Cómo calcular el tiempo de ejecución del UPS: fórmula, ejemplos y tamaño de la batería 

¿Cuánto tiempo mantendrá un UPS el equipo en funcionamiento durante un corte de energía? La respuesta depende de algo más que el número VA impreso en el panel frontal. El tiempo de ejecución del UPS está determinado por la carga real conectada, la energía de la batería, la eficiencia del inversor, la capacidad de descarga utilizable, el estado de la batería y la temperatura de funcionamiento.

Respuesta rápida: Una estimación de planificación práctica es:

Tiempo de funcionamiento (horas) ≈ Voltaje del banco de baterías × amperios-hora × cadenas paralelas × eficiencia × factor de capacidad utilizable ÷ carga conectada en vatios

Esta fórmula es útil para el dimensionamiento inicial, pero no es un tiempo de ejecución garantizado. El comportamiento de la descarga de plomo-ácido no es lineal y los sistemas reales también tienen límites de corte del inversor, envejecimiento de la batería, pérdidas en los cables y efectos de la temperatura. La selección final debe utilizar los datos de tiempo de ejecución del fabricante del UPS y un cálculo de batería específico de la aplicación.

Los cinco insumos que necesitas

Antes de calcular el tiempo de respaldo de la batería del UPS, recopile estos valores:

1. Carga conectada en vatios: la potencia real consumida por todos los equipos que permanecerán encendidos durante un corte.
2. Clasificaciones de vatios y VA del UPS: la carga debe permanecer por debajo de ambos límites.
3. Tensión CC del banco de baterías: el voltaje combinado de baterías conectadas en serie.
4. Capacidad de la batería en amperios-hora: la clasificación Ah de una serie de cadenas; Las cadenas paralelas aumentan el Ah total.
5. Factores de eficiencia y reducción de potencia: tolerancias para pérdidas del inversor, profundidad de descarga utilizable, antigüedad de la batería y temperatura.

Si falta alguno de estos valores, el resultado puede ser engañoso.

VA, vatios y vatios-hora no son lo mismo

Muchos errores de dimensionamiento de UPS comienzan por tratar VA, vatios y vatios-hora como intercambiables.

La relación básica entre vatios y VA es:

Vatios = VA × Factor de potencia

Por lo tanto:

VA requerido = Watts de carga ÷ Factor de potencia

Ejemplo: si el equipo consume 1.800 W y el factor de potencia aplicable es 0,9:

1.800 W ÷ 0,9 = 2.000 VA

El UPS debe soportar al menos 1.800 W y 2.000 VA. Luego se debe agregar un margen de planificación y una asignación de crecimiento futuro antes de elegir el modelo final.

Fórmula de tiempo de ejecución de UPS paso a paso

Paso 1: Calcule la energía nominal de la batería

Para una cadena de baterías:

Energía nominal de la batería (Wh) = voltaje del bus de CC × Ah de la batería

Si se conectan cadenas idénticas en paralelo:

Energía nominal de la batería (Wh) = voltaje del bus de CC × Ah × número de cadenas paralelas

En una cadena en serie, los voltajes de la batería se suman, pero la clasificación Ah no. En cadenas paralelas, la capacidad Ah aumenta mientras que el voltaje de la cadena permanece igual.

Paso 2: aplicar eficiencia

El inversor y los componentes internos del UPS consumen energía. Un cálculo de planificación puede aplicar un factor de eficiencia como 0,85 a 0,95, dependiendo del sistema y la carga.

Energía después de las pérdidas de conversión = Wh nominal × eficiencia del UPS

Utilice los datos reales del fabricante cuando estén disponibles.

Paso 3: Aplicar factores de condición y capacidad utilizable

Una batería no debe ser tratada como si el 100% de su energía nominal siempre llegara a la carga. Aplicar factores para:

• voltaje de descarga mínimo permitido;
• química de la batería y tasa de descarga;
• edad y estado de salud;
• temperatura ambiente;
• reserva de diseño;
• Pérdidas en cables y conexiones.

Para la planificación preliminar, estos pueden combinarse en un factor de capacidad utilizable. El valor correcto debe provenir de los requisitos de diseño de la batería y del UPS.

Paso 4: Divida la energía utilizable por la carga

Tiempo de funcionamiento (horas) = Energía utilizable de la batería (Wh) ÷ Carga (W)

Multiplica por 60 por minutos:

Tiempo de ejecución (minutos) = Tiempo de ejecución (horas) × 60

Ejemplo resuelto 1: bastidor de servidor pequeño

Supongamos:

• carga conectada: 800 W;
• banco de baterías: 48 V, 100 Ah;
• una cadena de baterías;
• eficiencia de planificación: 90%;
• factor de capacidad utilizable: 70%.

