Introdução
Os sistemas de UPS (Uninterruptible Power Supply) são componentes críticos em data centers, garantindo a continuidade do fornecimento de energia elétrica e protegendo equipamentos sensíveis contra falhas e interrupções. Este artigo tem como objetivo apresentar os diferentes tipos de UPS, suas características, vantagens, desvantagens e aplicações práticas, ajudando profissionais de projeto e operação de data centers a fazer escolhas informadas.
O que é um Sistema de UPS?
Um UPS é um dispositivo que fornece energia de emergência para uma carga quando a fonte de alimentação principal falha. Ele desempenha um papel crucial em ambientes críticos, como data centers, onde a continuidade da operação é essencial. Além de fornecer energia durante interrupções, os UPSs também protegem contra variações de tensão, picos e ruídos elétricos.
Categorias de UPS
UPS Estático
Os UPSs estáticos não possuem partes móveis em seus conversores, utilizando componentes eletrônicos para realizar a conversão de energia. Eles são amplamente utilizados devido à sua eficiência e confiabilidade.
UPS Rotativo
Os UPSs rotativos utilizam partes mecânicas rotativas, como motores e geradores, para fornecer energia de emergência. Embora sejam menos comuns, são utilizados em aplicações específicas que requerem alta capacidade de energia e resistência a falhas.
Tipos de UPS Estáticos
A norma IEC 62040-3 classifica os UPSs com base em suas características de saída, permitindo uma comparação precisa entre diferentes tipos de UPS.
UPS Standby
Funcionamento
- Topologia: Também conhecido como UPS Off-Line, o UPS Standby opera em modo de espera. Em condições normais, a carga é alimentada diretamente pela rede elétrica. Quando ocorre uma falha, o UPS comuta para a bateria interna, fornecendo energia temporária.
- Tempo de Comutação: Há um pequeno tempo de comutação (tipicamente 2-10 ms) quando a energia é transferida da rede elétrica para a bateria.
Características
- Tamanho Pequeno: Compacto e fácil de instalar.
- Baixo Custo: Econômico, ideal para aplicações de baixo orçamento.
- Forma de Onda de Saída Não Senoidal: A saída pode ser uma onda quadrada ou modificada, adequada para cargas menos sensíveis.
Aplicações
- Computadores de Mesa: Uso comum em ambientes domésticos e pequenos escritórios.
Vantagens e Desvantagens
- Vantagens: Baixo custo, alta eficiência.
- Desvantagens: Impróprio para cargas críticas devido ao tempo de comutação e forma de onda de saída.
UPS Line-Interactive
Funcionamento
- Topologia: O UPS Line-Interactive utiliza um autotransformador para regular a tensão de entrada. Em caso de falha na rede, ele comuta para a bateria interna.
- Tempo de Comutação: Similar ao UPS Standby, mas geralmente mais rápido (tipicamente 2-4 ms).
Características
- Regulação de Tensão: Mantém a tensão de saída dentro de limites aceitáveis.
- Alta Eficiência: Opera com alta eficiência em modo normal.
- Forma de Onda de Saída Senoidal: Pode fornecer uma forma de onda senoidal pura ou aproximada
Aplicações
- Pequenas Empresas e Escritórios: Adequado para ambientes com variações de tensão frequentes.
Vantagens e Desvantagens
- Vantagens: Alta confiabilidade, regulação de tensão.
- Desvantagens: Menor proteção contra distúrbios elétricos severos.
UPS Online de Dupla Conversão
Funcionamento
- Topologia: O UPS Double Conversion converte a energia de entrada AC para DC e depois reconverte para AC, fornecendo uma forma de onda senoidal pura e isolando a carga de todas as irregularidades da rede elétrica.
- Tempo de Comutação: Não há tempo de comutação, pois a energia é continuamente convertida.
Características
- Alta Confiabilidade: Proteção contínua e ininterrupta.
- Forma de Onda Senoidal Pura: Saída de alta qualidade, adequada para equipamentos sensíveis.
- Isolamento Total: Isola completamente a carga das irregularidades da rede elétrica.
Aplicações
- Data Centers e Ambientes Críticos: Ideal para proteger servidores, sistemas de comunicação e outros equipamentos críticos.
