Calculadora de autonomía requerida: capacidad (Ah) y tiempo para UPS

Calculadora precisa para determinar autonomía, capacidad en Ah y tiempo para UPS de respaldo sistema.

Guía técnica contiene fórmulas, tablas, ejemplos reales y normativa aplicable para ingenieros eléctricos de diseño.

Calculadora de autonomía y capacidad requerida de batería (Ah) para UPS en función de la carga

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Puede subir una foto clara de la placa de datos de la UPS o de un diagrama para sugerir automáticamente valores aproximados.

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Introduzca la potencia de carga, la tensión y los datos de batería para calcular la autonomía o la capacidad requerida.
Fórmulas utilizadas (valores en unidades SI):
  • Potencia en baterías: P_batería = P_carga / (η_inversor × η_batería)
  • Corriente en el banco de baterías: I_batería = P_batería / V_batería = P_carga / (V_batería × η_inversor × η_batería)
  • Capacidad útil del banco de baterías: C_útil = C_nominal × DoD
  • Autonomía disponible (cuando se conoce la capacidad): t_autonomía = C_útil / I_batería
  • Capacidad teórica necesaria (sin margen) para una autonomía deseada: C_teórica = I_batería × t_deseada / DoD
  • Capacidad nominal requerida (con margen de diseño): C_requerida = C_teórica × (1 + margen_diseño)

Donde: P_carga en W, V_batería en V, I_batería en A, C_nominal y C_requerida en Ah, DoD y margen_diseño se usan en forma decimal (por ejemplo, 80 % = 0,8), t_autonomía y t_deseada en horas.

ParámetroRango típicoRecomendación técnica
Eficiencia inversor η_inversor88–95 %Usar ≥90 % en UPS modernas de doble conversión.
Eficiencia baterías η_batería90–98 %Considerar 94–96 % para plomo-ácido bien dimensionadas.
DoD plomo-ácido50–80 %Limitar a 70–80 % para vida útil aceptable.
DoD litio70–90 %Usar 80–90 % según especificaciones del fabricante.
Margen de capacidad10–30 %Aumentar en climas severos o alta criticidad.

Preguntas frecuentes sobre la calculadora de autonomía y capacidad para UPS

¿Qué capacidad de batería debo introducir al calcular la autonomía disponible?
Use la capacidad nominal total del banco de baterías que realmente está instalado, en Ah, tal como lo indica la hoja de datos (por ejemplo, número de baterías en serie/paralelo multiplicado por la capacidad por bloque). La calculadora aplica automáticamente la profundidad de descarga configurada (DoD) para estimar la capacidad útil.
¿Cómo influye la eficiencia del inversor en la autonomía calculada?
Cuanto menor sea la eficiencia del inversor, mayor será la potencia demandada a las baterías para suministrar la misma potencia de carga, lo que incrementa la corriente de descarga y reduce la autonomía. Por ejemplo, pasar de 95 % a 88 % de eficiencia puede reducir la autonomía efectiva varios minutos en sistemas pequeños.
¿Para qué sirve el margen de capacidad en el modo de cálculo de capacidad requerida?
El margen de capacidad incrementa la capacidad nominal calculada por encima del valor teórico necesario para la autonomía deseada. Este margen compensa pérdida de capacidad por envejecimiento, temperatura y tolerancias de fabricación. No se aplica cuando solamente se estima la autonomía de un banco ya existente.
¿La calculadora considera el efecto de la tasa de descarga (ley de Peukert)?
No, la calculadora asume descarga a corriente constante y capacidad nominal válida para la tasa de descarga considerada por el fabricante. Para descargas muy rápidas o muy lentas respecto a la tasa nominal (por ejemplo C3 o C100), se recomienda aplicar correcciones adicionales basadas en la ley de Peukert o en las curvas del fabricante.

Conceptos clave de autonomía, capacidad y tiempo para sistemas UPS

La autonomía es el tiempo durante el cual un UPS puede alimentar una carga crítica cuando falla la fuente primaria. La capacidad de una batería expresada en amperio-hora (Ah) junto con la tensión del bus determinan la energía disponible en vatios-hora (Wh).

Factores como profundidad de descarga (DOD), eficiencia del inversor, pérdida por temperatura y efecto Peukert afectan la energía utilizable y la duración real.

