La capacidad de baterías en UPS es crucial para garantizar respaldo eléctrico confiable en sistemas críticos. Calcularla correctamente evita fallos, pérdidas económicas y asegura la continuidad operativa en cualquier entorno.
Este artículo explica cómo dimensionar baterías en UPS según IEEE e IEC, fórmulas, tablas, ejemplos y una calculadora IA.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de capacidad de baterías en UPS – IEEE, IEC
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- ¿Qué capacidad de batería necesito para un UPS de 10 kVA, autonomía 30 minutos, factor de potencia 0.8?
- Calcular la cantidad de baterías para un UPS trifásico de 20 kW, autonomía 1 hora, 240 VDC.
- ¿Cuántas baterías de 12V/100Ah necesito para un UPS de 5 kW, autonomía 45 minutos?
- Dimensionar banco de baterías para UPS de 15 kVA, autonomía 2 horas, tensión DC 192V.
Tabla de valores comunes para la Calculadora de capacidad de baterías en UPS – IEEE, IEC
| Potencia UPS (kVA) | Potencia Real (kW) | Autonomía (min) | Autonomía (h) | Factor de Potencia | Tensión Banco (VDC) | Capacidad Requerida (Ah) | Número de Baterías (12V) | Capacidad Batería (Ah) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.8 | 10 | 0.17 | 0.8 | 24 | 6.7 | 2 | 7 |
| 3 | 2.4 | 15 | 0.25 | 0.8 | 36 | 16.7 | 3 | 18 |
| 5 | 4 | 30 | 0.5 | 0.8 | 48 | 41.7 | 4 | 50 |
| 10 | 8 | 60 | 1 | 0.8 | 96 | 83.3 | 8 | 100 |
| 15 | 12 | 120 | 2 | 0.8 | 192 | 125 | 16 | 150 |
| 20 | 16 | 180 | 3 | 0.8 | 240 | 200 | 20 | 200 |
| 30 | 24 | 240 | 4 | 0.8 | 384 | 333.3 | 32 | 300 |
| 40 | 32 | 300 | 5 | 0.8 | 480 | 500 | 40 | 400 |
| 50 | 40 | 360 | 6 | 0.8 | 480 | 666.7 | 40 | 500 |
Esta tabla resume los valores más frecuentes en el dimensionamiento de bancos de baterías para UPS, considerando normativas IEEE e IEC. Los valores pueden variar según la eficiencia, temperatura y tipo de batería.
Fórmulas para la Calculadora de capacidad de baterías en UPS – IEEE, IEC
El cálculo de la capacidad de baterías para un UPS se basa en la energía requerida, autonomía, tensión del banco y eficiencia. Las fórmulas recomendadas por IEEE Std 485 y la IEC 61024 son:
Energía (Wh) = Potencia UPS (W) × Autonomía (h)
- Potencia UPS (W): Potencia real que debe respaldar el UPS. Se obtiene multiplicando la potencia aparente (kVA) por el factor de potencia (típicamente 0.8).
- Autonomía (h): Tiempo de respaldo requerido, en horas.
Capacidad (Ah) = Energía (Wh) / Tensión Banco (VDC) / Eficiencia
- Tensión Banco (VDC): Tensión total del banco de baterías, definida por el diseño del UPS (24V, 48V, 96V, 192V, 240V, etc.).
- Eficiencia: Considera pérdidas en el sistema. Usualmente entre 0.8 y 0.9 (80-90%).
N° Baterías Serie = Tensión Banco (VDC) / Tensión Batería (V)
- Tensión Batería (V): Tensión nominal de cada batería (comúnmente 12V, 6V o 2V).
N° Cadenas Paralelo = Capacidad Total Requerida (Ah) / Capacidad Batería (Ah)
- Capacidad Batería (Ah): Capacidad nominal de cada batería (20Ah, 50Ah, 100Ah, 150Ah, 200Ah, etc.).
