Un motor puede consumir una potencia relativamente estable durante su operación normal y, al mismo tiempo, exigir una corriente considerablemente mayor durante el arranque. Esa diferencia es suficiente para cambiar por completo el criterio con el que debe dimensionarse una UPS.
Si la selección se realiza únicamente sumando los consumos nominales de los equipos, la UPS puede parecer adecuada sobre el papel y funcionar sin inconvenientes una vez que las cargas están estabilizadas. El problema aparece cuando debe soportar el transitorio de arranque: una demanda que supera temporalmente las condiciones normales y que puede llevar al sistema a una condición de sobrecarga.
Por eso, cuando existen motores u otras cargas con elevada corriente de arranque, dimensionar el respaldo requiere conocer tanto el régimen permanente como el comportamiento transitorio de la carga.
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¿Por qué un motor exige más durante el arranque?
Cuando un motor eléctrico está detenido, todavía no se han establecido las condiciones electromecánicas propias de su funcionamiento normal. Al energizarlo puede producirse una corriente inicial considerablemente superior a la que circulará una vez alcanzada su velocidad de operación.
La magnitud y duración de ese pico no son iguales para todos los motores. Dependen, entre otros factores, del tipo de motor, su diseño, la carga mecánica acoplada y el método de arranque utilizado.
Para una UPS, la diferencia es importante. El equipo de respaldo debe ser capaz de alimentar la carga durante el periodo transitorio sin superar sus límites operativos. Si no puede hacerlo, puede activarse una protección por sobrecarga, producirse una transferencia al bypass cuando la arquitectura lo permita o, dependiendo del sistema y de las condiciones presentes, perderse la alimentación de la carga.
Por esa razón, fabricantes de UPS recomiendan considerar específicamente las características de corriente de arranque cuando el respaldo alimentará motores u otras cargas con demandas transitorias elevadas.
El consumo nominal es solamente una parte del dimensionamiento
La placa de características de un equipo proporciona información indispensable, pero el valor correspondiente a su operación normal no describe necesariamente el máximo esfuerzo que deberá soportar la UPS.
Antes de seleccionar el respaldo conviene diferenciar al menos dos situaciones: la demanda durante el funcionamiento estable y la demanda que aparece al energizar o arrancar la carga.
Una UPS podría disponer de capacidad suficiente para mantener un motor funcionando y, sin embargo, no ser capaz de ponerlo en marcha. Ese escenario explica por qué una selección basada exclusivamente en la suma de consumos nominales puede conducir a una conclusión incorrecta.
En instalaciones existentes, cuando la información disponible no permite caracterizar adecuadamente la carga, una medición eléctrica puede aportar datos sobre su comportamiento real. Si la demanda varía a lo largo de la operación, el periodo de medición debe ser representativo del proceso que se pretende respaldar.
Potencia activa y potencia aparente también deben revisarse
Las UPS suelen especificar límites tanto en potencia activa, expresada en watts o kilowatts, como en potencia aparente, expresada en VA o kVA. Ambos valores deben respetarse.
Esto es especialmente relevante en cargas donde el factor de potencia hace que la potencia aparente difiera de la potencia activa. Seleccionar una UPS observando solamente los kW puede dejar fuera una restricción importante del equipo.
El análisis debe comprobar que la carga se encuentre dentro de las capacidades de salida de la UPS en régimen normal y que los transitorios previstos sean compatibles con la capacidad temporal de sobrecarga indicada para el modelo considerado.
No existe un único porcentaje de sobredimensionamiento que pueda aplicarse de manera universal a todos los motores y a todas las UPS. La decisión debe partir de las características concretas de la carga y de las especificaciones del sistema de respaldo.
La corriente máxima de arranque necesita dos datos: magnitud y duración
Saber que existe una corriente elevada al arrancar es útil, pero no suficiente. También importa cuánto tiempo permanece esa condición.
Una UPS puede tolerar determinados niveles de sobrecarga durante periodos limitados, y esa capacidad varía según fabricante, modelo, modo de operación y arquitectura. Por eso, comparar únicamente la corriente máxima de la carga con la corriente nominal de la UPS no describe completamente la situación.
Para evaluar la compatibilidad es necesario relacionar la magnitud del pico y su duración con la capacidad de sobrecarga especificada por el fabricante de la UPS.
Este análisis también ayuda a distinguir un transitorio normal de arranque de una condición anormal. Un motor bloqueado, una carga mecánica excesiva o un arranque que se prolonga más de lo previsto pueden mantener una corriente elevada durante más tiempo y cambiar sustancialmente la exigencia sobre el sistema.
