¿Cómo mantener y extender la vida útil de las baterías de tu UPS?

centro de datos ups

Prolonga la vida de las baterías de tus UPS con estos consejos y garantiza la continuidad de tu negocio.

Las interrupciones por corte de energía en el centro de datos pueden ser altamente costosas. De hecho, son muchos los factores que pueden desestabilizar la energía eléctrica, por ejemplo, fallas técnicas, fenómenos naturales, tormentas eléctricas, subidas de tensión, entre otros.

ups electricidad
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Según el último informe del UpTime Institute, 43% de los propietarios y operadores encuestados confirmaron que la causa principal de las mayores interrupciones se debió a problemas de energía. Y cada 6 de 10 interrupciones les ha costado a las empresas más de $100,000 dólares.

Por fortuna, existen los Sistemas de Alimentación Ininterrumpida, mejor conocidos como UPS (por sus siglas en inglés), los cuales proporcionan energía eléctrica temporal en caso de una falla.

Son comúnmente usados para proteger hardware como computadoras, centros de datos, equipos de telecomunicaciones u otros equipos eléctricos donde una interrupción inesperada del suministro eléctrico podría causar daños materiales como, interrupciones comerciales graves, pérdidas de datos y hasta daños físicos a las personas .

Por ejemplo, en el caso del ámbito de la salud, en dónde se requiere tener equipos conectados a la red eléctrica 24/7, un sistema de alimentación ininterrumpida es completamente necesario, pues permite que los equipos médicos operen de forma continua sin arriesgar la vida de las personas que necesitan de ellas. 

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¿Cómo funcionan los UPS?

Los UPS se activan cuando la red deja de proporcionar energía eléctrica y ofrecen una ventana de tiempo para apagar los sistemas conectados a ésta de forma segura para evitar que los equipos activos sufran daños, así como para respaldar y proteger cualquier tipo de información valiosa. 

Otra de sus funciones es mejorar la calidad de la energía eléctrica que llega a las cargas, como un filtro que permea las subidas y bajadas de tensión.

Todo sistema de alimentación ininterrumpida, necesita mantenerse en un entorno con condiciones ambientales que le den calidad a la energía con que trabaja, así como protección eléctrica y un adecuado sistema de puesta a tierra. 

Internamente, los UPS se componen de una unidad de almacenamiento eléctrico, como una batería y un sistema de alimentación, de esta forma cuando el suministro principal está activo, el UPS espera y carga su batería.  Pero, si llega a ocurrir una interrupción repentina de energía, se activa para convertirse en la fuente de alimentación principal y así, el centro de datos se mantiene operando sin percatarse del cambio.

Los UPS cuentan con 4 componentes fundamentales: Rectificador, inversor, interruptor de derivación estática y las baterías UPS.

RECTIFICADOR

También conocido como el cargador, es un dispositivo electrónico que permite convertir la corriente alterna (CA) de entrada en corriente continua (CC). A su vez, ayuda a recargar las baterías mientras que la corriente continua se dirige al inversor.

Los rectificadores de UPS pueden manejar amplias fluctuaciones de voltaje de entrada, es decir, que el sistema podrá gestionar sobrecargas o picos de tensión sin tener que conectar las baterías. 

INVERSOR

Como su nombre lo indica, el inversor, invierte el flujo de corriente, convirtiendo la energía continua del rectificador o del sistema de almacenamiento de energía en energía alterna de salida requerida para alimentar la carga crítica.

Este proceso de conversión (CC a CA) y filtrado suaviza eventos como picos, caídas, sobretensiones y ruido eléctrico, asegurando que la salida final sea una forma de onda u oscilación repetitiva y estable.

INTERRUPTOR DE DERIVACIÓN ESTÁTICA

Este componente es una salvaguarda en caso de que haya una falla dentro del sistema UPS. El interruptor de derivación estática, conecta la carga automática e instantáneamente a la red eléctrica, sin pasar por el rectificador, el inversor o las baterías UPS. 

Si bien, transferir energía eléctrica no es ideal, puesto que no hay un filtrado o acondicionamiento, como suele funcionar el UPS, la función del interruptor permite que el equipo continúe operando mientras se repara o se reemplaza el UPS.

Los interruptores de derivación estáticos internos pueden confundirse con un interruptor de derivación de mantenimiento externo. Sin embargo, éste último es un beneficio adicional que permite que el UPS se apague manualmente para mantenimiento, mientras la carga crítica se alimenta directamente de la red eléctrica.

