancias seguras y resuelve anomalías comunes en la energía utilitaria.
•
Si la energía de entrada AC cae fuera de las tolerancias preestablecidas para modo de línea interactiva, el sistema cambia al modo de doble conversión, aislando totalmente al equipo TI de la fuente de entrada AC.
•
Si la energía de entrada AC cae fuera de las tolerancias del rectificador de doble conversión, o se apaga totalmente, el UPS utiliza la batería para mantener las cargas soportadas en funcionamiento. Cuando el generador entra en línea, el UPS cambia al modo de doble conversión hasta que la energía de entrada se estabiliza. Después hace la transición de regreso al modo de línea interactiva de alta eficiencia.
Los UPS de modo múltiple están diseñados para generar dinámicamente un balance entre eficiencia y protección. Bajo condiciones normales, proporcionan la máxima eficiencia. Cuando ocurren problemas, sin embargo, sacrifican automáticamente algo de eficiencia para ofrecer los máximos niveles de protección. El resultado final es que los centros de datos pueden ahorrar miles al año en energía sin comprometer el desempeño o la confiabilidad de los centros de datos. Para mayor información acerca de los UPS de modo múltiple, vea por favor dos white papers, "¿Cuál UPS es el adecuado para el Trabajo?" y "Maximizando la Disponibilidad del UPS" visitando www.eaton.com/pq/whitepapers. BYPASS DE MANTENIMIENTO
SWITCH ESTATICO CONVERTIDOR / CARGADOR DE BATERIA
INVERTIDOR
ENLACE DC FUENTE AC
CARGAS DE TI
FLUJO DE POTENCIA MODO NORMAL 1 FLUJO DE POTENCIA MODO NORMAL 2 FLUJO DE POTENCIA DE ENERGIA ALMACENADA BATERIA
FLUO DE ENERGIA DE RECARGA BYPASS DE MANTENIMIENTO
Figura 3. Diseño interno de un UPS de modo múltiple.
¿Cómo elijo el UPS adecuado para el trabajo? Para asegurarse de siempre tener el UPS correcto para sus necesidades, considere estos ocho puntos durante su proceso de selección:
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Topología La primera pregunta es si debe adquirir un UPS de conversión sencilla, de doble conversión o de modo múltiple. La respuesta depende en gran parte de qué tan importante es la eficiencia energética para su organización en lo que a protección se refiere. Los UPS de conversión sencilla son más eficientes que los equipos de doble conversión, pero ofrecen menos protección. Esto los hace adecuados para cargas con mayor tolerancia a fallas. De manera más específica, los UPS en espera (el tipo más básico de UPS de conversión sencilla) son generalmente la mejor opción para aplicaciones más pequeñas, como soluciones de escritorio y de punto de venta, mientras que los UPS de línea interactiva son mejores para aplicaciones de servidores pequeños, almacenamiento y red ubicados en instalaciones con acceso a energía AC utilitaria relativamente libre de problemas. Los UPS de doble conversión, los cuales ofrecen los mayores niveles de protección, son menos eficientes pero por lo general son la elección estándar para proteger sistemas de misión crítica. Los UPS de modo múltiple, aun cuando pueden ser más costosos que los sistemas de conversión sencilla o doble conversión, son la mejor elección para empresas que buscan alcanzar una combinación óptima de eficiencia y protección.
Monofásico versus trifásico Cuando el utilitario genera energía, es en el nivel trifásico. Este tipo de energía está disponible para casi todos los clientes comerciales e industriales, ya que típicamente son grandes consumidores de energía. La energía trifásica utiliza tres cables de "fase" diferente, los cuales permiten que llegue mayor energía a un solo punto o carga. La mayoría de los dueños de hogares cuentan solamente con energía monofásica, ya que los hogares son típicamente consumidores pequeños de energía. La energía monofásica llega ya sea a través de uno o dos cables de fase, los cuales se derivan del sistema utilitario trifásico utilizando transformadores. Los UPS monofásicos tienden a ser una opción sensible y económica para aplicaciones más pequeñas y sencillas con requerimientos bajos de kVA, los cuales se ven típicamente en el hogar, negocios pequeños y en oficinas remotas o satelitales donde la energía de cómputo es menor a 20,000 VA. Los UPS trifásicos son generalmente la elección preferida para aplicaciones con alto kVA, los cuales típicamente son más sofisticadas y tienen altas densidades de cómputo. Edificios grandes de muchos pisos, centros de datos e instalaciones industriales que requieren protección de procesos de alta energía son clientes típicos de los UPS trifásicos, ya que necesitan distribuir grandes cantidades de energía a través de distancias relativamente largas.
