Em nosso post anterior, explicamos que o sistema elétrico é primordial para o bom funcionamento de um Data Center. Mas para que ele atinja seu melhor desempenho, é necessário escolher os equipamentos certos, especialmente os nobreaks e geradores para Data Centers.
Fundamentais para a segurança contra paralisações não programadas, nobreaks e geradores protegem equipamentos e informações do Data Center contra danos e indisponibilidade.
Portanto, sua escolha e seu dimensionamento são vitais no momento de projetar o sistema elétrico de qualquer Data Center seguro, resiliente e confiável.
Para ajudar sua empresa nessa tarefa nada simples, vamos explicar:
- quais são os tipos de nobreaks e geradores disponíveis no mercado
- suas vantagens e desvantagens
- os tipos de baterias mais recomendáveis
- como são dimensionados os geradores de um Data Center
- qual é autonomia de funcionamento desses equipamentos para ambientes de missão crítica
- como avaliar o custo-benefício desses investimentos.
Antes, porém, recomendamos que você leia a primeira parte desse post, que mostra como projetar um sistema elétrico de Data Center eficiente e seguro. É só clicar no link aqui!
Agora sim, estamos prontos para esmiuçar o que são, para que servem e como escolher os nobreaks e geradores ideais para compor o sistema elétrico do seu Data Center!
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Nobreaks e geradores para Data Center: o que são os nobreaks para Data Center?
Os nobreaks, também conhecidos como UPS (“Fonte de Energia Ininterrupta” ou Uninterruptible Power Supply em inglês), são equipamentos que condicionam e regulam a voltagem e a pureza da energia que chega da concessionária.
Grosso modo, eles armazenam energia em baterias quando o fornecimento é normal. E em caso de interrupção inesperada, como num apagão, entram em funcionamento muito rapidamente, utilizando essa energia acumulada para alimentar os equipamentos do Data Center por um período limitado de tempo, que pode variar de alguns minutos a alguns dias.
Os nobreaks para Data Centers são extremamente importantes, pois podem evitar que uma queda de energia atinja o coração dos equipamentos críticos, impedindo downtimes, danos físicos e garantindo que nenhuma informação contida nos servidores seja perdida.
Por isso, esse assunto deve ser levado muito a sério na hora da implantação ou reforma de um Data Center. Uma escolha errada nessa parte do sistema elétrico pode sair muito caro, com perdas irreparáveis para as empresas.
Qual é o melhor tipo de nobreak para um Data Center?
Os nobreaks estão cada vez mais modernos e eficientes, o que é reflexo do avanço da tecnologia nesse segmento de mercado. E nesse cenário, hoje existem quatro tipos de nobreaks que podem ser utilizados em um projeto elétrico.
Claro, cada um tem suas especificações, alguns com certas limitações. Por isso é bom ficar atento, pois nem todos são indicados para fazer parte do sistema elétrico de um Data Center.
Veja abaixo quais são os principais tipos de nobreaks existentes e as melhores soluções para um Data Center:
1. Nobreak offline
Também conhecido como short-break ou nobreak standby, é o tipo de equipamento mais simples e, consequentemente, o mais barato disponível no mercado. Ele se alimenta da rede elétrica da concessionária para garantir a carga. No caso de falta de eletricidade, o nobreak offline aciona seu banco de baterias de modo automático.
O principal limitador desse tipo de UPS é o tempo de transferência da rede elétrica para as baterias, que mesmo sendo de milissegundos, pode ser o suficiente para causar o desligamento de equipamentos mais sensíveis, como é o caso de um Data Center. Pode, inclusive, causar algum dano ao hardware e a perda de dados.
Exatamente por essas limitações, o nobreak offline é indicado para residências, estabelecimentos comerciais e escritórios com poucos equipamentos. Portanto, o nobreak offline não é indicado para Data Centers.
2. Nobreak line interactive ou linha interativa
Esse modelo opera de modo muito similar ao nobreak offline. O nobreak line interactive também é alimentado pela rede elétrica da concessionária e possui tempo de transferência para as baterias.
A diferença está na existência de um estabilizador interno, que corrige a tensão na saída para um valor seguro que não prejudique os equipamentos a ele conectados.
“Este regulador tem como objetivo corrigir pequenas imperfeições na forma de onda de entrada da energia. Porém, ainda existe o tempo de transição para as baterias” – explica o engenheiro Fabrício Costa, diretor-técnico da Zeittec.
Ou seja, o modelo de UPS não consegue fazer a transição para as baterias sem precisar de algum intervalo no caso de interrupção de energia pela concessionária.
