Tal es el caso del factor de potencia, el cual se definió como un parámetro que permitía determinar el nivel de consumo real en una carga reactiva.
Esto es, se definió como el coseno del ángulo que forman la potencia aparente (Pa) y la potencia real (Po). Ver Fig. 1
Tomando como ejemplo el siguiente caso, tenemos que:
Pa = 1000 VA; Po = 700 W
por lo tanto F.P. = 700/1000 = 0,7;
φ= arc.cos = 700/1000 = 45,6°
La relación de fase entre la tensión y la corriente es como se muestra a continuación. Ver Fig. 2
Hasta aquí todo va muy bien y de acuerdo a los conceptos y definiciones básicas.
Sin embargo, al tratar de hacer extensivo este concepto a los equipos de cómputo y en general a cualquier equipo electrónico, nos encontramos con que todos ellos representan cargas no lineales; por ello es que el uso de conceptos definidos para sistemas lineales (como es el caso del factor de potencia) debe tomarse con cierta reserva.
A continuación se muestran las formas de onda de tensión de alimentación y corriente demandada por una fuente de poder conmutada típica de cualquier equipo de cómputo. Ver Fig. 3
Como puede apreciarse de la figura anterior, la forma de onda de la corriente no es senoidal (razón por la cual la carga es no lineal).
La forma de onda de corriente se genera al recargar el capacitor electrolítico de entrada en cada semiciclo en la cresta de la onda de tensión. Ver Fig. 4
Al emplear el concepto de factor de potencia ante esta aplicación tenemos que cos ⱷ ≠ W/VA y que el triángulo de potencias no se aplica, puesto que la Potencia Reactiva (Pr) es igual a cero.
Ahora bien, como sólo podemos hacer uso de la relación FP = W/VA, ¿qué significado tiene ahora todo lo anterior desde el punto de vista práctico?
- Protecciones: Tanto para la determinación de los elementos de protección adecuados y el calibre de los conductores, la relación sigue siendo útil. Salvo en el caso del neutro de un sistema trifásico, ya que aunque se tengan balanceadas las cargas, la corriente en el neutro nunca es igual a cero sino que es mayor que la de cualquier fase, razón por la que debe reforzarse el calibre de este conductor.
- Consumo: Para efectos de determinar el consumo por parte de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y la posible penalización por bajo factor de potencia la relación sigue siendo válida, ya que CFE no determina el factor de potencia en base al desfasamiento sino a los VAs eficaces.
- Dimensionamiento: En cuanto a dimensionar el UPS o equipo de protección existe un problema en la medida que el fabricante especifique la capacidad y el factor de potencia para cargas lineales, o bien, no indique claramente que la capacidad está determinada para cargas no lineales.
El problema se deriva del hecho de que el factor de cresta de la corriente de un UPS o Sistema de Energía Ininterrumpida dimensionado para carga lineal es de 1,41; mientras que para los equipos con marca AQS y ONGUARD dimensionados para carga 100% no lineal es de 3,0.
Resumiendo, tenemos:
Por lo tanto, si queremos seleccionar un UPS para un servidor que consuma 650 W y con un factor de potencia de 0,7 (considerando un factor de cresta típico de 2,7) tenemos que el valor de corriente pico repetitiva que requiere dicho servidor es de 20,9 A.
Pa = 650/0,7= 928 VA Ie = 928/120 = 7,73 A Ip = 7,73 x 2,7 = 20,9 A
En la tabla anterior se aprecia que los UPS marca AQS y ONGUARD son adecuados para esta aplicación. Por el contrario, del equipo marca X se requiere una capacidad mínima de 1,8 kVA para manejar las corrientes pico que demanda el servidor, ya que en este caso se trata de una carga no lineal cuyo factor de cresta es mayor a 1,41:
Ie = 20,9/ 1,41 = 14,8 A ; Pa = 120 x 14,8 = 1779 VA ≈ 1,8 kVA!
Los UPS AQS y ONGUARD en línea, regenerativos y con alta tecnología de doble conversión están específicamente diseñados para alimentar cargas 100% no lineales con factor de cresta de 3,0 manteniendo la Distorsión Armónica Total en menos del 5% y el valor eficaz de la tensión en 120 VCA ±3%.
Esto significa un menor costo de adquisición, ya que no es necesario sobredimensionar el UPS para su aplicación.
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