Estructura Básica del Sistema Eléctrico Código de Color: Azul: Transmisión Verde: Distribución Negro: Generación
Cliente de Subestación 26kV y 69kV
Líneas de Transmisión 500, 345, 230 y 138 kV
Transformador Escalonado de la Subestación
Cliente Primario 13kV y 4kV
Estación Generadora
Transformador Escalonado del Generador
Cliente de Transmisión 138kV o 230kV Cliente Secundario 120kV y 240kV
Figura 4. La energía trifásica es generada y distribuida a grandes clientes comerciales con clientes secundarios, como propietarios de viviendas, que solamente reciben energía monofásica.
Clasificación La clasificación de un UPS es la cantidad de carga, en voltio amperios (VA), que está diseñado para soportar. Los UPS están disponibles en clasificaciones tan bajas como 300 VA y tan altas como 5,000,000 VA o más. Utilice este procedimiento básico para calcular la clasificación de UPS que requiere su organización:
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1. Haga una lista de todo el equipo que su UPS protegerá. 2. Determine cuántos voltios y amperios jala cada equipo en la lista. 3. Para cada equipo, multiplique voltios por amperios para obtener una cifra de VA. 4.
Sume todas las cifras.
5. Multiplique esa suma por 1.2, para dejar espacio para crecimiento. El UPS que adquiera deberá tener una clasificación igual o superior al número final que obtuvo en el paso5, a menos que cuente con información más precisa de la carga del equipo que va a proteger. A continuación hay algunas consideraciones adicionales que hay que tener en mente: •
Confiar solamente en las clasificaciones en la placa de producto puede llevarlo a sobredimensionar su sistema UPS, por lo que siempre utilice las herramientas de cálculo de dimensión del fabricante, si están disponibles. La mayoría de los fabricantes cuentan con herramientas de dimensionamiento descargables o basadas en la Web que pueden calcular de cerca el jalón de energía de su equipo en base a la configuración que esté utilizando.
•
Al implementar una arquitectura centralizada de protección de energía, normalmente implementará un UPS con mayor kVA que el que utilizaría al usar un esquema de distribución de protección de energía.
•
Si su UPS dará soporte a motores, generadores de velocidad variable o impresoras láser, agregue mayor capacidad en VA a sus requerimientos para responder por la ráfaga de entrada de alta potencia que ocurre cuando esos equipos se encienden. Su proveedor de UPS le puede ayudar a aplicar el UPS y la clasificación adecuada para estos tipos de aplicaciones. Las empresas que anticipan un rápido crecimiento a corto o mediano plazo deberán utilizar un múltiplo mayor a 1.2 al dejar espacio para crecimiento en el procedimiento anterior. También deben hacerlo organizaciones que esperen actualizar el hardware de su servidor pronto, ya que los servidores nuevos tienden a tener requerimientos de energía más altos que los modelos anteriores.
•
Formato Los UPS vienen en un rango de formatos que caen dentro de dos categorías principales: independientes o de montaje en rack. Los UPS más grandes no están disponibles en formatos de montaje en rack, por lo que las empresas con requerimientos sustanciales de energía utilizan casi siempre equipos independientes. Para compañías con necesidades más modestas, decidir entre un UPS independiente o uno con montaje en rack es en gran parte cuestión de la filosofía de diseño del centro de datos. Algunas organizaciones utilizan los UPS con montaje en rack en un esfuerzo de consolidar tanto como sea posible el hardware en sus gabinetes. Otros prefieren maximizar la cantidad de espacio disponible en rack para servidores al utilizar los UPS independientes. Desde un punto de vista tanto técnico como financiero, ningún enfoque es superior al otro.