Energía nominal:

48 V × 100 Ah = 4800 Wh

Energía útil estimada:

4.800 Wh × 0,90 × 0,70 = 3.024 Wh

Tiempo de ejecución de planificación:

3024 Wh ÷ 800 W = 3,78 horas, o aproximadamente 227 minutos

Esta es una estimación de energía simplificada. El tiempo de ejecución real puede ser más corto porque la capacidad de plomo-ácido cambia con la tasa de descarga, la antigüedad de la batería y el voltaje de corte. Se requiere una curva de tiempo de ejecución del fabricante antes de prometer 227 minutos a un usuario final.

Ejemplo resuelto 2: Carga comercial trifásica

Supongamos:

• carga crítica: 10.000 W;
• Banco de baterías CC: 384 V, 100 Ah;
• una cadena de baterías;
• eficiencia de planificación: 92%;
• factor de capacidad utilizable: 70%.

Energía nominal:

384 V × 100 Ah = 38.400 Wh

Energía útil estimada:

38.400 Wh × 0,92 × 0,70 = 24.729,6 Wh

Tiempo de ejecución de planificación:

24.729,6 Wh ÷ 10.000 W = 2,47 horas, o aproximadamente 148 minutos

Este ejemplo muestra cómo funciona la fórmula, no un diseño universal. La cantidad de batería, el voltaje de CC y la capacidad de carga deben coincidir con el UPS seleccionado. Los sistemas de baterías de alto voltaje requieren ingeniería profesional, dispositivos de protección y procedimientos de instalación seguros.

Por qué el tiempo de ejecución real del UPS suele ser inferior al cálculo ideal

Un cálculo ideal divide los vatios-hora nominales por los vatios de carga. El tiempo real de respaldo de la batería se ve afectado por condiciones adicionales.

Tasa de descarga de la batería

Las baterías de plomo-ácido ofrecen menos capacidad utilizable a altas velocidades de descarga de lo que podría sugerir un simple cálculo de Ah. Este comportamiento es una de las razones por las que el tiempo de ejecución no cambia de forma perfectamente lineal con la carga.

Edad de la batería

La capacidad de la batería disminuye con el tiempo. Un sistema diseñado únicamente para el rendimiento de una batería nueva puede no cumplir con el tiempo de ejecución requerido cerca del final del intervalo de reemplazo.

Temperatura

Las bajas temperaturas pueden reducir la capacidad disponible. Las altas temperaturas pueden aumentar temporalmente la producción pero acelerar el envejecimiento de la batería. La sala de baterías debe permanecer dentro del rango operativo recomendado.

Corte y reserva de UPS

El inversor deja de descargarse antes de que la energía teórica de la batería llegue a cero. Esto protege la batería y mantiene el control del sistema.

Cambios de carga

Los servidores, ventiladores de refrigeración, motores y equipos industriales no siempre consumen energía constante. Las corrientes de arranque y los picos de carga deben incluirse en el diseño.

¿Cuánto espacio libre de UPS debería agregar?

Después de calcular la carga conectada, agregue capacidad para el margen operativo y el crecimiento esperado. Un punto de partida comúnmente utilizado es aproximadamente entre un 20% y un 25% por encima de la carga actual, pero el margen apropiado depende de la aplicación.

Evite ambos extremos:

• Muy poco espacio libre: aumenta el riesgo de sobrecarga, reduce la capacidad de expansión y puede acortar el tiempo de ejecución.
• Sobredimensionamiento excesivo: aumenta el costo de compra y puede operar el UPS muy por debajo de su rango de diseño eficiente.

Para instalaciones modulares, la capacidad se puede ampliar por etapas. USYTU UPS modular en bastidor YT-UM de 10 a 200 kVA admite configuraciones modulares para cargas críticas en crecimiento.

Planificación del tiempo de ejecución de UPS por aplicación

El tiempo de ejecución debe basarse en el objetivo operativo. "El mayor tiempo posible" no es un requisito de ingeniería completo.

Selección de baterías para el tiempo de ejecución del UPS

La selección de la batería debe coincidir con el sistema de carga del UPS, el voltaje de CC, la corriente de descarga y el entorno de instalación.

USYTU proporciona una categoría de producto de batería con múltiples capacidades de batería de almacenamiento de 12 V. Los compradores que evalúen sistemas de tiempo de ejecución extendido pueden revisar la Batería de almacenamiento de 12V 100Ah y Batería de almacenamiento de 12V 200Ah como productos de referencia.

