Cuando hablamos de dimensionamiento de SAIs, la potencia es solo una parte de la ecuación. El tipo de carga eléctrica que el SAI debe alimentar determina qué características son críticas en su selección: la capacidad de manejar corrientes armónicas, la respuesta ante arranques con alta corriente de inrush, o la estabilidad de la tensión ante cargas reactivas. Este artículo explica cómo clasificar tus cargas y qué implica cada tipo para el SAI.
Clasificación fundamental: cargas lineales vs. no lineales
Cargas lineales
Una carga lineal es aquella en la que la corriente que consume tiene la misma forma de onda que la tensión que la alimenta. Matemáticamente, la relación tensión-corriente es proporcional en todo momento.
Ejemplos de cargas lineales:
- Resistencias eléctricas (calefactores, termos eléctricos)
- Incandescentes y halógenas
- Motores síncronos con corrección de factor de potencia
- Transformadores en condiciones normales
Las cargas lineales son las más sencillas de manejar para un SAI. Su corriente es una sinusoide limpia, y el dimensionamiento se reduce a calcular potencia activa y reactiva.
Cargas no lineales
Una carga no lineal es aquella en la que la corriente no es proporcional a la tensión en todo momento. Las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS), presentes en prácticamente todos los equipos TI modernos, son el ejemplo más relevante.
Una fuente conmutada rectifica y filtra la tensión de red, almacenando energía en condensadores. Solo consume corriente durante los picos de tensión, lo que produce una forma de onda de corriente muy distorsionada: pulsos de alta intensidad y corta duración en lugar de una sinusoide suave.
Ejemplos de cargas no lineales:
- Servidores y PCs (fuentes ATX conmutadas)
- Equipos de telecomunicaciones
- Variadores de frecuencia y arrancadores suaves
- Inversores fotovoltaicos
- Cargadores de baterías
- Equipos de diagnóstico médico por imagen
El factor de cresta (Crest Factor)
El factor de cresta (Crest Factor, CF) es la relación entre el valor pico y el valor eficaz (RMS) de la corriente:
CF = I_pico / I_RMS
Para una corriente sinusoidal perfecta, CF = √2 ≈ 1,414.
Para cargas no lineales con fuentes conmutadas, el factor de cresta puede alcanzar valores de 2,5 a 3,5. Esto significa que el pico de corriente es 2,5-3,5 veces mayor que la corriente RMS medida.
¿Por qué importa para el SAI?
El SAI debe ser capaz de suministrar esos picos de corriente sin saturarse. Un SAI dimensionado únicamente por la corriente RMS puede no ser capaz de suministrar los picos de corriente que demandan las fuentes conmutadas, lo que provoca:
- Distorsión de la tensión de salida
- Arranque de protecciones de sobrecorriente
- Reducción de la vida útil del inversor
Los SAIs de la familia Vertiv Liebert GXT5 y EXS tienen especificado un factor de cresta admitido de 3:1, adecuado para cargas TI estándar.
Distorsión armónica total (THD): impacto en el SAI y en la instalación
Las cargas no lineales no solo consumen corriente en picos, sino que generan armónicos: componentes de frecuencia múltiplos de la frecuencia fundamental (50 Hz en Europa). Los armónicos más problemáticos son los de orden 3, 5, 7 y 11.
La Distorsión Armónica Total de Corriente (THDi) cuantifica el nivel de distorsión:
THDi (%) = √(I₃² + I₅² + I₇² + ...) / I₁ × 100
Donde I₁ es la amplitud de la componente fundamental y I₃, I₅... son las amplitudes de los armónicos de orden 3, 5...
Impacto de los armónicos en el sistema eléctrico
- Calentamiento de neutros: Los armónicos de orden 3 (y múltiplos de 3) se suman en el conductor neutro en vez de cancelarse, pudiendo sobrecargarlo hasta 1,73 veces más que el nominal
- Sobrecalentamiento de transformadores: La distorsión armónica aumenta las pérdidas en el hierro de los transformadores
- Interferencias en equipos electrónicos: Los armónicos de alta frecuencia pueden causar interferencias electromagnéticas
- Reducción del factor de potencia: Una instalación con alta THDi tiene un factor de potencia efectivo (DPF) inferior al que indica el cosφ fundamental
¿Cómo responde el SAI ante los armónicos?