Características de disponibilidad Las organizaciones pueden utilizar una gran variedad de opciones, tecnologías y servicios de implementación para incrementar la confiabilidad de su solución de protección de energía. Aquí hay algunas de las más efectivas: Arquitecturas redundantes de implementación: Implementar los UPS en grupos redundantes puede incrementar la disponibilidad al asegurar que las cargas críticas se mantienen protegidas incluso si uno o más UPS fallan. Hay tres clases principales de arquitectura redundante de UPS: •
Zona: En una arquitectura de zonas, uno o más UPS proporcionan soporte dedicado a un conjunto específico de recursos del centro de datos. De esa manera, si un UPS falla durante un corte de energía, el impacto se limita a la zona a la que el equipo da soporte.
•
Serial: En una arquitectura serial, múltiples UPS están conectados extremo a extremo para que si cualquier UPS en la cadena falla, los otros puedan compensarlo de manera automática.
•
Paralelo: Las arquitecturas paralelas utilizan múltiples UPS conectados en paralelo para alcanzar una redundancia incrementada. Si cualquier UPS falla completamente, los otros sistemas pueden mantener protegidas las cargas del equipo de tecnología de información (ITE).
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ZONA 3
ZONA 2
ZONA 1
Potencia promedio por rack 5 kW
Figura 5. La protección por zonas utiliza "zonas" separadas protegidas y puede utilizar software de virtualización para pasar las cargas a otras zonas durante fallas o mantenimiento. Cada zona cuenta con su propio sistema UPS de 60kW.
UPS 1 FUENTE AC
Bus de potencia de salida
Switch Estático UPS 2 Rectificador
Invertidor Switch Estático
FUENTE AC
Rectificador
Cargas ITE Cargas ITE
Invertidor Cargas ITE
Sistemas en operación normal UPS 1 FUENTE AC
Bus de potencia de salida
Switch Estático UPS 2 Rectificador
Invertidor Switch Estático
FUENTE AC
Rectificador
Cargas ITE Cargas ITE
Invertidor
Falla Sistemas en operación con falla
Cargas ITE
Figura 6. La arquitectura de UPS serial (cascada) con camino cambiante de energía si el UPS con carga falla.
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Bus de potencia de salida
UPS 1
Rectificador
Invertidor
Switch Estático
FUENTE AC
Cargas ITE
Bypass Automático de Mantenimiento
UPS 2
Batería
Invertidor
Cargas ITE
Rectificador
Invertidor
Cargas ITE
Switch Estático
FUENTE AC
Bypass Automático de Mantenimiento
UPS 3 FUENTE AC
Batería
Invertidor
Rectificador
Invertidor
Switch Estático Bypass Automático de Mantenimiento Batería
Invertidor
Figura 7. Todos los sistemas UPS paralelos alimentan el bus de salida, por lo que cualquier módulo UPS puede ser aislado para mantenimiento o en caso de falla. Los sistemas paralelos deben estar sincronizados juntos para compartir la carga.
Componentes Hot-swappable: Los técnicos pueden reparar o administrar un UPS que utiliza componentes hot-swappable sin apagar el UPS, exponiendo por lo tanto al equipo de TI a un riesgo disminuido de tiempo de inactividad.
Figura 8. Los módulos de batería hot swappable permiten que se lleve a cabo el trabajo de servicio al tiempo que el equipo con carga permanece protegido.
