Como calcular o tempo de funcionamento da bateria para a UPS. As luzes piscam. O zumbido dos bastidores dos servidores apaga-se. Por um segundo, tudo fica em silêncio. E nesse silêncio, apenas uma questão importa: Quanto tempo é que temos?
Conhecer o tempo de funcionamento da sua UPS não é apenas mais uma métrica de TI. É a base da continuidade do seu negócio. Um palpite pode ser a diferença entre um encerramento limpo e uma perda catastrófica de dados. Está a proteger bens críticos, e esperar pelo melhor não é uma estratégia.
Este guia foi concebido para substituir essa esperança por um número sólido. Abordaremos os principais métodos para calcular o tempo de funcionamento, desde uma consulta rápida de um gráfico até às fórmulas utilizadas pelos engenheiros. Mais importante ainda, abordaremos os factores do mundo real que transformam uma estimativa em papel num número com o qual pode realmente contar quando falta a energia.
Bateria 12v 100ah lifepo4
Bateria de iões de sódio 12v 100ah
Antes de efetuar o cálculo: Compreender as principais variáveis
Antes de chegarmos à matemática, temos de estar na mesma página. Se perceber estes cinco termos, evitará os erros mais comuns e dispendiosos que vejo no terreno.
- Watts (W) vs. Volt-Amps (VA): Esta é a fonte número um de confusão. Pense em VA como "potência aparente", mas Watts é a "potência real" que o equipamento realmente utiliza. O seu equipamento funciona em Watts. Isso significa que toda a sua matemática em tempo de execução deve usar Watts. É o erro mais comum e é fácil de evitar.
- Fator de potência (FP): Este é apenas o rácio que liga Watts e VA (W = VA x PF). O equipamento informático moderno tem um PF elevado, normalmente entre 0,9 e 1,0, mas tem de utilizar o número correto para o seu equipamento se quiser obter resultados precisos.
- Tensão da bateria (V): Simples. A tensão nominal da cadeia de baterias na sua UPS, quase sempre um múltiplo de 12V (como 24V, 48V ou 192V).
- Capacidade da bateria (Ah - Amp-hora): Isto indica-lhe o armazenamento de energia de uma bateria, mas em condições laboratoriais perfeitas. Uma bateria de 100Ah pode, teoricamente, fornecer 10 amperes durante 10 horas. A palavra "teoricamente" é onde começam todos os problemas.
- Eficiência da UPS: Uma UPS converte a energia da bateria DC em AC. Esse processo não é 100% eficiente. A energia perde-se sempre sob a forma de calor. Pode esperar uma eficiência de 85-95% para a maioria dos sistemas de chumbo-ácido, enquanto uma UPS moderna de iões de lítio pode ser superior a 97%. Essa perda é um corte direto no seu tempo de funcionamento.
Método 1: A forma rápida e fácil (utilizando gráficos do fabricante)
Melhor para: Uma estimativa rápida e decente durante o planeamento inicial do projeto ou para equipamento de escritório normal.
Por vezes, só precisamos de um número aproximado. Para uma primeira análise, os gráficos de tempo de funcionamento que os fabricantes publicam para os seus modelos são óptimos.
Eis como o fazer:
- Encontre a sua carga total em Watts: Some a potência de cada dispositivo. Se quiser um número real, utilize um medidor de watts. Não adivinhe.
- Identificar o modelo da UPS: Obter o modelo exato, como "Eaton 9PX 3000VA".
- Visite o sítio Web do fabricante: Encontre a página do produto e procure o "Gráfico de tempo de execução" ou "Gráfico de tempo de execução".
- Encontre a sua carga no gráfico: Encontre a sua carga no eixo horizontal. Leia o tempo de execução no eixo vertical.
Isto é rápido e específico para o seu modelo. O grande senão? Estes gráficos pressupõem baterias novas numa sala fria a 25°C (77°F). O mundo real raramente é tão complacente.
Melhor para: Administradores de sistemas e gestores de TI que precisam de documentar e defender um tempo de execução específico.
Quando precisamos de um número concreto para um documento de conceção, algo que possamos apoiar, temos de ser nós a fazer as contas.