Calculadora de Autonomia Requerida Capacidad Ah y Tiempo para UPS eficaz
Calculadora de Autonomia Requerida Capacidad Ah y Tiempo para UPS eficaz

Parámetros y definiciones técnicas

  • Voltaje nominal de banco (Vbat): tensión total del banco de baterías (por ejemplo 12 V por célula en serie × número de bloques).
  • Capacidad nominal (C, Ah): carga eléctrica disponible a una tasa de referencia (normalmente C20 o C10 para plomo).
  • Profundidad de descarga (DOD): fracción de capacidad nominal que se pretende utilizar en cada ciclo (ej. 0.5 = 50%).
  • Eficiencia del inversor/convertidor (ηinv): relación entre potencia de salida y potencia de entrada (valor típico 0.88–0.96).
  • Eficiencia de la batería (ηbat): pérdida por conversión química y térmica durante la descarga (valor típico 0.85–0.98 según la tecnología).
  • Corriente de descarga (I): corriente demandada en amperios por el banco (I = Potencia / Voltaje).
  • Constante de Peukert (k): coeficiente empírico que modela la reducción de capacidad a corrientes altas (k≈1.05–1.30).

Metodología general de cálculo

  1. Determinar la carga total crítica en vatios (W). Sumatoria de cargas conectadas al UPS.
  2. Establecer tiempo de respaldo requerido (t) en horas.
  3. Seleccionar tensión del banco (Vbat) según arquitectura del UPS (12V, 24V, 48V, 192V, 384V, etc.).
  4. Seleccionar profundidad de descarga (DOD), eficiencia del inversor (ηinv) y eficiencia de la batería (ηbat).
  5. Calcular capacidad requerida en Ah y convertir a configuración de celdas/paquetes.
  6. Aplicar correcciones: Peukert, temperatura, envejecimiento, margen de diseño (habitualmente +20–30%).

Fórmulas principales (HTML)

1) Energía almacenada (Wh) disponible en el banco:

Energy_Wh = Ah × Vbat × ηbat

Variables:

  • Ah = capacidad del banco en amperio-hora
  • Vbat = tensión nominal del banco en voltios
  • ηbat = eficiencia de la batería (fracción, por ejemplo 0.9)
Valores típicos: Ah = 100 Ah, Vbat = 48 V, ηbat = 0.9 → Energy_Wh = 100 × 48 × 0.9 = 4320 Wh.

2) Tiempo de respaldo (horas):

Tiempo_h = (Ah × Vbat × ηbat × ηinv × DOD) / Potencia_W

Variables:

  • Ah = capacidad nominal (Ah)
  • Vbat = tensión del banco (V)
  • ηbat = eficiencia de la batería (0–1)
  • ηinv = eficiencia del inversor (0–1)
  • DOD = profundidad de descarga utilizable (0–1)
  • Potencia_W = carga en vatios
Valores típicos: ηinv = 0.92, DOD = 0.5 (VRLA), ηbat = 0.9.

3) Capacidad requerida en Ah (cuando se conoce el tiempo objetivo):

Ah_requeridos = (Potencia_W × Tiempo_h) / (Vbat × ηbat × ηinv × DOD)

Explicación: se convierte potencia × tiempo a Wh y se divide por la energía utilizable por Ah del banco.

4) Corrigiendo por Peukert (opcional, para descargas rápidas):

Capacidad_efectiva = C_rated × (I_ref / I_actual)^(k-1)

Variables:

  • C_rated = capacidad nominal medida a corriente de referencia (Ah)
  • I_ref = corriente de referencia usada para C_rated (A), p. ej. C20 → I_ref = C_rated/20
  • I_actual = corriente real de descarga (A)
  • k = constante de Peukert (típicamente 1.05–1.30)
Ejemplo de uso: si C20=100 Ah, I_ref=5 A, I_actual=50 A, k=1.15 → Capacidad_efectiva = 100 × (5/50)^(0.15) ≈ 100 × (0.1)^0.15 ≈ 100 × 0.72 ≈ 72 Ah.

Tablas con valores comunes

Configuración del bancoVoltaje nominal VbatCeldas/Paquetes en serieEjemplo de batería por elementoComentarios
Sistema pequeño12 V112 V, 100 AhIdeal para UPS de baja potencia y arranques.
UPS doméstico/PEQUEÑO24 V2 × 12 V2 × 12 V, 100 Ah en serieComún en sistemas de baterías compactas.
UPS rack / servidor48 V4 × 12 V4 × 12 V, 100 AhArquitectura estándar para inversores de 48 VDC.
Centros de datos centralizados192–480 V16–40 × 12 VMódulos 12 V, 100 Ah en serie según tensiónSe usan módulos en serie y paralelo para capacidad y tensión.
TecnologíaDOD recomendadoEficiencia ηbat (round-trip)Rango típico de k (Peukert)Aplicaciones típicas
Plomo-ácido sellada (VRLA)30–50%0.85–0.921.10–1.25UPS, telecom, backup modular
Plomo-ácido flooded50–80%0.85–0.921.05–1.18Instalaciones industriales con mantenimiento
Li-ion (LFP, NMC)80–90%0.95–0.98≈1.03–1.10Data centers, telecom de alta densidad
Nickel-based50–70%0.85–0.951.05–1.20Aplicaciones especiales
Capacidad nominal (Ah)Voltaje elementoEnergía por elemento (Wh)Ejemplos de uso
50 Ah12 V600 WhUPS pequeños, equipos de emergencia
100 Ah12 V1200 WhUPS rack, microcentros
200 Ah12 V2400 WhUPS medianos, telecom
300 Ah12 V3600 WhSistemas industriales