Los SAIs de doble conversión (VFI) actúan como filtros de armónicos naturales: la entrada AC se rectifica a DC, eliminando los armónicos, y el inversor genera una onda sinusoidal limpia en la salida. Esto significa que los equipos conectados a un SAI VFI reciben siempre tensión sinusoidal limpia, independientemente de los armónicos que generen ellos mismos o que vengan de la red.
La entrada del SAI, sin embargo, sí puede generar armónicos hacia la red. Los SAIs con rectificador IGBT (como los Vertiv Liebert EXL S1 y APM) tienen un THDi de entrada inferior al 3%, comparado con el 25-40% de los SAIs con rectificador SCR convencional.
Cargas inductivas: el problema del arranque
Las cargas inductivas (motores eléctricos, compresores, bombas) presentan un desafío específico: la corriente de arranque (inrush current) puede ser de 6 a 8 veces la corriente nominal durante los primeros segundos de funcionamiento.
Implicaciones para el SAI
Si el SAI debe arrancar un motor de 5 kW, necesita ser capaz de suministrar hasta 30-40 kW durante 2-5 segundos de arranque. Si el SAI está dimensionado para la carga nominal (5 kW), entrará en sobrecarga durante el arranque.
Soluciones:
- Sobredimensionar el SAI para absorber los arranques
- Usar arrancadores suaves (soft starters) que reducen la corriente de arranque al 150-200% del nominal
- Usar variadores de frecuencia (VFD) que prácticamente eliminan el pico de arranque
- Conexión escalonada: No arrancar todos los motores simultáneamente
En entornos TI puros, este problema es menos frecuente (los servidores y switches tienen fuentes conmutadas, no motores). Pero en salas técnicas que incluyen sistemas de climatización, bombas de fluido refrigerante o ascensores de sala, el arranque de motores debe considerarse explícitamente.
Cargas capacitivas: el efecto inverso
Las cargas capacitivas absorben corriente durante la subida de la tensión y la devuelven durante la bajada. En instalaciones con muchos condensadores de corrección del factor de potencia, la corriente puede adelantarse a la tensión (factor de potencia capacitivo).
Algunos SAIs tienen dificultad con cargas capacitivas porque sus inversores están optimizados para cargas inductivas. Verifica en las especificaciones del SAI el rango de factor de potencia de carga aceptado. Los SAIs modernos de Vertiv admiten factores de potencia de carga de 0,8 inductivo a 0,8 capacitivo.
La curva ITIC: tolerancia a las perturbaciones de tensión
El estándar ITIC (Information Technology Industry Council) define la tolerancia de los equipos TI a las perturbaciones de tensión. La curva ITIC establece qué combinaciones de magnitud y duración de las perturbaciones puede tolerar un equipo de informática sin daños ni interrupciones.
Las perturbaciones se clasifican en:
- Interrupciones: tensión cae a 0V
- Hundimientos (sags): caída de tensión por debajo del valor nominal
- Sobretensiones (swells): tensión por encima del nominal
- Transitorios (spikes): sobretensiones muy breves de alta magnitud
Un SAI VFI de doble conversión garantiza que los equipos conectados siempre operan dentro de la zona de compatibilidad ITIC, ya que el inversor genera tensión regulada y limpia con independencia de la red.
