Los grupos electrógenos como planta de emergencia en los data centers (I)
28 de junio 2017
Por Garcerán Rojas, presidente de PQC
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Grupos electrógenos

Por Garcerán Rojas, presidente de PQC

La importancia del grupo electrógeno en el conjunto del sistema electromecánico que soporta un data center está fuera de toda duda. Se trata del colchón de seguridad que debe encontrarse disponible cuando todo lo demás está inoperativo. Por ello, y teniendo sobre todo en cuenta que más de la mitad de las últimas caídas de data center que hemos conocido han tenido que ver, de una u otra forma, con los grupos, en los últimos tiempos hemos puesto un foco especial en este tema como, dedicando una atención especial al comportamiento de los grupos electrógenos en su aplicación como plantas de emergencia de los data centers.

Si, ya por nuestros propios datos, la proporción en la que sucesos en el grupo determinan graves consecuencias en el servicio es muy elevada, otros acontecimientos como el reciente en Delta Airlines, o los ya históricos de Microsoft y Amazon, no hacen sino refrendar el hecho planteado.En el presente artículo, y en los que le van a seguir, iremos desarrollando los conceptos asociados al tema en cuestión, y lo haremos desde un punto de vista externo a la propia máquina, es decir, teniendo en cuenta, no sus características internas, sino su interactuación con los demás elementos del sistema.

El grupo, como colchón de seguridad debe ser robusto e íntegro, es decir, confiable. Independientemente de la aplicación de normas locales en función del tratamiento que dar al recinto en cuestión, al tratarse el data center de un entorno de misión crítica su utilización es prácticamente incuestionable (a pesar de ello, hemos conocido casos donde la ausencia de grupo ha sido cubierta por UPSs con un muy elevado tiempo de autonomía y que solucionaron la papeleta hasta que se presentó una necesidad de cobertura mayor, cosa que siempre sucede, más tarde o más temprano).

La planta de emergencia es la red del funambulista que ha de parar con certeza y seguridad la potencial caída. Sin embargo, el grupo es una maquina compleja y, por ello, son abundantes y variados los conceptos ajenos al propio grupo pero directamente relacionados con su funcionamiento. El primer paquete de conceptos es el puramente eléctrico, en el que situar aspectos como la elección entre alta o baja tensión, el dimensionamiento, el cortocircuito, la puesta a tierra, las protecciones, los sincronismo y paralelismos, etc., y que comenzaremos a desarrollar a continuación.

Uno de los primeros aspectos a tener en cuenta a la hora de tomar la decisión sobre cuál debe ser la solución a implementar, es la de optar por grupos en media o baja tensión. En nuestra experiencia de más de 20 años, la proporción es muy acentuada en favor de las soluciones en baja tensión, pero en los últimos tiempos hemos tenido que vernos con variantes en tensiones mayores y distintas modalidades. Cuando hablamos de media tensión, y aunque el término no exista como tal en la reglamentación, estamos hablando de tensiones desde 1 hasta los 66 kV, aunque los niveles habituales en el campo que nos ocupa se encuentren entre los 10 y los 15 kV. Sin negar otras posibles razones para esta elección, como pueda ser la de los límites de potencia, quizá la económica basada en la inversión en conductores cuando la ubicación de los grupos se encuentra a una cierta distancia de los cuadros generales, sea la que prime a la hora de especificar el tipo de solución. En potencias elevadas, las secciones de conductor se incrementan muchísimo y sus costes asociados pueden ser considerados como inasumibles, forzando al diseñador a rebajar esas secciones optando por niveles de tensión muy superiores.

Como posibles soluciones existen, por un lado, aquellas basadas en generación en baja tensión, posterior elevación mediante transformador a niveles entre los 20 y 45 kV, y posterior reducción a la baja tensión de utilización. Esta solución, habitual en algunos usuarios muy concretos, posibilita realizar la transferencia en el lado de media, es decir, con la eliminación del aparellaje de baja tensión, disminuye la intensidad de cortocircuito resultante de la creciente costumbre de colocar un elevado número de unidades en paralelo y solventa de un plumazo las eternas dudas sobre cómo tratar el neutro en las transferencias automáticas, además del consabido ahorro en los conductores.

Por otra parte, y aunque en España no sea muy habitual (sólo tenemos un par de referencias directas), se encuentra la solución con grupos cuyos alternadores generan directamente en media. A lo largo de los últimos años hemos participado en varios proyectos en Latam con este tipo de disposición que, normalmente, va unida a complejos sistemas de sincronismo y paralelismo. Esta modalidad que, según datos de los distintos proveedores, incrementa ligeramente el precio por kW, presenta ventajas similares a las ya citadas anteriormente, aunque su adecuación al entorno de los data center, y por motivos relacionados con los sistemas de sincronismo, está siendo algo cuestionada.