Consideraciones prácticas y factores de diseño

  • Temperatura: la capacidad disminuye a temperaturas bajas y la vida útil se acorta a temperaturas elevadas. Ajuste de capacidad por cada 10 °C fuera de 25 °C.
  • Envejecimiento: estimar reducción de capacidad por año (p. ej. 2–5% anual para VRLA).
  • Márgenes de seguridad: incluir margen de diseño (≥20%) para compensar tolerancias y degradación.
  • Distribución en serie/paralelo: la tensión se consigue en serie, la capacidad (Ah) en paralelo; mantener módulos iguales para balance si se paralelan.
  • Monitorización: instalar sistemas de BMS o monitoreo para evitar desequilibrios y extender vida útil.
  • Normas y pruebas: seguir ensayos de descarga y mantenimientos prescritos por el fabricante y normas aplicables.

Ejemplo 1 — Oficina pequeña: 1500 W por 30 minutos con UPS 48 V

Planteamiento: carga = 1500 W; tiempo requerido = 30 minutos = 0.5 h; Vbat = 48 V; ηinv = 0.92; ηbat = 0.9; DOD = 0.5.

Cálculos paso a paso:

  1. Convertir tiempo: 0.5 h.
  2. Aplicar fórmula de Ah requerida:
    Ah_requeridos = (Potencia_W × Tiempo_h) / (Vbat × ηbat × ηinv × DOD)
  3. Sustituir valores:
    Ah_requeridos = (1500 × 0.5) / (48 × 0.9 × 0.92 × 0.5)
    Numerador = 750 Wh
    Denominador = 48 × 0.9 × 0.92 × 0.5 = 48 × 0.414 ≈ 19.872

    Ah_requeridos ≈ 750 / 19.872 ≈ 37.74 Ah

  4. Redondeo y margen de diseño: aplicar 20% extra → 37.74 × 1.2 ≈ 45.3 Ah.
  5. Selección de baterías: elegir módulos de 12 V en serie para formar 48 V:
    • Se requieren 4 × 12 V en serie.
    • Cada módulo con 50 Ah sería insuficiente; se selecciona 12 V, 60 Ah o 12 V, 100 Ah según disponibilidad.
    • Si se usa 12 V 100 Ah (en serie 4 módulos), la capacidad del banco es 100 Ah y supera los 45.3 Ah requeridos, ofreciendo margen y vida útil mejorada.

Resultado: Capacidad nominal mínima ~38 Ah; tras margen práctico seleccionar banco 48 V, 100 Ah (4 × 12V-100Ah en serie) para robustez.

Ejemplo 2 — Sala de servidores: 10 kW por 2 horas, banco de 480 V

Planteamiento: carga = 10000 W; tiempo requerido = 2 h; Vbat = 480 V (arquitectura central); ηinv = 0.95; ηbat = 0.9; DOD = 0.6 (sistema con baterías de tipo flooded o Li-ion con operación controlada).

Cálculo de Ah requerido:

  1. Ah_requeridos = (Potencia_W × Tiempo_h) / (Vbat × ηbat × ηinv × DOD)
  2. Sustituyendo números:
    Ah_requeridos = (10000 × 2) / (480 × 0.9 × 0.95 × 0.6)
    Numerador = 20000 Wh
    Denominador = 480 × 0.513 ≈ 246.24 (porque 0.9 × 0.95 × 0.6 = 0.513)

    Ah_requeridos ≈ 20000 / 246.24 ≈ 81.19 Ah

  3. Margen de diseño: aplicar 25% por envejecimiento y contingencias → 81.19 × 1.25 ≈ 101.49 Ah.
  4. Selección de módulos: si se usa módulo de 12 V, 100 Ah:
    • Se requieren 480 / 12 = 40 módulos en serie para alcanzar 480 V.
    • Cada cadena serie tiene 100 Ah → ah banco = 100 Ah, cercano al requisito con margen.
    • Si se requiere mayor redundancia o vida útil, colocar dos cadenas en paralelo (doble capacidad) para alcanzar 200 Ah nominales.
  5. Verificación de Peukert (descargas elevadas): Calcular corriente de descarga:
    I = Potencia_W / Vbat = 10000 / 480 ≈ 20.83 A

    Si cada cadena es 100 Ah, la corriente relativa es moderada (0.208 C), por lo tanto Peukert no penaliza excesivamente.