No todas las cargas arrancan al mismo tiempo
La secuencia de operación puede ser tan importante como la potencia individual de cada equipo.
Si varios motores reciben la orden de arranque simultáneamente después de una interrupción o durante la recuperación del sistema, sus demandas transitorias pueden coincidir. Una instalación que funciona correctamente cuando los equipos arrancan de manera escalonada podría comportarse de forma diferente si todos intentan arrancar al mismo tiempo.
Por eso conviene revisar qué ocurre después de una pérdida y recuperación de alimentación: qué cargas arrancan automáticamente, cuáles permanecen detenidas, cuáles tienen retardos programados y cuáles dependen de otros equipos del proceso.
Cuando el sistema lo permite, una secuencia de arranque adecuadamente diseñada puede evitar la superposición innecesaria de picos. Sin embargo, esa estrategia debe responder a las necesidades operativas del proceso y no utilizarse simplemente para compensar una UPS incorrectamente dimensionada.
La forma de onda y el tipo de UPS también importan
No toda UPS es adecuada para cualquier carga. Algunos equipos de respaldo orientados principalmente a informática utilizan, durante la operación con batería, formas de onda que pueden no ser apropiadas para determinados motores u otras cargas inductivas.
Además de la potencia disponible, debe comprobarse la compatibilidad entre la carga y la tecnología de UPS considerada. El fabricante puede establecer restricciones de aplicación o recomendar determinadas familias de producto para cargas industriales, motores, equipos médicos u otras aplicaciones especiales.
Por eso, utilizar una UPS de mayor potencia no resuelve automáticamente todos los problemas de compatibilidad. Capacidad y compatibilidad son verificaciones diferentes y ambas deben realizarse.
¿Qué ocurre con motores controlados por variadores de frecuencia?
La presencia de un variador de frecuencia modifica la forma en que el motor interactúa con la alimentación. El arranque del motor puede ser controlado de manera diferente al arranque directo, pero desde el punto de vista de la UPS debe analizarse el conjunto formado por el variador y la carga.
El comportamiento de entrada del variador, su factor de potencia, distorsión armónica, corriente de entrada y posibles transitorios forman parte de la evaluación. No es correcto asumir que la sola presencia del variador elimina cualquier consideración especial para el dimensionamiento del respaldo.
Cuando la aplicación combina UPS, variadores y motores, conviene verificar la compatibilidad con las especificaciones de los fabricantes y las condiciones reales de operación.
La autonomía se calcula después de comprobar que la UPS puede alimentar la carga
Potencia y autonomía responden a preguntas diferentes.
La primera es si la UPS puede suministrar la energía que la carga necesita, incluyendo las condiciones transitorias previstas. La segunda es durante cuánto tiempo podrá mantenerla utilizando la energía almacenada en sus baterías u otro sistema asociado.
Aumentar la capacidad de baterías puede extender el tiempo de respaldo, pero no convierte automáticamente una UPS incapaz de soportar un pico de arranque en una UPS adecuada para esa carga. Primero debe verificarse la capacidad eléctrica del sistema y después dimensionarse la autonomía requerida.
¿Qué información conviene reunir antes de seleccionar la UPS?
Para una evaluación técnica deberían conocerse, como mínimo, las características eléctricas de las cargas que serán respaldadas, su demanda en régimen estable, la corriente máxima durante el arranque y la duración aproximada de ese transitorio.
También es necesario comprender cómo opera el conjunto: qué equipos arrancan simultáneamente, cuáles lo hacen de manera secuencial, qué cargas son realmente críticas, qué autonomía se necesita y qué consecuencias tendría una transferencia, una sobrecarga o la pérdida momentánea del respaldo.
Con esa información puede compararse el comportamiento esperado de la carga con la potencia nominal, capacidad de sobrecarga, arquitectura y restricciones de aplicación de las alternativas de UPS disponibles.
Dimensionar el respaldo significa analizar la carga en su condición más exigente
Una UPS no debería seleccionarse únicamente para el momento en que todo funciona de forma estable. Debe responder a las condiciones eléctricas que razonablemente pueden presentarse durante la operación que se desea proteger.
En motores y cargas con alta corriente de arranque, esto obliga a mirar más allá del consumo nominal. Corriente de arranque, duración del pico, potencia aparente, factor de potencia, secuencia de operación, compatibilidad y capacidad temporal de sobrecarga forman parte de la misma decisión.
En All Service C&C trabajamos con soluciones de respaldo eléctrico e infraestructura crítica. Una evaluación adecuada de la carga permite definir una UPS en función del comportamiento real de los equipos que debe proteger y no solamente de la potencia que consumen una vez que ya están funcionando.