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Extendiendo el tiempo de funcionamiento de la batería: La batería típica de un UPS proporciona de 5 a 15 minutos de energía de respaldo. Las organizaciones que requieran más de eso pueden utilizar módulos externos suplementarios de batería o gabinetes para agregar hasta varias horas de tiempo de funcionamiento de emergencia con carga total. Administración de batería: Una de las partes más importantes del sistema UPS es el sistema de almacenamiento de energía, el cual es normalmente una batería. Muchos sistemas UPS continuamente generan "carga por goteo" en la batería, lo cual tiene la tendencia de degradar la composición química interna de la batería, reduciendo la vida de servicio de la misma. Mientras que grandes bancos de baterías inundadas de electrolitos para alta energía que requieren los sistemas UPS necesitan que la batería se cargue por goteo, la mayoría de las baterías anti-derrames (VRLA, ver "Almacenamiento de energía en el UPS" debajo), las baterías utilizadas hoy en día en los UPS con menor kVA pueden beneficiarse de una técnica de carga en la que el cargador se apaga y "deja descansar" la batería. Algunos fabricantes han etiquetado esta técnica de carga como Administración Avanzada de Baterías. Esta técnica ayuda a incrementar la vida de servicio de la batería hasta en un 50%. Las baterías que utilizan esta tecnología duran más tiempo y son más confiables gracias a la técnica de carga en tres etapas del sistema de UPS, un circuito sensible sofisticado y una rutina automatizada de prueba de la batería que notifica al usuario final acerca de condiciones de deterioro de la batería que garantizan un reemplazo. Monitoreo remoto: La mejor manera de hacerse cargo de los problemas del UPS es prevenir que ocurran en primera instancia. Aplicaciones de monitoreo remoto del UPS continuamente vigilan las señales de advertencia de problemas futuros, tales como deterioro en el desempeño o sobrecalentamiento de la batería, y envían notificaciones en tiempo real cuando surgen problemas potenciales. Esto permite a los técnicos hacer reparaciones antes de que problemas serios puedan ocurrir. Los centros de datos pueden llevar a cabo el monitoreo remoto por sí mismos o contratar un proveedor externo para hacerlo.
Figura 9. El monitoreo remoto del UPS, proporcionado como una opción por algunos fabricantes de UPS, les permite supervisar de cerca el entorno de protección de energía y le envía alertas cuando detectan señales de problemas inminentes. El servicio también puede incluir reportes mensuales acerca de su UPS y su estado de salud.
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Escalabilidad y modularidad Implementar una solución de protección de energía sólida requiere de tiempo y dinero. Para obtener el mayor valor posible de esa inversión, las empresas deben calcular sus necesidades para los siguientes tres a cinco años al comparar opciones de UPS. Si es probable que tenga requerimientos de energía significativamente mayores, elija hardware de UPS lo suficientemente grande. Los centros de datos con necesidades fluctuantes o requerimientos futuros difíciles de predecir pueden utilizar dos estrategias para incrementar la escalabilidad de su implementación de UPS: •
Implementar UPS en paralelo: Las arquitectura UPS en paralelo impulsan la escalabilidad así como la redundancia. Conforme las necesidades de energía se incrementan, las organizaciones pueden sencillamente agregar más módulos a los sistemas UPS existentes, más que reemplazar los dispositivos actuales con otros nuevos.
•
Utilice productos UPS modulares: Algunos UPS de los nuevos incluyen diseños modulares que permiten agregar capacidad paulatinamente conforme los requerimientos se incrementan. Por ejemplo, algunos de esos sistemas ofrecen hasta 50 o 60 kW de capacidad en bloques de construcción de 12 kW que se ajustan en los racks estándar para equipo. Conforme los requerimientos se incrementan, otra unidad de 12 kW puede ser conectada de manera sencilla. Incluso los sistemas más grandes de UPS pueden hacerse modulares en incrementos de 200 a 300 kW. Este es un enfoque escalable y eficiente para mantenerse al día con las crecientes necesidades de energía que también disminuyen el gasto inicial de capital y conservan espacio en el piso del centro de datos.