Resultado: Ah requerido ≈ 81 Ah; con margen práctico seleccionar banco 480 V, 100 Ah (40 módulos 12 V×100Ah) o dos cadenas en paralelo para redundancia.

Aplicación del efecto Peukert en cálculos de autonomía

En descargas a corriente elevada la capacidad efectiva de una batería disminuye. Para cargas elevadas conviene calcular la capacidad efectiva mediante la ley de Peukert.

Ejemplo resumido: batería C20 = 200 Ah; descarga a I_actual = 200 A; I_ref = 200/20 = 10 A; k = 1.18.

Capacidad_efectiva = 200 × (10 / 200)^(1.18-1) = 200 × (0.05)^0.18 ≈ 200 × 0.558 ≈ 111.6 Ah.

Conclusión: la batería rinde mucho menos de su capacidad nominal si se descarga muy rápidamente; debe dimensionarse en consecuencia.

Ejemplos de rutinas de verificación y pruebas

  1. Prueba de descarga controlada: ejecutar descarga a la corriente nominal esperada y medir tiempo hasta DOD programado.
  2. Test de impedancia: verificar balance entre módulos en paralelo.
  3. Prueba térmica: comprobar comportamiento a temperaturas de operación reales.
  4. Verificación anual: pruebas de capacidad cada 6–12 meses según críticas del servicio.

Buenas prácticas de diseño

  • Utilizar baterías del mismo lote y fabricante en el mismo banco.
  • Evitar mezclar tecnologías y edades de baterías en serie o paralelo.
  • Instalar sistemas BMS y monitoreo continuo de tensión, temperatura e impulsos de carga/descarga.
  • Programar mantenimiento preventivo y reemplazos según curva de vida útil.
  • Documentar procedimientos de prueba y criterios de aceptación para ensayos de capacidad.

Normativa, estándares y referencias técnicas

Normas y documentos de referencia recomendados:

  • IEC 62040 series — Requisitos de desempeño y pruebas para UPS. Más información: https://www.iec.ch/
  • IEC 60896 — Baterías estacionarias de plomo-ácido. Detalles: https://www.iec.ch/
  • IEEE Std 1188 — Guide for Maintenance, Testing, and Replacement of Valve-Regulated Lead-Acid Batteries for Stationary Applications. Información IEEE: https://www.ieee.org/
  • IEEE 485 — Guide for Sizing Lead-Acid Batteries for Stationary Applications.
  • UL 1778 — Safety Standard for Uninterruptible Power Systems. https://standardscatalog.ul.com/
  • DOE / NREL — Publicaciones sobre almacenamiento de energía y baterías: https://www.energy.gov/ & https://www.nrel.gov/
  • Manufacturers technical resources: Eaton UPS design guides, APC by Schneider Electric whitepapers (ejemplos aplicables).

Verificación final y checklist de entrega

  1. Confirmar carga máxima y cargas críticas.
  2. Verificar tensión de bus del UPS y compatibilidad con módulos de batería.
  3. Calcular Ah requerido y aplicar marginado por envejecimiento y temperatura.
  4. Seleccionar configuración serie/paralelo y verificar protecciones (fusibles, desconectores).
  5. Implementar BMS/BATMON y registros de mantenimiento.
  6. Probar a la puesta en servicio con descarga parcial para validar tiempos reales.

Resumen operativo

El dimensionamiento de la autonomía de un UPS combina cálculos energéticos simples con correcciones prácticas por eficiencia, DOD, temperatura y Peukert. Seleccionar baterías con margen, monitorizar y aplicar norma técnica garantiza tiempo de respaldo confiable.

Enlaces de interés y lectura adicional

  • IEC Standards overview: https://www.iec.ch/
  • IEEE Xplore digital library: https://ieeexplore.ieee.org/
  • US Department of Energy — Energy Storage: https://www.energy.gov/energy-storage
  • NREL — Energy Storage Research: https://www.nrel.gov/energy-storage.html
  • APC Whitepapers: https://www.apc.com/ (guías técnicas y datasheets de UPS)
  • Eaton Technical Publications: https://www.eaton.com/ (dimensionamiento de baterías UPS)