No seleccione una batería solo por Ah. Confirmar:

• química de la batería y uso previsto en espera;
• tensión nominal y de carga;
• datos de descarga de potencia constante o corriente constante;
• capacidad de corriente de terminales y cables;
• configuración en serie y paralelo;
• ciclo de vida esperado y vida de flotación;
• temperatura de funcionamiento;
• espacio para estantes o gabinetes;
• requisitos de ventilación y seguridad;
• método de seguimiento y mantenimiento;
• compatibilidad con el cargador UPS.

Mezclar baterías de diferentes edades, capacidades o condiciones en una sola cadena puede reducir la confiabilidad.

Un flujo de trabajo práctico para dimensionar UPS

1. Cree la lista de cargas críticas

Registre cada dispositivo, sus vatios medidos, VA o factor de potencia, comportamiento de inicio y prioridad. Retire el equipo que no necesite respaldo de batería.

2. Calcula Watts y VA

Suma la potencia real en vatios y la potencia aparente en VA. El UPS seleccionado debe cumplir ambas clasificaciones.

3. Agregar margen de diseño

Incluir un margen operativo razonable y una expansión futura conocida.

4. Establecer el objetivo de tiempo de ejecución

Especifique el tiempo de ejecución con la carga esperada, no con un porcentaje arbitrario impreso en un folleto.

5. Elija la topología del UPS

Para aplicaciones sensibles, de misión crítica o con redes deficientes, un sistema UPS en línea Puede proporcionar acondicionamiento de energía continuo de doble conversión y tiempo de transferencia cero a la batería.

6. Dimensionar el sistema de batería

Calcule un requisito de energía preliminar y luego verifíquelo utilizando el UPS seleccionado y los datos de descarga de la batería.

7. Planificar la instalación y el mantenimiento

Incluya disposiciones de derivación, disyuntores, cables, bastidores de baterías, ventilación, monitoreo, pruebas periódicas y reemplazo de baterías.

Hoja de trabajo de RFQ para una cotización de tiempo de ejecución de UPS

Proporcione la siguiente información para obtener una propuesta precisa:

Preguntas frecuentes

¿Se puede calcular el tiempo de ejecución del UPS únicamente a partir de VA?

No. VA describe la capacidad de energía aparente, no la energía almacenada. Los cálculos del tiempo de ejecución requieren la carga real en vatios e información sobre el sistema de batería.

¿Duplicar la batería Ah duplica el tiempo de ejecución?

En condiciones idénticas, duplicar la energía utilizable de la batería puede aproximadamente duplicar el tiempo de funcionamiento. En la práctica, se deben verificar la tasa de descarga, los límites de carga del UPS, la configuración de la batería y las pérdidas del sistema.

¿Un UPS más grande funciona automáticamente por más tiempo?

No. Una potencia nominal mayor significa que el UPS puede soportar una carga mayor. El tiempo de ejecución depende principalmente de la energía de la batería y de la carga conectada. Dos sistemas UPS con la misma clasificación de kVA pueden tener tiempos de ejecución muy diferentes.

¿Cuánto tiempo funcionará una batería de 100 Ah en un UPS?

No puede determinarse únicamente a partir de Ah. También se requieren el voltaje de la batería, la cantidad de baterías, los vatios de carga, la eficiencia del UPS, la tasa de descarga y el voltaje de corte.

¿Por qué el tiempo de ejecución del fabricante difiere de mi fórmula?

Los datos del fabricante pueden tener en cuenta curvas reales de descarga de la batería, comportamiento del inversor y límites de corte. Una fórmula simple es sólo una estimación de planificación.

¿Se debe probar el tiempo de ejecución después de la instalación?

La puesta en servicio debe verificar el UPS, alarmas, bypass, sistema de baterías y monitoreo. Cualquier prueba de tiempo de ejecución controlado debe seguir las instrucciones del fabricante porque una descarga completa puede dejar temporalmente la carga crítica sin una reserva adecuada de batería.

Conclusión

Para estimar el tiempo de ejecución del UPS, convierta el banco de baterías en vatios-hora utilizables y divídalo por la carga real conectada. Luego trate el resultado como un valor de planificación, no como una garantía. El tiempo de ejecución final debe verificarse con el UPS seleccionado, los datos de descarga de la batería, los límites de corte del sistema y las condiciones del sitio.

Para un cálculo personalizado, envíe los vatios y VA de carga crítica, el tiempo de ejecución requerido, la potencia de entrada/salida, el objetivo de redundancia y el entorno de instalación. Comuníquese con USYTU para obtener ayuda sobre el dimensionamiento de baterías y UPS.