Software y comunicaciones Incluso con un UPS, su sistema de TI también caería en el caso de una falla prolongada en el suministro de energía o si el UPS se sobrecarga por mucho tiempo. El software de comunicación no solamente proporciona notificaciones en tiempo real de la condición del UPS, sino que también le permite asignar acciones automáticas a llevar a cabo en el caso de un evento de energía. Esto es extremadamente útil si su sistema opera continuamente sin usuarios presentes para apagar manualmente el equipo afectado. En los últimos 20 años, la mayoría de los sistemas UPS incluían un software que señalaba a uno o más servidores que la energía AC se había perdido y que el UPS estaba funcionando en batería. Si AC no regresaba y la energía de la batería estuviera a punto de terminarse, el software cerraría todas las aplicaciones abiertas para prevenir la pérdida de información. Cuando la energía AC era restaurada, el sistema se reiniciaba automáticamente, llevando al sistema de regreso al estado anterior. Esta solución fue implementada inicialmente en servidores pequeños para PC protegidos por un solo UPS, y después se trasladó a sistemas más grandes con un conjunto de sistemas operativos, muchos de los cuales eran propietarios con el fabricante del equipo de TI. Conforme los sistemas de TI se hicieron más grandes en tamaño y cantidad, la comunicación serial (ya sea RS323 ó a través de un puerto USB) fue reemplazada por una comunicación basada en red para habilitar la comunicación entre el UPS y múltiples servidores. En este tipo de instalación, se asigna al UPS su propia dirección IP en la red y puede ser accesado de manera remota por todos los servidores que reciben energía de ese UPS, de tal manera que cada servidor puede ser programado para apagar o monitorear el UPS respecto a problemas de energía. Conforme las redes y el hardware y software de comunicación del UPS se hicieron más complejos, se desarrollaron otras características automáticas a través del software de administración, incluyendo la comunicación remota por correo electrónico, localizador ó SMS, y la acumulación de información permitió la generación de reportes y análisis de tendencias, un complejo libreto de programación para apagar una base de datos o un programa antes de detener el sistema operativo del servidor y mucho más. Con todos estos avances, la instalación típica involucraba servidores con sistemas operativos sencillos y con una sola aplicación corriendo en cada servidor.
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Capacidad de Batería 100%
Desc arga
0%
Energía AC Disponible UPS en operación normal
No se tomó acción de software
Falla en AC Utilitaria
Se inicia apagado del servidor
Apagado del servidor puede ser detenido si regresa AC
Pérdida de Energía AC UPS en batería
Todas las Energía AC cargas Regresa administradas UPS se completamente reenciende apagadas
Recarga
Equipo de TI se enciende de modo normal
UPS se apaga en espera del regreso de AC desde utilitario
Figura 10. El software típico de administración de energía del UPS puede apagar los servidores afectados de manera inmediata y ordenada en caso de que un corte en el suministro de energía amenace con sobrepasar la capacidad de la batería. La virtualización ha generado un nuevo conjunto de complejidades, conforme el lazo entre el sistema operativo y el hardware físico dejó de ser un estándar. Algunos proveedores de software para UPS deben asegurarse de que los agentes de apagado del software estén instalados en cada máquina virtual así como en la máquina huésped. Esto puede ser bastante tedioso si el número de máquinas virtuales es grande, lo cual se está convirtiendo en un estándar en muchos entornos virtualizados. Los principales fabricantes de UPS han desarrollado nuevas plataformas de software que reducen la complejidad de la administración al integrar su software en plataformas de administración de virtualización como vCenter® de VMware o XenCenter® de Citrix. En estos entornos, una sola instalación de software puede controlar y apagar cualquier grupo de servidores. Otro beneficio es la habilitación de una migración automática en vivo de las máquinas virtuales en caso de un corte de energía, ya que no solamente está limitado a la opción de apagar los servidores y detener la operación. La continuidad de los negocios es ahora posible a través de esta integración, la cual no solamente está disponible en vCenter sino también en SCVMM de Microsoft o XenCenter de Citrix. Para resumir, las aplicaciones lógicas y completas de administración de energía pueden ayudar a las compañías a: •
Monitorear y administrar sus UPS desde cualquier ubicación con acceso a Internet
•
Notificar automáticamente al personal clave acerca de las alarmas o alertas
•
Llevar a cabo apagados ordenados no atendidos del equipo conectado, o mejor aún, trabajar con software de virtualización para mover máquinas virtuales para maximizar la disponibilidad de las aplicaciones claves y hardware
•
Apagar selectivamente sistemas no críticos para conservar el tiempo de funcionamiento
•
Analizar y generar gráficas de las tendencias, para predecir y prevenir problemas antes de que ocurran
•
Integración con sistemas existentes de red y administración a través de estándares y plataformas abiertas.
