Los términos factor de potencia, factor de cresta y
factor de sobretensión se refieren a fenómenos completamente diferentes y no
relacionados. Estas características a menudo se especifican para los sistemas
UPS y, a veces, los clientes las incluyen en las especificaciones.
 El factor de potencia es una cantidad que tiene
implicaciones importantes al dimensionar un sistema UPS y un equipo de
distribución de energía. La potencia es una medida de la tasa de suministro de
energía y en los circuitos eléctricos de CC(corriente continua) se expresa como el producto matemático de
voltios y amperios (potencia = voltios x amperios). Sin embargo, en  el sistema de alimentación de CA (corriente
alterna), se introduce una complicación; es decir, que parte de la corriente CA
(amperios) puede entrar y salir de la carga sin suministrar energía. Esta
corriente, llamada corriente reactiva o armónica, da lugar a una potencia
“aparente” (Voltios x Amperios) que es mayor que la potencia real consumida.
Esta diferencia entre la potencia aparente y la potencia real da lugar al
factor de potencia.

 
El factor de potencia es igual a la relación entre la
potencia real y la potencia aparente. La potencia aparente se expresa como
valor nominal de voltios-amperios o VA. Por lo tanto, la potencia real en
cualquier sistema de CA es la clasificación VA multiplicada por el factor de
potencia.
 
Para muchos tipos de equipos eléctricos, la diferencia
entre la potencia aparente (VA) y la potencia real (vatios) es muy pequeña y
puede ignorarse, pero para algunas computadoras la diferencia es muy grande e
importante. Muchas computadoras personales de escritorio presentan una carga no
lineal al suministro de CA. Esto se debe a que tienen un diseño de fuente de
alimentación conocido como «fuente de alimentación conmutada
de entrada de condensador». En un estudio
realizado por PC
Magazine, se descubrió que los sistemas típicos de
computadoras personales exhiben un factor de potencia de .65, lo que significa
que la potencia aparente (VA) era un 50 % mayor que la potencia real (vatios).
 
 
Los equipos de tecnología de la información (TI),
incluidos servidores, enrutadores, concentradores y sistemas de almacenamiento,
utilizan casi universalmente un diseño de fuente de alimentación diferente
conocido como «Factor de potencia corregido».
Estos dispositivos presentan una carga muy lineal al suministro de
CA y no generan corrientes armónicas. De hecho, son una de las cargas más
limpias de la red eléctrica y generan menos corriente armónica que muchos otros
dispositivos, como luces fluorescentes o motores de velocidad variable. Hace
diez años, estos dispositivos eran cargas no lineales como computadoras
personales, pero hoy en día todas estas cargas están sujetas a la norma
internacional IEC 1000-3-2 que exige que se fabriquen con el diseño de
«Factor de potencia corregido».
 
 

 

Dimensionamiento de un SAI

Para dimensionar un SAI y garantizar que la capacidad de salida del
SAI sea suficiente, tanto la clasificación en VA como la clasificación en
vatios de la carga son importantes. La clasificación de vatios del UPS se
relaciona con la cantidad de energía que puede entregar, y la clasificación de
VA del UPS se relaciona con la cantidad de corriente que puede entregar. No se
puede exceder la clasificación en vatios ni en VA del SAI. En la práctica, el
mejor enfoque es dimensionar un SAI según la clasificación de vatios de la
carga. Esto es particularmente cierto para las instalaciones de TI más grandes
donde los factores de potencia de las cargas son casi 1. Si hay confusión con
respecto a las clasificaciones de potencia o el factor de potencia, y es
deseable asegurarse de que el UPS pueda alimentar la carga, entonces elija un
UPS con una clasificación de vatios mayor o igual a la clasificación de VA de
la carga siempre garantizará un
margen de seguridad.
 