Los interruptores de derivación de mantenimiento externos agregan la posibilidad de retirar el UPS del sitio, ofrecen capacidades de aislamiento local y permiten completar todo el cableado de corriente alterna A antes de la entrega del UPS. 

BATERÍAS UPS

Todo UPS necesita de un sistema de almacenamiento de energía en caso de falla de alimentación de entrada, en este caso, las baterías.

Las baterías de los UPS almacenan y proporcionan energía de emergencia cuando ocurren eventos inesperados que afectan el flujo de energía.

Los UPS tienen al menos una cadena de baterías conectadas en serie, por lo que si una sola batería falla, también fallará toda la cadena. Es importante destacar que los nuevos equipos ya proveen módulos de baterías; los cuales son conectados en paralelo para que en caso de daño de una batería en serie no se deje de proveer energía hacia el inversor, aunque esto si reduce el tiempo de duración. 

La cantidad de baterías requeridas depende del voltaje de corriente continua del UPS. En los sistemas pequeños, las baterías suelen ser internas a la unidad. Mientras que en UPS de mayor tamaño, las baterías se alojan en sus propios gabinetes independientes.

Tipos de baterías UPS

Hay tres tipos principales de baterías que se utilizan en los UPS: níquel-cadmio, plomo-ácido (VRLA y VLA) y iones de litio. Éstas baterías funcionan y se eligen dependiendo de las necesidades específicas requeridas.

PLOMO – ÁCIDO

Las baterías de plomo-ácido tienen un historial comprobado de confiabilidad cuando se usan en un UPS. En aplicaciones de gran potencia, donde el peso no es la principal preocupación, brindan la opción más económica. Además, brindan un excelente rendimiento y eficiencia con baja impedancia interna y alta tolerancia al tratamiento inadecuado.

Los hay de dos tipos:

VRLA (ácido de plomo regulado por válvula)

Las baterías VRLA UPS están selladas y se pueden montar en cualquier orientación. Este tipo de batería está equipada con una válvula que ventila cualquier acumulación de gas a la atmósfera. Por lo general, no requieren mantenimiento directo, es decir, no es necesario agregar agua, ya que el hidrógeno liberado durante la carga se recombina internamente con oxígeno para formar agua. Es recargable y se compone de varias celdas de plomo-ácido conectadas en serie en un solo contenedor. Estas celdas, tienen dos placas de plomo colgadas en una solución electrolítica y acuosa de ácido sulfúrico.

Mientras está en uso, la batería genera energía al reducir las placas de plomo, convirtiéndolas en óxido de plomo-sulfúrico. Cuando la batería se carga, el proceso se invierte, es decir este óxido de plomo-sulfúrico se descompone y regresa a ser plomo puro y ácido sulfúrico. El proceso de inversión requiere que se libere el gas hidrógeno antes de que pueda mezclarse por completo con el agua dentro del contenedor de la batería. De esta manera se evita la acumulación de hidrógeno gaseoso, que puede ocasionar que la batería explote y también se utiliza un respiradero para aliviar la presión.

Por lo general, tienen una vida útil de diseño de 5 o 10 años y una vida útil de servicio de 3 a 5 años. Se almacenan mejor en una habitación seca y climatizada a una temperatura de 20-25 °C. Al estar selladas, es posible montarlas de forma vertical u horizontal, por lo que pueden ser usadas en bandejas de montaje tipo rack o gabinetes externos, lo cual para una instalación de centro de datos puede funcionar muy bien.

Existen dos tipos principales de baterías VRLA que se distinguen por su composición de electrolitos: material de vidrio absorbido (AGM), donde el electrolito se mantiene dentro de un separador de microfibra de vidrio altamente poroso. Y gel, que tiene un electrolito gel hecho de una mezcla de ácido sulfúrico y sílice.

Estas baterías han sido durante mucho tiempo el tipo de batería UPS más popular, pues son accesibles y fácilmente disponibles, por lo tanto, también relativamente más económicas que el resto.

VLA (celda húmeda inundada/ventilación abierta)

Estas baterías tienen placas inundadas de ácido electrolítico para desencadenar una reacción química. Al no estar sellados, el hidrógeno generado durante su funcionamiento se escapa directamente al medio ambiente, por lo que los sistemas de ventilación deben ser más potentes que los de VRLA y dimensionados adecuadamente.