Tempo de funcionamento (em horas) = (Ah da bateria × tensão da bateria × número de baterias × eficiência) / carga (em watts)
Exemplo de trabalho passo a passo
Vamos especificar uma UPS para um armário de rede. Ela tem dois 12V, 9Ah baterias internas. Vamos ser conservadores e assumir que Eficiência do 90%. A carga é uma constante 300 Watts.
- Calcular a potência total da bateria (Watt-hora): 9 Ah × 12 V × 2 baterias = 216 Wh
- Ter em conta a eficiência (potência utilizável): 216 Wh × 0,90 = 194,4 Wh
- Calcular o tempo de execução em horas: 194,4 Wh / 300 W = 0,648 horas
- Converter em minutos: 0,648 horas × 60 = ~39 minutos
Resultado: A matemática dá-nos cerca de 39 minutos. Esse é o nosso ponto de partida. O número da folha de especificações. Agora, vamos falar sobre o porquê desse número estar errado.
A perspetiva do perito: A ponte entre a teoria e a realidade
A fórmula dá-nos um número limpo. Mas a vida real vai sempre corroer esse número. Já vi projectos falharem porque foram planeados para o número da folha de especificações e não para o número real. Um profissional planeia para o intervalo entre os dois. Os três grandes factores que criam essa diferença são a taxa de descarga, a idade e a temperatura.
Fator 1: A taxa de descarga (Lei de Peukert)
Quanto mais depressa se descarrega uma bateria, menos energia total ela fornece. Essa classificação de 100Ah baseia-se quase sempre numa descarga muito lenta, de 20 horas. Uma UPS pode ter de descarregar toda a sua carga em 15 minutos. A uma taxa tão elevada, uma bateria de chumbo-ácido a capacidade efectiva pode diminuir em 50%. Esta é a maior razão pela qual os cálculos em papel não correspondem à realidade.
Fator 2: Bateria Idade e Saúde (SOH - Estado de Saúde)
As pilhas são consumíveis. Elas morrem. Uma bateria padrão de chumbo-ácido selada (SLA) tem uma vida útil realista de 3-5 anos. No terceiro ano, pode manter apenas 70% da sua carga original. Alguns sistemas de gestão (um BMS) podem controlar este facto, mas para a maioria dos sistemas, é necessário ter em conta a idade. Não pode simplesmente ignorá-lo.
Fator 3: Temperatura ambiente
O seu ambiente é mais importante do que pensa. A temperatura ideal para as baterias SLA é de 25°C (77°F). Por cada 8°C (15°F) acima dessa temperatura, a vida útil da bateria é literalmente reduzida para metade. As temperaturas mais frias também reduzem temporariamente a sua capacidade disponível. O resultado final é simples: o calor mata estas baterias.
Estudo de caso aprofundado: A verificação da realidade dos 12V 100Ah
Cenário:
- Carga crítica: Um pequeno bastidor de servidores, com um consumo constante de 500 Watts (W).
- Bateria: Uma norma Bateria de chumbo-ácido selada (SLA) de 12V 100Ah.
- Objetivo: Descubra qual será o tempo real de execução.
Passo 1: O Cálculo Idealizado (O Erro do Principiante)
Só de olhar para o rótulo, a matemática é fácil.
- Energia teórica total (Wh): 100 Ah × 12 V = 1200 Wh
- Tempo de execução teórico: 1200 Wh / 500 W = 2,4 horas, ou 144 minutos. Conclusão: Um erro perigoso. Alguém que não esteja habituado a isto esperaria quase duas horas e meia.
Etapa 2: O cálculo profissional (aplicação da realidade)
1. Ajustar a eficiência do inversor da UPS: Assumir uma eficiência de 90%.
- Consumo real de energia da bateria: 500 W (Carga) / 0,90 (Eficiência) = 556 W
- Correção do tempo de execução: 1200 Wh / 556 W = 2,16 horas, ou ~130 minutos. Verificação da realidade #1: Acabámos de perder 14 minutos logo no início, só para alimentar a UPS.