Clasificación práctica para dimensionamiento
A efectos de seleccionar el SAI correcto, clasifica tus cargas en estas categorías:
Categoría A: Cargas TI estándar (servidores, red, almacenamiento)
- Factor de cresta: 2,5 - 3,0
- THDi generada: 20-40%
- Arranque: normal (sin picos significativos)
- SAI recomendado: VFI con factor de cresta admitido 3:1, cualquier potencia
- Ejemplos de productos: Vertiv Liebert GXT5 (monofásico), Vertiv Liebert EXS/APM (trifásico)
Categoría B: Cargas mixtas TI + climatización de sala
- Factor de cresta: 2,5 - 3,0 (componente TI) + picos de arranque (componente motores)
- SAI recomendado: VFI con margen adicional del 20-30% para los arranques
- Verificar: capacidad de sobrecarga transitoria (típicamente 110-125% durante 10-60 segundos)
Categoría C: Cargas médicas y de laboratorio
- Regulación más estricta: normativa IEC 60364-7-710 para instalaciones médicas
- Requisitos: tiempo de transferencia 0ms (solo VFI), sin micro-interrupciones
- Aislamiento galvánico: obligatorio en muchas aplicaciones IT-M (zona paciente)
- SAI recomendado: VFI con transformador de aislamiento, certificación médica
Categoría D: Cargas industriales con variadores de frecuencia
- Los variadores de frecuencia regeneran armónicos en la entrada del SAI
- Verificar compatibilidad del SAI con cargas VFD
- Considerar filtros activos de armónicos en la entrada del SAI
Consideraciones para la instalación: separación de circuitos
Una práctica recomendada en instalaciones mixtas es separar los circuitos según el tipo de carga:
- Circuito crítico TI: SAI VFI dedicado para servidores, almacenamiento y red
- Circuito crítico control: SAI dedicado para sistemas de control industrial o médico
- Circuito de climatización: SAI independiente o UPS dedicado para CRAC/unidades de precisión
Esto permite dimensionar cada SAI de forma óptima para su tipo de carga, y evita que un problema en la climatización (arranque de motor, alarma) interfiera con el SAI de los equipos TI.
Preguntas frecuentes
¿Un SAI estándar puede alimentar un motor eléctrico?
Depende del tipo de SAI y del tamaño del motor. Los SAIs VFI modernos pueden alimentar cargas inductivas dentro de su capacidad nominal, pero el pico de arranque puede superar temporalmente esa capacidad. Consulta con el fabricante la capacidad de sobrecarga transitoria. Para motores grandes o aplicaciones industriales, considera un SAI específicamente diseñado para cargas mixtas.
¿Qué es el factor de potencia de entrada del SAI y por qué importa?
El factor de potencia de entrada del SAI indica cuántos armónicos genera el propio SAI hacia la red eléctrica. Un SAI con rectificador SCR tiene tipicamente un THDi de entrada del 25-35%, lo que puede afectar a otros equipos en la misma instalación eléctrica. Los SAIs con rectificador IGBT (como Vertiv EXL S1) tienen THDi <3%, lo que los hace adecuados para instalaciones eléctricas sensibles.
¿Debo medir el THDi de mi instalación antes de instalar un SAI?
En instalaciones complejas o con equipos sensibles, sí. Un analizador de calidad de red puede revelar niveles de armónicos problemáticos que afectan al rendimiento del SAI y de los propios equipos protegidos. En muchas instalaciones industriales o mixtas, se instala un filtro activo de armónicos (AFE) en paralelo con el SAI para mejorar la calidad de la red aguas arriba.
¿Los LED y las luminarias generan armónicos?
Sí, los drivers de LED utilizan fuentes conmutadas y generan armónicos. Sin embargo, su potencia individual es tan pequeña que raramente representan un problema en instalaciones TI. El problema puede ser relevante en grandes instalaciones de iluminación (almacenes, fábricas) donde la suma de muchos drivers LED puede generar niveles de THDi significativos.
¿Qué es la norma EN 62040 y cómo clasifica los SAIs?
La norma EN/IEC 62040-3 es el estándar internacional que clasifica los SAIs según su respuesta a las variaciones de la red de entrada. Define tres categorías: VFD (Voltage and Frequency Dependent, clase 3), VI (Voltage Independent, clase 2) y VFI (Voltage and Frequency Independent, clase 1). Para aplicaciones críticas, siempre se recomienda la clase VFI, que mantiene la tensión y frecuencia de salida estables independientemente de lo que ocurra en la red de entrada.