Cuando la batería está en funcionamiento, el ácido se une a las placas de plomo provocando una reacción química que envía una corriente eléctrica a través del circuito adjunto. Este líquido debe medirse y mantenerse cuidadosamente vigilado para que la batería funcione de forma óptima, por lo que se requiere una inspección y mantenimiento periódico.

Este tipo de baterías puede dañarse si existe una manipulación forzada o si no se encuentra en las condiciones ambientales idóneas, la solución electrolítica podría evaporarse o congelarse según el caso. Se usan comúnmente en automóviles, fuentes de alimentación ininterrumpidas estacionarias de gran tamaño y sistemas de energía autónomos, entre otros.

Pueden proporcionar una vida útil de diseño más larga, hasta de 20 años, pero requieren mayor mantenimiento en comparación con sus contrapartes VRLA. Deben mantenerse a una temperatura constante entre los 20 -25°C para evitar reducir su vida útil o incluso causar algún daño. Se utilizan en instalaciones grandes y deben colocarse en una sala dedicada con instalaciones de lavado en caso de fugas de ácido. Como no se encuentran selladas, necesitan estar en posición vertical y no se pueden usar en gabinetes, por lo que no son adecuados para entornos de oficinas o instalaciones de centros de datos.

IONES DE LITIO (Li-Ion)

Las baterías de iones de litio (Li-ion) están basadas en una tecnología que utiliza los iones de litio como un componente clave de su electroquímica. Es un tipo de batería recargable mediante iones de litio que se mueven entre los electrodos negativo (ánodo) y positivo (cátodo). Son capaces de tener un voltaje muy alto y almacenamiento de carga por unidad de masa y volumen.

Aunque se pueden usar distintos materiales como electrodos, la combinación más común es la de óxido de cobalto de litio (cátodo) y grafito (ánodo) que podemos encontrar en dispositivos electrónicos portátiles como celulares y computadoras portátiles. Otros materiales de cátodo que se pueden utilizar, son el óxido de manganeso de litio y fosfato de hierro y litio. Al ser adecuadas para almacenar energía de alta capacidad, se utilizan también en robots industriales, equipos de producción y automóviles.

Actualmente, se perciben como la nueva generación de baterías que poco a poco ha ganado popularidad en el mercado. 

Las baterías Li-Ion incluyen una mayor confiabilidad que las baterías VRLA/SLA tradicionales. Con esta gran ventaja, han logrado convertirse en una alternativa atractiva para operar de forma eficiente los centros de datos, donde la disponibilidad de la energía tiene la máxima prioridad. No solo cada celda de las baterías de iones de litio es más segura y estable, sino que cada módulo de batería tiene un controlador electrónico que verifica continuamente cada celda en busca de cualquier señal de cambio en el rendimiento.

Otro beneficio de las baterías UPS de iones de litio es que son mucho más pequeñas y livianas debido a su densidad de potencia. Así mismo, suelen producir menor calor residual y esto ayuda a reducir costos de refrigeración y así como menor huella de carbono.

Aunque es una solución inicial más costosa que otras, a pesar de sus grandes beneficios, la vida útil de la batería de UPS de iones de litio es al menos el doble que la de los equivalentes de VRLA. Lo que reduce el costo de capital y la inversión en general.

NÍQUEL – CADMIO

La batería de níquel-cadmio (batería de NiCd) es un tipo de batería recargable que utiliza hidróxido de óxido de níquel y cadmio metálico como electrodos. Se conforman por dos grupos de placas con la misma estructura, la placa positiva contiene hidróxido de níquel y grafito, mientras que la placa negativa contiene hidróxido de cadmio. Estos materiales activos se colocan en un recipiente de polipropileno perforado con postes unidos mecánicamente para formar una placa rectangular.

Inventadas en Suecia por Waldemar Junger en 1899, las primeras baterías de NiCd disponibles comercialmente se introdujeron a principios del siglo XX. Solían ser una opción popular para las instalaciones de telecomunicaciones. Y todavía se usan para aplicaciones de UPS en lugares con temperaturas ambientales muy altas.

Las baterías NiCd requieren mantenimiento en forma de relleno con agua, especialmente en aplicaciones de alto ciclo o bajo tasas de carga elevadas con algunas metodologías de carga.

Tienen una vida útil de 20 años aproximadamente, también ofrecen la capacidad de manejar un amplio rango de temperatura ambiente (-20 °C a +40 °C) y tolerancia a descargas profundas. Además ofrecen tiempos de almacenamiento prolongados y alta protección contra el tratamiento inadecuado.

