Calculadora de potencia de UPS: calcula tu SAI ideal

Calculadora de potencia para UPS ayuda a dimensionar SAI según carga y requisitos técnicos esenciales.

Este artículo técnico explica cálculo, fórmulas, ejemplos prácticos y selección de equipos con precisión normativa.

Fundamentos eléctricos y definiciones clave

Antes de calcular la potencia de un UPS (SAI), es imprescindible distinguir entre VA y W, y comprender el factor de potencia (PF), la eficiencia del UPS y la autonomía deseada.

VA vs W

VA (voltio-amperio) representa la potencia aparente; W (watio) la potencia activa consumida por la carga. La relación básica es:

Explicación de variables y valores típicos:

• Potencia_activa (W): energía útil consumida. Valores típicos: servidor 400–1000 W, switch 50–300 W.
• Factor_de_potencia (PF): relación W/VA. Valores típicos: 0.7–0.95. Equipos modernos informáticos ≈0.9–0.99 si usan fuentes con corrección PF.
• Potencia_aparente (VA): capacidad nominal del UPS. Se selecciona en base a VA_total requerido.

Eficiencia y pérdidas

La eficiencia del UPS (η) afecta la energía de salida y el calor disipado. Fórmula de relación entre entrada y salida:

Variables y valores típicos:

• Eficiencia (η): 0.88–0.98 dependiendo del modo (online, eco, standby).
• Temperatura ambiente: afecta rendimiento de baterías y eficiencia.

Componentes críticos en el cálculo

Listado de cargas y clasificación

Para dimensionar correctamente se debe inventariar cada carga con su W o A y tipo (resistiva, inductiva, electrónica). Ejemplo de clasificación:

• Cargas críticas: servidores, almacenamiento, equipo de red, equipos médicos.
• Cargas no críticas: iluminación no esencial, UPS secundarios si aplican.

Autonomía y capacidad de baterías

La autonomía requerida (t) en minutos u horas determina la capacidad de baterías. Fórmula básica de energía necesaria:

Capacidad de batería en Ah (a un voltaje nominal Vb):

Valores típicos:

• Voltaje_batería (Vb): 12 V por batería en bancos series; sistemas comunes 48 V para UPS de rack/torre.
• Profundidad_de_descarga (DoD): 0.5 – 0.8 dependiendo de tipo (ventajas de limitar DoD para vida útil).
• Eficiencia_batería: 0.9 – 0.98 (pérdidas internas y conversión).

Método paso a paso para calcular la potencia necesaria

1. Inventario de cargas: lista cada equipo con W o A y PF si está disponible.
2. Suma de Potencia_activa_total (W): sumar todos los W.
3. Conversión a VA: VA_total = Potencia_activa_total (W) ÷ PF_promedio.
4. Aplicar margen de seguridad: multiplicar por factor de crecimiento (1.1 a 1.25 típico).
5. Seleccionar UPS comercial con VA_suficiente y capacidad de corriente adecuada.
6. Calcular autonomía y dimensionar baterías con fórmulas indicadas.

Fórmulas principales (usando solo HTML)

1) Suma de potencias activas:

2) Conversión a VA:

3) Aplicar margen (factor_seguridad):

4) Cálculo de energía para autonomía:

5) Capacidad de batería (Ah) a voltaje Vb:

Consideraciones avanzadas

Factor de arranque y cargas no lineales

Algunas cargas presentan corrientes de arranque elevadas (motores, compresores, HVAC). Los UPS tienen límites de corriente de arranque; es esencial verificar la capacidad de sobrecarga del UPS (por ejemplo 150% por 30 s).

Armónicos y distorsión

Equipos con fuentes conmutadas generan armónicos; elegir UPS con filtrado adecuado o con Topología Online doble conversión para mantener calidad de energía.

Redundancia y configuración N+1

Para alta disponibilidad se puede utilizar configuración N+1 o 2N. En N+1, la capacidad total instalada = carga total × (1 + 1/N). Ejemplo N+1 con 3 módulos (N=2): factor_redundancia = 1 + 1/2 = 1.5.

Ejemplos reales con desarrollo completo

Ejemplo 1: Pequeña sala de servidores (single-phase) — Selección de UPS y cálculo de batería

Datos:

• 3 servidores con consumo nominal 450 W cada uno → 3 × 450 = 1350 W
• 1 switch core 200 W
• 1 almacenamiento NAS 300 W
• PDUs y monitorización 50 W
• PF medio estimado: 0.95
• Tiempo de respaldo requerido: 30 minutos (0.5 h)
• Voltaje del banco de baterías: 48 V
• DoD seleccionada: 0.5 (50%), eficiencia batería: 0.95
• Factor de seguridad: 1.15 (crecimiento futuro)

Cálculos paso a paso:

1) Suma de potencias activas (W_total):

2) VA requerido (usando PF medio):

3) Aplicar factor de seguridad:

Selección de UPS: buscar un UPS comercial ≥2300 VA; se suele elegir un 3000 VA/2700 W (valor comercial estándar).

4) Energía necesaria para 30 minutos:

5) Capacidad en Ah a 48 V:

Conclusión práctica:

• Elegir UPS 3000 VA con salida ≈2700 W (suficiente frente a 1900 W).
• Banco de baterías ≈48 V con capacidad neta usable ≈42 Ah. Se utiliza normalmente un paquete comercial de 48 V 50 Ah para garantizar margen y vida útil.