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Figura 11. El software de administración del UPS en este ejemplo se conecta a la consola del administrador para vCenter de VMware, permitiendo al administrador de TI ver y administrar los eventos o alarmas relacionadas con el UPS en el mismo sistema que sus tareas de administración de TI.
Servicios Con un servicio adecuado, un UPS bien fabricado puede operar de manera segura y confiable por hasta 20 años. Sin un servicio adecuado, incluso el mejor UPS tiene significativamente mayor probabilidad de fallar cuando usted menos pueda costearlo. Las empresas en el mercado de hardware para UPS, por lo tanto, también deberán elegir un plan de servicio adecuado para su UPS de un proveedor de servicios que cuente con la experiencia, el conocimiento y los recursos para proporcionar un soporte integral de alta calidad. Para mayor información para seleccionar el servicio adecuado para su sistema, por favor consulte el white paper "Eligiendo un Plan de Servicio para UPS" visitando www.eaton.com/pq/whitepapers.
¿Qué accesorios del UPS necesito? Una solución completa de energía normalmente incluye más que solamente un UPS. A continuación mencionamos algunos accesorios que vale la pena considerar:
Almacenamiento de energía en el UPS La mayoría de las soluciones de protección de energía obtienen su energía de emergencia ya sea de baterías selladas (también conocidas como de Plomo Acido con Regulación de Válvulas, o VRLA) o baterías inundadas (también conocidas como Plomo Acido Ventilado o VLA). Las baterías selladas tienden a ser menos costosas, pero también se gastan más rápido. Las baterías inundadas por lo general requieren una instalación y mantenimiento especializado. Decidir qué tipo de batería es la adecuada para usted básicamente se reduce a si usted está dispuesto a pagar más inicialmente por baterías que no tendrá que sustituir con tanta frecuencia.
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Aun cuando las baterías de plomo ácido son una tecnología comprobada bien adaptada a los rigores del centro de datos, también son voluminosas y pesadas. Más que eso, debido a los químicos tóxicos que contienen, disponer de ellas es un proceso costoso y altamente regulado. Como resultado más y más empresas están suplementando las baterías de plomo ácido con suministros alternos de energía en espera como son los volantes. Un volante es un dispositivo mecánico construido normalmente alrededor de un amplio disco rotatorio. Durante la operación normal, la energía eléctrica hace que el disco gire rápidamente. Cuando ocurre un corte de energía, el disco continúa girando por sí solo, generando energía DC que un UPS puede utilizar como un recurso de energía de emergencia. Conforme el UPS consume dicha energía, el disco gradualmente pierde fuerza, generando cada vez menos energía hasta que eventualmente se detiene del todo. Del lado positivo, los volantes son más pequeños y ligeros que las baterías de plomo ácido, más fáciles de mantener y libres de sustancias peligrosas y dañinas para el ambiente. Del lado negativo, normalmente ofrecen solamente 30 segundos de energía de reserva. Sin embargo, las investigaciones muestran que más del 95% de los cortes utilitarios duran tan solo unos segundos, por lo que utilizar un volante como complemento para las baterías durante breves interrupciones de energía pueden ahorrar espacio en el piso del centro de datos y reducir los costos del mantenimiento, al tiempo que extienden también la vida de sus baterías de plomo ácido al reducir la frecuencia con que éstas se utilizan.
Generador Durante una falla utilitaria, un UPS le otorga los minutos que usted necesita para apagar los servidores de manera ordenada. Actualmente, sin embargo, muchas empresas no pueden costear estar sin sistemas de TI por las horas o incluso días que pueden pasar antes de que se restaure el servicio eléctrico. Dichas organizaciones casi siempre incluyen un generador en su arquitectura de protección de energía. Mientras que el UPS proporciona breves periodos de energía de emergencia, los generadores funcionan con un suministro de combustible diesel para mantener los sistemas de TI en operación desde 10 minutos hasta siete días o más. Cuando elija un generador, busque uno con 1.25 a 3.0 veces la clasificación kVA de su UPS. El proceso de dimensionamiento deberá estar basado en cierto número de factores, incluyendo el diseño del UPS, el generador y tipo de combustible, por lo que le sugerimos buscar el consejo experto del fabricante del UPS y del generador. Adicionalmente, asegúrese de mantener un suministro de combustible diesel lo suficientemente grande para mantener su centro de datos en operación por periodos prolongados. Durante un corte prolongado del suministro de energía, la demanda de diesel puede rápidamente acabar con los suministros regionales.