Para el dimensionamiento de un grupo electrógeno, o sistema de grupos, debe partirse de un concienzudo balance de potencias, algo que, constituyendo el punto de partida básico de cualquier proyecto, no está en modo alguno resuelto, a la vista de los análisis realizados sobre proyectos del sector. Desde el enorme error de sumar potencias aparentes (kVAs) hasta el detalle de no incluir determinadas cargas en el cálculo, lo cierto es que la afirmación anterior, aunque pueda parecer una exageración, es una verdad como un piano. En el balance de potencias que, a diferencia de los que se realizan para otro tipo de sectores, carece de factor de simultaneidad (para el data center se considera que todas las cargas operan a la vez), se ha de tener en cuenta, prioritariamente, la carga IT, es decir, lo que denominamos la potencia de diseño. A partir de ahí, se han de estimar las potencias que van a demandar los elementos que componen la infraestructura electromecánica, así como otros factores que intervienen en el funcionamiento general del centro.

Por orden de importancia, la potencia de la parte mecánica, es decir, compresores, unidades condensadoras, ventiladores, bombas de impulsión, humidificadores, sistemas de aportación de aire, etc. Luego las pérdidas de la parte eléctrica, incluyendo aquí el rendimiento de los SAIs y, de forma muy importante, la carga de sus baterías y, finalmente, pequeñas cargas como las de iluminación, las de tomas de fuerza para operadores, seguridad, controles, etc.

Del buen análisis de la totalidad de las cargas que van a ser alimentadas desde grupo depende la corrección del cálculo general y, sobre la cifra resultante, se deberán estimar los factores de seguridad a aplicar en cada aplicación.

Grupos electrógenos en el CPD

En cualquier caso, una recomendación que podemos hacer de forma muy encarecida, y casi genérica, es la de realizar la suma de cargas en kW, de forma que se impida caer en la tentación de lo que hemos dado en llamar el síndrome de la hoja de cálculo o “efecto Excel” y que consiste en sumar las casillas que haga falta sin importar las unidades de que se trate. En una época, la actual, donde se piden proyectos para “antes de ayer”, el efecto del copia-pega unido al citado síndrome, presenta resultados poco satisfactorios, la mayoría por sumar kVAs de forma algebraica, algo sólo se puede hacer de forma vectorial.

Habida cuenta que la relación entre la potencia aparente de un grupo, que es el valor por el que se selecciona en el catálogo del fabricante, y la potencia activa que puede entregar es de 0,8 (un grupo de 2000 kVA da como máximo 1600 kW) y que el factor de potencia de la carga nunca está por debajo de 0,9, al efectuar los cálculos en kW, no existe el riesgo de equivocación (al menos no por esa causa).

El factor de potencia es, precisamente, uno de los aspectos cuya comprensión es más importante a la hora de acometer el diseño de la infraestructura eléctrica de un data center. Se trata de un concepto muy básico, pero conviene repasarlo con cuidado ya que se están cometiendo demasiados errores sobre él.

El factor de potencia es el producto del factor de desplazamiento por el factor de distorsión, por lo que en instalaciones cuyas formas de onda son muy lineales, el factor de potencia coincide prácticamente con el de desplazamiento, es decir, con el mayor o menor desfase de la corriente respecto de la tensión.

En los data center actuales, las cargas IT presentan un factor de potencia (desplazamiento) predominantemente capacitivo, es decir, con la corriente adelantada respecto de la tensión, y esto sucede desde hace unos cuantos años, coincidiendo con la llegada de fuentes de alimentación de última generación. El valor oscila entre 0,92 y 0,96 en función de si las fuentes están trabajando o no de forma dual.

A partir de este hecho, el dimensionamiento de los distintos elementos que han de garantizar el suministro eléctrico a los equipos IT se ve directamente influenciado por el citado factor. Por un lado, para los UPSs es necesario confirmar que su fabricación es de una época reciente, de forma que no sea necesario desclasificarlos, mientras que, por otro, los grupos son quienes más se ven afectados por la nueva situación. Como es bien conocido, los grupos no se comportan bien ante cargas capacitivas, sufriendo alteraciones en las regulaciones de tensión y de frecuencia, tanto más acentuadas cuanto mayor la componente capacitiva en las formas de onda, por lo que se deben realizar para ellos una serie de desclasificaciones con las que comenzaremos el siguiente capítulo de esta serie.