E especialmente por esse motivo, o nobreak line interactive não é a melhor solução para Data Centers e seus equipamentos de missão crítica.
3. Nobreak online dupla conversão
Esse tipo de nobreak possui um inversor de corrente que funciona sem parar convertendo a energia para alimentar o banco de baterias.
Com isso, caso a concessionária interrompa a distribuição, não haverá tempo de transição de energia. Isso graças a um processo de dupla conversão que ocorre da seguinte forma:
- Um retificador converte a energia da concessionária – que chega em corrente alternada (AC) – para contínua (DC). E usa essa energia para manter as baterias carregadas.
- As baterias fornecem essa alimentação DC para o inversor. E este converte a energia de corrente contínua que vem do banco de baterias em alternada (AC). É exatamente por isso que o processo é chamado de “dupla conversão”.
- Quanto ocorre a falta de energia elétrica, o retificador deixa de transformar energia AC para DC. Consequentemente, deixa de carregar o banco de baterias (que é DC).
- Como nesse sistema o inversor está 100% do tempo ligado, ele continua a converter a energia DC das baterias em AC para os servidores, sem tempo de transferência.
“O detalhe é que o inversor faz isso pelo tempo que durar a autonomia das baterias” – explica o engenheiro.
Além de eliminar o tempo de transferência de carga, essa tecnologia permite a filtragem e a correção na forma de onda de entrada, garantindo uma energia mais adequada para as máquinas do Data Center.
Por essas razões, o nobreak online de dupla conversão é uma interessante solução em nobreaks/UPS para Data Centers, não havendo risco de desligamento, danos a equipamentos ou perda de dados.
4. Nobreak online delta conversion
Essa tecnologia é mais nova e muito similar à do nobreak online de dupla conversão. Na eventualidade de interrupção de energia, funciona da mesma forma, sendo também indicado para os projetos elétricos de Data Centers.
A diferença é que o UPS delta conversion reduz as perdas naturais do processo, que são uma desvantagem do nobreak de dupla conversão on-line.
“O nobreak de dupla conversão apresenta uma eficiência energética um pouco mais baixa que os demais UPS, pois nessa conversão de AC para DC, e depois de DC para AC, existem perdas naturais” – explica Costa.
Para o engenheiro, o nobreak delta conversion reduz essas perdas, apresentando-se como uma alternativa “por ser um mix entre a tecnologia line interactive e dupla conversão”.
Enquanto o nobreak line interactiv possui um estabilizador interno para corrigir pequenas imperfeições da rede elétrica, a tecnologia delta conversion substitui esse estabilizador por um conversor delta.
“O conversor delta faz com que a carga seja alimentada tanto pela entrada direta da concessionária quanto pelos inversores. Com isso, a eficiência do equipamento é maior.”
A vantagem dessa tecnologia é que ela reduz o aquecimento e o desgaste do sistema. Também controla a corrente de entrada para regular a carga do banco de baterias, tornando-se uma eficiente opção de nobreak para Data Centers.
Como escolher as baterias certas para o nobreak do seu Data Center?
A palavra bateria já foi citada várias vezes acima. E não por acaso. O banco de baterias é o componente mais importante em um UPS, já que acumula a energia necessária para assumir o Data Center imediatamente em caso de apagões.
Por isso a escolha do tipo de bateria utilizado no UPS deve também ser feita com muito cuidado durante a elaboração do projeto elétrico do Data Center.
No quesito UPS, o projeto elétrico deve levar em consideração a eficácia e o tamanho das baterias, como também os custos envolvidos.
“A autonomia do nobreak pode ser controlada com o uso de baterias de maior capacidade em ampère-hora. No entanto, deve ser apenas suficiente para possibilitar a partida do gerador” – explica Costa.
O engenheiro salienta que o projeto elétrico do Data Center deve ser bem dimensionado, possibilitando autonomia na medida certa com ótimo custo-benefício. Motivo? “As baterias têm um custo elevado. Dependendo da autonomia desejada, podem ser mais caras que o próprio nobreak”.
Outra preocupação a ser considerada no projeto elétrico do Data Center é que estruturas superdimensionadas representam altos custos a longo prazo.
Isso porque “as baterias têm duração média de 5 anos e, após esse prazo, o banco inteiro precisa ser substituído” – explica o engenheiro.
Além disso, baterias como as VRLA necessitam de ambiente com refrigeração. Portanto, “quanto maior o banco de baterias, mais espaço e refrigeração serão necessários”.
Claro que mais refrigeração representa maior utilização do sistema de climatização. E este é um dos vilões do consumo de energia em um Data Center. Portanto, o projeto elétrico de um Data Center precisa levar em conta a eficiência energética, além de questões ambientais como o descarte das baterias, que deve ser feito corretamente para não prejudicar o meio ambiente. Mas quais são os tipos de baterias mais comuns em um nobreak?