Sin embargo, son mucho más caras que la variedad VRLA más tradicional. Y debido a que el níquel y el cadmio son materiales tóxicos, esto hace que los procesos de eliminación y reciclaje al final de la vida útil sean muy costosos.

¿Cómo alargar la vida útil de las baterías UPS?

Las baterías son el corazón del UPS y a su vez, son el componente con más probabilidades de fallar. Éstas pueden agotarse por muchas razones, entre ellas temperaturas inestables (altas o bajas), falta de mantenimiento, descuidos en la operación, entre otros.

Aunque su vida útil puede extenderse, es necesario diferenciar entre vida útil del diseño y vida útil del servicio.

La vida útil del diseño se refiere a los años que la batería opera en un ambiente controlado, con una temperatura estable y se encuentra continuamente cargada sin cortes de energía. Prácticamente un ambiente de laboratorio (condiciones ideales) difícilmente comparable con situaciones críticas reales de funcionamiento. Se puede esperar una vida útil de entre 5 y 10 años dependiendo de la batería. 

La vida útil del servicio, por otro lado, se refiere a la vida útil en años antes de que la batería alcance el 80% de su capacidad nominal, es decir, la potencia máxima que demanda una máquina o aparato en condiciones de uso normales, o en otras palabras, la potencia, para la que fue diseñada. A partir de que la batería alcance el 80% de su capacidad, el proceso de deterioro se acelera y será necesario reemplazar la batería. Esto puede variar dependiendo de la batería, en algunos casos es hasta de 5 años.

Fuente: ATN Ingeniería y Servicios

Es por eso que, queremos compartir nuestras mejores recomendaciones para cuidar de las baterías de tus UPS.

  • Busca la temperatura ideal: Elige el mejor lugar para instalar la unidad e identifica la temperatura ideal de tu batería para asegurarte de mantenerla controlada. Si llegara a bajar o a subir esto puede afectar directamente el rendimiento de todo el sistema UPS.
  • Evita el almacenamiento innecesario: Las baterías nuevas pueden almacenarse por períodos de entre 6 y 12 meses, después de su fecha de compra. Pasado este tiempo, comenzarán a perder carga y por lo tanto, serán menos eficientes cuando se requiera usarlas.
  • Realiza una calibración constante: Calibrar el tiempo de ejecución ayuda a extender la vida útil de las baterías UPS. Una o dos veces al año es suficiente para mantener las baterías en buen estado, ya que una calibración excesiva puede reducir significativamente su vida útil.
  • Cuida la carga: Procura no superar la capacidad nominal de la unidad UPS, pues al aumentar la carga la autonomía y tiempo de ejecución disminuye. Cuando se presenta una falla en el suministro de alimentación, un UPS cargado a su máxima capacidad consumirá la batería velozmente y existe la posibilidad de que reduzca considerablemente la vida útil de la batería.
  • Utiliza estrategias de ahorro: El modo económico de los UPS, también conocido como ECOnversion, representa un ahorro de energía del 3,3%, es decir, $10.000 dólares al año por un centro de datos con una clasificación de 1 MW con 50% de carga. ​​Además de mejorar los costos de operación, utilizar este modo, puede extender la vida útil de tu UPS debido a que disminuye la temperatura en alguno de sus componentes. 
  • Implementa mantenimiento: Es sabido por expertos que las baterías son diseñadas para ser duraderas y de bajo mantenimiento. Sin embargo, ignorar las medidas de cuidado y mantenimiento puede ocasionar fallos graves con el tiempo. Atiende oportunamente los fallos y desgastes de tus UPS, pero sobre todo te recomendamos implementar un sistema de mantenimiento preventivo y predictivo para asegurarte que todos los componentes están en óptimo estado y poder predecir y prevenir eventos futuros. Las inspecciones periódicas y prestar atención al almacenamiento también son importantes. Puesto que, el almacenamiento también es un factor interesante en la vida útil de una batería de UPS. Es decir, cuando una batería no se usa, acorta su ciclo de vida. 

Si buscas las mejores condiciones de respaldo de energía para aplicaciones de misión crítica, en ATN podemos ayudarte a solucionar tu problema y evitar que descargas, cortes en la electricidad, fenómenos naturales o cualquier fallo inesperado ponga en riesgo tu operación.

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