2. Ajustar para a taxa de descarga (Lei de Peukert): Este é o grande problema do chumbo-ácido.
- Corrente de descarga: 556 W / 12 V = 46,3 A
- Taxa de descarga (taxa C): 46,3 A / 100 Ah = 0,46C Essa classificação de 100Ah é para um pequeno consumo de C/20 (5A). A uma taxa muito mais elevada de 0,46C, a carga da bateria capacidade efectiva tanques, caindo para talvez 80% da sua classificação.
- Capacidade efectiva da bateria: 100 Ah × 0,80 = 80 Ah
- Tempo de execução baseado na capacidade efectiva: (80 Ah × 12 V) / 556 W = 960 Wh / 556 W = 1,72 horas, ou ~103 minutos. Verificação da realidade #2: O tempo de duração desceu de 130 para 103 minutos. É aqui que a maioria das pessoas se queima.
3. Ajustar a idade e o estado da bateria (SOH): Assumir que a bateria é 3 anos de idade e a sua saúde deve-se a 75%.
- Capacidade efectiva final: 80 Ah (ajustado à taxa) × 0,75 (SOH) = 60 Ah
- Final, Verdadeiro Tempo de execução estimado: (60 Ah × 12 V) / 556 W = 720 Wh / 556 W = 1,29 horas, ou ~77 minutos.
Conclusão do estudo de caso: Esse cálculo inicial de 144 minutos é agora um cálculo realista 77 minutos. Se confiasse na folha de especificações, os seus sistemas iriam abaixo muito antes do que esperava.
| Fase de cálculo | Factores considerados | Tempo de execução (minutos) | Diferença em relação à teoria |
|---|
| Teórico | Apenas especificações nominais | 144 | – |
| Ajustado 1 | + Eficiência da UPS (90%) | 130 | -14 min |
| Ajustado 2 | + Taxa de descarga (Peukert's) | 103 | -41 min |
| Realista final | + Idade da bateria (3 anos) | 77 | -67 min (-47%) |
A alternativa moderna: E se usássemos uma bateria LiFePO₄ de 12,8V e 100Ah?
Então o que acontece se trocarmos por uma bateria de fosfato de ferro de lítio? As diferenças são gritantes.
- Eficiência da UPS: É melhor assim. Assumir 95%. O consumo de energia é agora de 500 W / 0,95 = 526 W.
- Taxa de descarga: A química do LiFePO₄ é muito eficiente. Não sofre realmente da Lei de Peukert. A sua capacidade efectiva mantém-se próxima de 100%.
- Idade da bateria: Ao fim de 3 anos, um LiFePO₄ ainda tem, normalmente, mais de 95% saúde.
- Capacidade efectiva final: 100 Ah × 0,95 = 95 Ah
- Tempo de execução final do LiFePO₄: (95 Ah × 12,8 V) / 526 W = 1216 Wh / 526 W = 2,31 horas, ou ~139 minutos.
Comparação final:
- Bateria SLA com 3 anos de idade: 77 minutos
- Bateria LiFePO₄ com 3 anos de idade: 139 Minutos A bateria de lítio dá-lhe quase o dobro do tempo de funcionamento. Mas tão importante quanto isso é o facto de o seu desempenho no mundo real corresponder à folha de especificações. Essa previsibilidade torna o planeamento muito, muito mais fácil.
O estudo de caso deixa claro: a química da bateria escolhida é tão importante quanto a matemática.
| Caraterística | Chumbo-ácido selado (SLA) | iões de lítio (LiFePO₄) | Ião de sódio (Na-ion) |
|---|
| Vida útil | 3-5 anos | 8-10+ anos | Mais de 10 anos (projetado) |
| Temp. Tolerância | Fraco (degrada-se rapidamente >25°C) | Excelente (-10°C a 55°C) | Extraordinário (-20°C a 60°C) |
| Peso / Tamanho | Pesado / Volumoso | Leve / Compacto (50% menos) | Moderado |
| Custo inicial | Baixa | Elevado | Baixo-Médio (emergente) |
| Custo total (TCO) | Elevado (devido a substituições) | Baixa (menos substituições) | Muito baixo (projetado) |
| Melhor para | Escritórios normalizados e climatizados; projectos sensíveis ao orçamento. | TI críticas, computação periférica, ambientes quentes, actualizações antigas, requisitos de longa duração. | Locais com temperaturas extremas, armazenamento em rede em grande escala (futura utilização da UPS). |
Quatro cenários do mundo real: Do padrão ao atualizado
Com este pano de fundo, vejamos algumas aplicações comuns.