Ejemplo 2: Armario de telecomunicaciones con redundancia N+1 (tres módulos) — Tres fases no necesario

Datos:

• Carga total estimada: 6000 W (equipos de telecom, routers, sistemas de enfriamiento local)
• PF medio: 0.9
• Redundancia deseada: N+1 con tres módulos (cada módulo igual)
• Autonomía requerida: 1 hora
• Voltaje banco: 240 V DC (ejemplo para grandes bancos) o 48 V; escogeré 240 V para cálculo
• DoD 0.6, eficiencia batería 0.95

Cálculos:

1) VA sin redundancia:

Por lo tanto, elegir tres módulos de UPS de 3.3 kVA cada uno (3 × 3333 ≈ 10000 VA) o módulos de 5 kVA configurados apropiadamente.

3) Energía para 1 hora:

4) Capacidad Ah a 240 V:

En términos prácticos, usar un banco de baterías de 240 V con capacidad nominal cercana a 50 Ah para cubrir margen y envejecimiento.

Consideraciones adicionales:

• Compatibilidad de sincronización entre módulos, distribución de cargas por bus.
• Coordinar mantenimiento: con N+1, mantenimiento de un módulo mantiene continuidad.

Tablas de selección rápida y ejemplos de equipos comerciales

Correcciones por temperatura y envejecimiento

La capacidad útil de las baterías disminuye con la temperatura elevada. Normas y manuales suelen indicar corrección por cada grado por encima de 20°C: reducción típica ≈1–2% por °C.

• Si temperatura ambiente = 30°C, reducir capacidad útil ≈10% (ejemplo 1% por °C × 10°C).
• Diseñar con margen adicional para envejecimiento (10–20% reserva recomendada).

Normativa, estandarización y referencias

Para diseño y pruebas se deben consultar normas internacionales y guías de fabricantes. Referencias clave:

• IEC 62040-1/2/3: Requisitos de seguridad, compatibilidad electromagnética y especificaciones de rendimiento de UPS. https://www.iec.ch
• IEC 61427: Requisitos para baterías acopladas a sistemas fotovoltaicos y de respaldo. https://www.iec.ch
• IEEE 446 (Red Book) y IEEE Std 1184 para sistemas de alimentación en instalaciones críticas. https://www.ieee.org
• NFPA 70 (NEC) y NFPA 75 para instalaciones eléctricas y protección de equipos de información. https://www.nfpa.org
• Guías de fabricantes: Schneider Electric, Eaton, Vertiv, APC by Schneider Electric para datos de eficiencia, curvas de descarga y configuración modular.

Documentación técnica recomendada

1. Manuales de capacidad y curvas de descarga del fabricante del UPS y baterías.
2. Especificaciones del equipo a proteger (datasheets de servidores, switches, etc.).
3. Normas locales de instalación y códigos eléctricos (p. ej. reglamento de baja tensión en cada país).

Buenas prácticas de instalación y verificación

• Realizar medición in situ de consumo y factor de potencia con registrador de energía antes de dimensionar.
• Dimensionar conductores y protecciones según corriente nominal del UPS en configuración de entrada/salida.
• Permitir circuito de bypass para mantenimiento y pruebas con transferencia segura.
• Probar autonomía con carga real y registrar curvas de descarga para validar diseño.
• Plan de mantenimiento preventivo de baterías y pruebas periódicas (carga completa cada 6–12 meses según políticas).

Resumen de fórmulas prácticas y checklist

Fórmulas rápidas recapituladas:

• W_total = Σ W_i
• VA_requerido = W_total ÷ PF_medio
• VA_dimensionado = VA_requerido × Factor_seguridad
• Wh_necesarios = W_total × Tiempo_horas
• Ah_requeridos = Wh_necesarios ÷ Vb ÷ DoD ÷ Eficiencia_batería

Checklist mínimo antes de elegir un UPS:

1. Inventario de cargas con W y PF reales.
2. Decidir redundancia (simple, N+1, 2N).
3. Definir autonomía objetivo y margen térmico.
4. Verificar curvas y especificaciones del UPS elegido.
5. Plan de puesta en marcha y pruebas de falla de red.

Fuentes y enlaces externos de autoridad

• IEC - International Electrotechnical Commission: https://www.iec.ch (consultar familia IEC 62040)
• IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers: https://www.ieee.org
• NFPA - National Fire Protection Association: https://www.nfpa.org
• Schneider Electric guía de selección de UPS: https://www.se.com
• Eaton UPS & Battery Guides: https://www.eaton.com

Notas finales y recomendaciones técnicas

Dimensionar un UPS requiere datos medidos siempre que sea posible; las estimaciones deben incluir márgenes por crecimiento, temperatura y envejecimiento de baterías. Implementar redundancia cuando la criticidad del servicio lo justifique y validar la solución con pruebas de descarga reales y verificación de calidad de energía.

Si necesita, puedo calcular su UPS ideal si proporciona lista de equipos, consumos (W o A), factor de potencia cuando esté disponible, voltaje del sistema y autonomía requerida.