Unidades de distribución de energía Un componente esencial de cualquier infraestructura de calidad de energía, las unidades de distribución de energía (PDUs) distribuyen la energía hacia el equipo ITE con carga descendente. La mayoría de las compañías utilizan tanto PDUs con montaje en piso, los cuales proporcionan distribución primaria hacia los racks de servidores, y PDUs con montaje en rack (también conocidos como ePDUs), las cuales distribuyen energía a servidores individuales y otros equipos. Las PDUs pueden estar equipadas con dispositivos opcionales como supresores contra descargas y sistemas de monitoreo de breaker (ramificación) individual para monitorear el uso de la energía.
Conclusión Hoy en día las empresas invierten grandes sumas de dinero en su infraestructura de TI, así como la energía que se requiere para mantenerla funcionando. Cuentan con esta inversión para mantenerlas productivas y competitivas. Dejar la infraestructura indefensa contra caídas, picos e interrupciones eléctricas, por lo tanto, es una mala idea. Una solución de protección de energía bien construida, incluyendo hardware UPS de alta calidad y eficiencia, puede mantener sus aplicaciones de negocios disponibles, sus costos de energía administrables y su información segura. Al familiarizarse con los puntos básicos de lo que hace un UPS y cómo elegir el más adecuado para sus necesidades, los operadores de los centros de datos pueden asegurar que los sistemas de misión crítica siempre tengan electricidad limpia y confiable que necesitan para generar éxito a largo plazo.
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Acerca de Eaton Eaton Corporation es una empresa diversificada de administración de energía con ventas en el 2010 de $13.7 billones de dólares. Celebrando 100 años de existencia en el 2011, Eaton es líder tecnológico global en componentes eléctricos y sistemas de calidad, distribución y control de energía; componentes hidráulicos, sistemas y servicios para equipo industrial y móvil; combustible hidroespacial, sistemas hidráulicos y neumáticos para uso comercial y militar, y mecanismos de potencia para desempeño, economía de combustible y seguridad automotrices y para camiones. Eaton cuenta aproximadamente con 73,000 empleados y vende sus productos a clientes en más de 150 países. Para mayor información visite www.eaton.com.
Acerca de los autores Chris Loeffler es el Administrador de Aplicaciones Global para Eaton Corporation, especialista en soluciones y servicios de energía del centro de datos. Con más de 19 años de experiencia en la industria de UPS, ha supervisado la administración del producto de más de 20 productos de UPS para el centro de datos y aplicaciones industriales. Loeffler ha desempeñado una variedad de puestos dentro de Eaton, incluyendo funciones en la ingeniería del servicio, e ingeniería de aplicación y más de 10 años en la administración del producto. Ha realizado varios artículos para publicaciones de comercio y escrito diversos informes técnicos sobre la eficiencia de energética en el centro de datos. También ha escrito artículos acerca de varias topologías de UPS en el centro de datos y las aplicaciones industriales. Puede contactarlo enviando un correo electrónico a
[email protected]. Ed Spears es gerente de producto en la organización de Soluciones de Calidad de Energía de Eaton en Raleigh, NC. Veterano con 30 años en la industria de sistemas de energía, Spears tiene experiencia en la prueba, venta, ingeniería de aplicación y capacitación de los sistemas UPS – así como en trabajo de ingeniería de calidad de energía y mercadotecnia para telecomunicaciones, centros de datos, televisión por cable y redes públicas de banda ancha. Puede contactarlo enviando un correo electrónico a
[email protected].
Tutoriales bajo demanda Descargue los white papers de Eaton para conocer más acerca de los temas de tecnología o explicarlos a clientes y contactos. Bypass de mantenimiento, paralelaje, topologías de UPS, administración de energía y más son desmitificados en los white papers complementarios de nuestra biblioteca en línea: www.eaton.com/pq/whitepapers.
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