 
El factor de
potencia tiene una implicación importante en la especificación del tiempo de
funcionamiento del SAI con batería.
El tiempo de
funcionamiento de la batería está dictado por la carga de vatios en el UPS. Sin
embargo, cuando muchos
fabricantes de UPS especifican el tiempo de
funcionamiento a plena carga, se refieren a la carga total de VA, no a la carga
total de vatios. Por ejemplo, un UPS clasificado en 10,000 VA puede
clasificarse para 20 minutos de tiempo de ejecución a plena carga.
En la letra pequeña se nota que esta carga completa
tiene un factor de potencia de .65. Por lo tanto, la carga para la
especificación de tiempo de ejecución es realmente de solo 6500 vatios. El
mismo UPS puede tener una clasificación de 9000 W.

Esto significa que el tiempo de funcionamiento se proporcionó
a 6500/9000 o al 72 % de la clasificación de vatios a plena carga de el SAI. Al 72 % de la clasificación de Watt, el UPS puede funcionar casi un 70 % más que a la clasificación de Watt real a plena carga. Por lo tanto, este UPS que afirmaba
tener 20 minutos
de tiempo de funcionamiento solo puede proporcionar 12 minutos de tiempo de funcionamiento con la clasificación de vatios de carga completa
real. Para superar
esta confusión, siempre
asegúrese de que las especificaciones de tiempo de ejecución se basen en cargas de vatios y no en cargas de VA.

 
Los fabricantes de UPS de
escritorio más pequeños a menudo solo incluyen especificaciones VA para sus
productos UPS. Cuando no se proporciona la clasificación de vatios de un UPS, puede ser muy difícil
determinar si el UPS es capaz de suministrar
una carga específica. Los productos UPS de menor
costo a menudo
tienen una clasificación de vatios del 50% de la clasificación de VA de la placa de
identificación. Esto puede causar confusión, por ejemplo, un SAI de 1000 VA que
no funcionará con una carga de 600 W (la clasificación de carga de vatios no se proporciona o está en letra pequeña
y en realidad es solo de 500 W).
 

Factor de cresta

Además de un factor de
potencia bajo, algunas cargas de computadora también son inusuales porque
exhiben un factor de cresta muy alto.
El factor de cresta es la relación
entre la corriente máxima instantánea requerida
por la carga y la corriente RMS (RMS
significa Root Mean Square, que es un tipo de promedio). Los aparatos
eléctricos más comunes muestran un factor de cresta de 1,4 (1,4 es la relación entre el valor máximo de una onda sinusoidal y su valor RMS). Las computadoras y los equipos de TI con fuentes de alimentación
con factor de potencia corregido exhiben un factor de cresta de 1,4. Las
computadoras personales y los concentradores apilables exhiben un factor de
cresta de 2 a 3.

 
Cuando una carga exhibe
un factor de cresta de más de 1,4, la fuente (UPS)
debe suministrar la corriente máxima
deseada por la carga. Si la fuente no suministra la
corriente, entonces el voltaje de la fuente se deformará (distorsionará) por el
exceso de corriente pico. Por lo tanto,
si un UPS no está dimensionado para suministrar el factor de cresta deseado
por la carga, la forma de onda del voltaje de salida del
UPS se distorsionará.
  
El requisito del factor
de cresta de una carga de computadora variará según la fuente de la que se suministre. El factor de cresta puede incluso variar cuando
la carga de la computadora se mueve de un receptáculo de CA a otro en la misma habitación. Se cree
ampliamente que el factor de cresta es una característica inherente de la carga de una computadora, cuando en realidad
el factor de cresta resulta de una interacción entre la carga y la
fuente de CA. El factor de cresta requerido por una carga de computadora depende
de la forma de onda de la fuente de CA. Para una fuente
de onda sinusoidal, una computadora personal sin factor de potencia
corregido exhibirá típicamente un factor de cresta de 2 a 3. Para una forma de onda de fuente que es una
aproximación escalonada a una onda sinusoidal, como se usa en la mayoría de los UPS por debajo
de 1 kW, una computadora exhibirá un factor de cresta
de 1.4 a 1.9.
 
 
Se cree ampliamente pero erróneamente que es deseable
operar una computadora con un factor de cresta tan alto como sea posible. De hecho, los fabricantes de computadoras hacen todo lo posible para reducir el factor de cresta de la computadora porque un factor de cresta alto provoca el sobrecalentamiento de los componentes de la fuente de alimentación.
 