Cenário 1: O Gabinete das Pequenas Empresas
Aqui, o objetivo é obter 15 minutos de tempo de funcionamento para um PC (200W), um monitor (50W) e um router (10W), dando-lhe tempo para se desligar de forma graciosa. A carga total é 260 Watts. Uma UPS em torre standard com dois Baterias SLA de 12V, 7Ah (com uma eficiência de 88%) calcula-se em cerca de 34 minutos. Mas isso é uma bateria nova. Um número mais realista, tendo em conta a elevada taxa de descarga, é mais próximo de 20-25 minutos. Ao fim de três anos, terá sorte se conseguir 15. Essa é a sua deixa para os substituir.
Cenário 2: O fecho da rede crítica (SLA com EBM)
São necessários 60 minutos para os comutadores principais e um servidor para dar tempo ao gerador para arrancar. A carga é um servidor (400W) mais os comutadores (150W), para 550 Watts. Uma boa escolha é uma UPS para montagem em bastidor com um módulo de bateria externo, que lhe dá oito Baterias SLA de 12V, 9Ah com uma eficiência de 92%. O cálculo no papel dá-lhe 87 minutos. Este é um bom design - fornece um amortecedor para além dos 60 minutos necessários, o que será necessário à medida que as baterias SLA perdem capacidade ao longo dos seus 3-5 anos de vida.
Cenário 3: A atualização do sistema legado de elevado valor
O problema: uma UPS de montagem em bastidor crítica com uma Bateria SLA de 12V 100Ah. A carga é 500W. Como vimos, o seu tempo de funcionamento real baixou para cerca de 77 minutoso que já não é suficiente. O objetivo é prolongar o tempo de funcionamento sem substituir toda a unidade dispendiosa.
A solução é uma substituição direta. Troque o antigo SLA por um moderno Bateria Lifepo4 de 12,8V 100Ah. O novo e fiável tempo de execução será de cerca de 139 minutos. Esta é a forma mais inteligente de obter um enorme aumento de fiabilidade. Aumenta atual tempo de funcionamento em mais de 80% com uma troca de componentes. Além disso, a nova bateria durará mais de 8-10 anos, reduzindo a manutenção e diminuindo o seu custo total de propriedade (TCO).
Cenário 4: O nó de computação de extremo industrial
O desafio: 30 minutos de tempo de funcionamento fiável para um sistema de controlo num armazém quente que atinge os 40°C (104°F). A carga é um PC industrial e dispositivos de E/S, totalizando 400 Watts.
Neste ambiente, a única opção real é uma UPS com base em LiFePO₄talvez com um único Pacote de 48V, 20Ah (com uma eficiência de 97%). O cálculo dá-lhe cerca de 140 minutos. Neste caso, a vida útil de uma bateria SLA seria destruída em menos de dois anos e o seu desempenho seria um risco. O sistema de lítio fornecerá o seu tempo de funcionamento de forma fiável durante anos, fazendo com que o seu custo inicial mais elevado seja um investimento a longo prazo muito mais inteligente.
Conclusão
Este é o conjunto de ferramentas. Uma tabela do fabricante para uma análise rápida, a fórmula para um planeamento sério e os factores do mundo real para obter um número com que pode realmente contar.
Compreender estas camadas significa que pode passar da simples compra de uma caixa para a construção de uma verdadeira estratégia de energia. Deixamos de ter esperança e começamos a planear. Quer esteja a conceber um novo sistema ou a atualizar o hardware existente, a escolha da bateria certa é a chave para obter um tempo de funcionamento previsível.
Quando o que está em jogo é alto e "perto o suficiente" não é uma opção, é preciso uma conversa mais profunda. Se estiver a conceber uma aplicação crítica ou precisar de revitalizar a sua infraestrutura, contactar-nos. a nossa equipa pode ajudar a modelar uma solução que proporcione a fiabilidade de que a sua empresa necessita, independentemente do ambiente.