Vantagens e Desvantagens
- Vantagens: Proteção superior, sem tempo de comutação.
- Desvantagens: Maior custo e consumo de energia.
UPS Delta Conversion Online
Funcionamento
- Topologia: O UPS Delta Conversion utiliza uma topologia avançada que melhora a eficiência energética ao reduzir as perdas de conversão. Ele realiza a conversão de energia em duas etapas: primeiro de AC para DC e depois de DC para AC, similar ao UPS de Dupla Conversão.
- Delta Converter: Inclui um conversor delta que permite uma transferência de energia mais eficiente entre a entrada e a saída, reduzindo a quantidade de energia que precisa ser processada pelo inversor.
- Eficiência: Alta eficiência energética devido à redução de perdas durante a conversão de energia.
- Proteção: Oferece proteção contínua contra todas as irregularidades da rede elétrica, incluindo picos, quedas e ruídos.
Características
- Alta Eficiência Energética: Menor dissipação de calor e menor consumo de energia.
- Menor Pegada: Design compacto, ideal para grandes instalações.
- Forma de Onda Senoidal Pura: Saída de alta qualidade, adequada para equipamentos sensíveis
Aplicações
- Grandes Data Centers: Adequado para instalações com alta demanda de energia e onde a eficiência energética é uma prioridade.
Vantagens e Desvantagens
- Vantagens: Alta eficiência, menor custo operacional.
- Desvantagens: Complexidade e custo inicial mais elevado.
UPS Hybrid Conversion
Funcionamento
- Topologia: O UPS Hybrid Conversion combina características de UPS de Dupla Conversão e UPS Line-Interactive. Ele possui um conversor híbrido integrado que realiza tanto a retificação quanto a inversão de energia.
- Modos de Operação: Opera em três modos distintos:
- On-line Normal Mode: A energia flui através do conversor híbrido, proporcionando regulação de tensão.
- Bypass Normal Mode: A energia é fornecida diretamente pela rede elétrica, aumentando a eficiência.
- Battery Mode: Em caso de falha na rede, o inversor utiliza a energia da bateria para alimentar a carga.
- Transferência Sem Interrupção: Quando a energia de entrada falha, o UPS muda para o modo bateria sem interrupção (0 ms de tempo de transferência).
Características
- Alta Densidade: Projetado para fornecer alta densidade de energia em um formato compacto.
- Regulação de Tensão: Oferece regulação de tensão, mas com capacidade limitada de regulação de frequência.
- Sinusoidal Current Draw: Desenha corrente senoidal da fonte de alimentação AC, resultando em baixa distorção.
Aplicações
- Pequenos Data Centers e Ambientes de TI Densos: Ideal para proteger pequenas quantidades de servidores sensíveis e equipamentos de rede em ambientes de borda densos.
Vantagens e Desvantagens
- Vantagens: Alta densidade, eficiência energética, transferência sem interrupção.
- Desvantagens: Capacidade limitada de regulação de frequência, pode não ser adequado para cargas extremamente críticas.
Evolução dos Sistemas de UPS
Histórico
Os sistemas de UPS evoluíram significativamente ao longo dos anos, passando de dispositivos simples para sistemas complexos com múltiplas funcionalidades.
Tendências Atuais
As tendências atuais incluem a remoção de transformadores internos para aumentar a eficiência e a introdução de modos de operação eficientes, como o Eco-mode, que reduz o consumo de energia em condições normais.
Seleção do UPS Adequado
Critérios de Seleção
- Capacidade de Carga: Avaliar a potência necessária para suportar todas as cargas críticas.
- Tempo de Autonomia: Determinar o tempo necessário para manter a operação durante uma falha de energia.
- Eficiência Energética: Considerar o consumo de energia e os custos operacionais.
- Confiabilidade: Escolher um UPS com alta confiabilidade e baixo tempo de comutação.
Conclusão
Os sistemas de UPS são essenciais para garantir a continuidade e a proteção de operações críticas em data centers. Compreender as características, vantagens e desvantagens de cada tipo de UPS permite uma escolha informada, alinhada com as necessidades específicas de cada aplicação.
Créditos das imagens: Schneider Electric.