Valores comunes de cada variable:
- Potencia UPS: 1-100 kVA (según aplicación).
- Factor de potencia: 0.7-1.0 (típico 0.8).
- Autonomía: 5 minutos a 8 horas (típico 10-60 minutos).
- Tensión banco: 24V, 48V, 96V, 192V, 240V, 384V, 480V.
- Eficiencia: 0.8-0.9.
- Tensión batería: 12V (más común), 6V, 2V.
- Capacidad batería: 7Ah, 18Ah, 26Ah, 42Ah, 65Ah, 100Ah, 150Ah, 200Ah, 300Ah, 400Ah, 500Ah.
Ejemplos del mundo real: Calculadora de capacidad de baterías en UPS – IEEE, IEC
Ejemplo 1: UPS de 10 kVA, autonomía 30 minutos, banco de 96VDC, baterías de 12V/100Ah
- Potencia UPS: 10 kVA
- Factor de potencia: 0.8
- Potencia real: 10,000 VA × 0.8 = 8,000 W
- Autonomía: 30 minutos = 0.5 h
- Tensión banco: 96 VDC
- Eficiencia: 0.85
- Tensión batería: 12V
- Capacidad batería: 100Ah
1. Energía requerida:
- Energía = 8,000 W × 0.5 h = 4,000 Wh
2. Capacidad del banco:
- Capacidad = 4,000 Wh / 96 V / 0.85 = 49.02 Ah
3. Número de baterías en serie:
- N° Serie = 96 V / 12 V = 8 baterías
4. Número de cadenas en paralelo:
- N° Paralelo = 49.02 Ah / 100 Ah = 0.49 (redondear a 1 cadena)
Resultado: Se requieren 8 baterías de 12V/100Ah conectadas en serie para un banco de 96V, 100Ah.
Ejemplo 2: UPS de 20 kW, autonomía 1 hora, banco de 240VDC, baterías de 12V/200Ah
- Potencia UPS: 20 kW
- Autonomía: 1 h
- Tensión banco: 240 VDC
- Eficiencia: 0.85
- Tensión batería: 12V
- Capacidad batería: 200Ah
1. Energía requerida:
- Energía = 20,000 W × 1 h = 20,000 Wh
2. Capacidad del banco:
- Capacidad = 20,000 Wh / 240 V / 0.85 = 98.04 Ah
3. Número de baterías en serie:
- N° Serie = 240 V / 12 V = 20 baterías
4. Número de cadenas en paralelo:
- N° Paralelo = 98.04 Ah / 200 Ah = 0.49 (redondear a 1 cadena)
Resultado: Se requieren 20 baterías de 12V/200Ah conectadas en serie para un banco de 240V, 200Ah.
Consideraciones adicionales según IEEE e IEC
- La IEEE Std 485 recomienda considerar la temperatura ambiente, envejecimiento y tasa de descarga para ajustar la capacidad.
- La IEC 61024 enfatiza la importancia de la eficiencia y la correcta selección de la tensión del banco.
- Se recomienda sobredimensionar la capacidad en un 10-20% para compensar degradación y condiciones adversas.
- El tipo de batería (VRLA, AGM, GEL, NiCd, Li-Ion) afecta la capacidad real y la vida útil.
- La corriente máxima de descarga debe ser compatible con la especificación de las baterías seleccionadas.
El correcto dimensionamiento de la capacidad de baterías en UPS, siguiendo IEEE e IEC, es esencial para la seguridad y confiabilidad de sistemas críticos. Utilizar herramientas como la calculadora IA y las fórmulas presentadas garantiza resultados precisos y adaptados a cada necesidad.
Para más información técnica y normativas, consulta:
- IEEE Std 485-2020: Guide for Selection and Design of Battery Systems for Stationary Applications
- IEC 61024: Protection against lightning electromagnetic impulse
- Eaton UPS Battery Runtime Calculator