 
La reducción en el factor de cresta que ocurre cuando
la carga de una computadora es operada desde un UPS, supresor
de picos o acondicionador de energía es un beneficio
secundario positivo, excepto
si la reducción va acompañada de una distorsión excesiva de la forma de onda del voltaje de entrada a la carga de la computadora.

Dicha distorsión puede dar
como resultado que se suministre a la carga un voltaje pico significativamente
reducido, lo que equivale a una condición de caída de tensión. El UPS o el acondicionador de línea deben estar diseñados
para mantener el voltaje
máximo adecuado.
 
Los sistemas UPS de onda sinusoidal típicos, como los modelos Symmetra
o Smart-UPS de Schneider Electric,
tienen una capacidad de factor de cresta de aproximadamente 3 cuando funcionan a plena carga, 4 cuando
funcionan con la mitad de la
carga y 8 cuando funcionan con 1/4 de la carga.
Modelos típicos de ondas escalonadas más pequeñas como los Back-UPS de APC
tienen una capacidad de factor de cresta de 1,6 a plena carga y 2 a la mitad de
la carga.

Los sistemas UPS con este rendimiento
mantendrán el voltaje máximo adecuado en la carga de la computadora para
computadoras con cualquier especificación de factor de cresta de entrada.
 
Los sistemas UPS de menor
calidad en el mercado tienen una capacidad de corriente de salida máxima
limitada y, en consecuencia, un rendimiento de factor de cresta bajo y
distorsionarán el voltaje de salida bajo cargas de computadora personal. Por lo
general, esto no causa un mal funcionamiento con instalaciones de PC más
pequeñas. Sin embargo, en instalaciones grandes con
varias PC, como centros de llamadas, puede causar una degradación significativa
de la forma de onda de salida del SAI. En estos casos, no es raro ver una forma
de onda de salida del SAI que es casi una onda cuadrada. Esta situación puede
hacer que varios tipos de máquinas de oficina no funcionen correctamente.
  
El hecho de que prácticamente todos los
equipos instalados en los centros de datos en la actualidad, como servidores,
enrutadores y dispositivos de almacenamiento, tengan un factor de potencia
corregido prácticamente ha eliminado el factor de cresta como un problema en el
centro de datos. En la actualidad, los problemas del factor de cresta se
limitan a las instalaciones de los centros de llamadas o de los pisos
comerciales con una alta densidad de computadoras personales.
 
  
Factor de
sobretensión

Este
término a menudo se relaciona erróneamente con la característica de supresión
de sobretensiones de un UPS o supresor de sobretensiones, que es una
característica diferente y no relacionada. El factor de sobretensión se
relaciona con la capacidad de sobrecarga momentánea del UPS y es una medida de
la capacidad del UPS para iniciar cargas que requieren energía adicional
temporalmente cuando se inician. Los ejemplos de cargas que tienen un requisito
de alto factor de sobretensión incluyen motores, compresores y, en menor
medida, unidades de disco.
 
Para los sistemas informáticos
típicos con unidades de disco duro, el factor de aumento requerido es
aproximadamente 1,15 veces el consumo de energía en estado estable. Para
arreglos de discos grandes, el factor de aumento requerido puede ser
aproximadamente 1,5 veces el consumo de energía en estado estable.


Conclusión

La mayoría de los sistemas UPS de hoy en día tienen un
factor de cresta y un factor de sobretensión suficientes para satisfacer
prácticamente cualquier requisito en una sala o centro de datos. Por lo tanto,
su uso en las especificaciones de licitación es relativamente poco importante.
 
El factor de potencia sigue siendo un tema mal
entendido, e ignorar o aplicar incorrectamente los conceptos del factor de
potencia puede generar una serie de problemas, que incluyen: sobreestimación
del tiempo de ejecución del UPS; comparación incorrecta del tiempo de
funcionamiento entre productos de la competencia y subdimensionamiento de los
sistemas SAI. Las pautas y advertencias sobre el factor de potencia que se
resumen en este documento pueden evitar estos malentendidos.