Nobreaks e geradores para Data Center: tipos de baterias para nobreaks de Data Centers
As baterias VRLA (Chumbo-Ácidas Reguladas por Válvula) são as mais comuns nos nobreaks dentro de um Data Center. Mas por causa do peso e dimensão, além da necessidade de refrigeração constante, elas requerem um espaço maior, que nem sempre está disponível.
As baterias chumbo-ácidas também não têm durabilidade tão longa e precisam ser substituídas com alguma frequência, elevando os custos de manutenção do sistema elétrico.
Nos últimos anos, as baterias de íon-lítio têm aparecido como uma alternativa mais eficiente, inclusive em termos financeiros. Elas são menores na comparação com as VRLA e, portanto, utilizam menos espaço. Também necessitam menos resfriamento.
Além disso, a vida útil delas é muito maior. Isso porque as baterias de lítio conseguem suportar mais ciclos do que as VRLA. Sem contar que o tempo de carregamento do sistema íon-lítio é bem menor.
Segundo o relatório Bloomberg New Energy Finance, esse tipo de bateria será utilizado em 40% do mercado de nobreaks usados em Data Centers até 2025.
Flywheels surgem como alternativa aos nobreaks
Uma outra tecnologia tem sido usada no lugar dos nobreaks, apesar de ainda não ser muito difundida. Trata-se do flywheel, também conhecido como UPS rotativa, que não usa bateria para garantir energia em caso de interrupção.
A UPS rotativa usa a inércia de uma alta massa volante que gira muito rapidamente e converte energia cinética para alimentar alguma carga. Essa estrutura ocupa bem menos espaço do que um nobreak e seu banco de baterias, ou seja, é ideal para Data Centers que não possuem grandes dimensões.
O flywheel, porém, tem suas limitações. A principal delas é a baixa autonomia. Quando acionado, ele garante energia durante 10 a 20 segundos, muito abaixo do que fornecem os nobreaks tradicionais. Além disso, ele não filtra todas as impurezas da energia elétrica.
E justamente pelo baixo tempo de alimentação, depende ainda mais de um gerador que seja capaz de manter o funcionamento dos equipamentos por um período mais longo.
Gerador + nobreak: segurança para o Data Center
Em Data Centers que precisam de funcionamento ininterrupto, uma boa estratégia de proteção contra downtimes é a combinação UPS/nobreaks+gerador.
Os nobreaks, ainda mais os flywheels, não conseguem garantir alimentação por muito tempo aos equipamentos críticos dentro de um Data Center. Sua autonomia pode ser de alguns minutos, alguma horas ou, no máximo, alguns dias.
Por isso, é importante que trabalhem em conjunto com um ou mais geradores, dependendo do porte do Data Center e dos níveis de redundância e segurança almejados.
Basicamente, o nobreak impede a “piscada de luz” ou falha imediata quando há um apagão. O banco de baterias do UPS fornece energia para a carga até que o motor do gerador entre em operação.
Em seguida, o gerador passa a suprir a demanda de energia do Data Center enquanto o fornecimento da concessionária não retorna, mesmo que isso leve dias para acontecer. Por isso a combinação nobreak + gerador é tão importante.
A escolha do tipo de gerador a ser utilizado é feita durante o planejamento do sistema elétrico do Data Center, levando em conta os requisitos que veremos a seguir.
1. Regime de operação do gerador do Data Center
O regime de operação tem grande impacto sobre a escolha do gerador. Basicamente, um Data Center esse equipamento pode ter três tipos de operação.
- Standby/emergência: ocorre quando o gerador é projetado para assumir a carga somente em casos de falha no fornecimento de energia pela concessionária, como num apagão, por exemplo, ou outro imprevisto. Esse tipo de gerador funciona durante um período limitado de horas. “E por esse motivo, o dimensionamento do gerador para um Data Center não pode ser considerado usando como base sua capacidade em standby” – orienta Fabrício Costa.
- Prime power: nesse regime o gerador funciona em períodos pré-estabelecidos, em horários determinados de acordo a demanda. Por exemplo, em horários de ponta, quando a energia elétrica da concessionária é mais cara. O equipamento trabalha em paralelo à energia da concessionária. Pode assumir o Data Center, por exemplo, quando há uma manutenção programada a ser feita no sistema elétrico que exija o desligamento da rede.
- Contínuo (ou base power): nesse regime de operação, o gerador é dimensionado para funcionar constantemente. Ou seja, pode ser utilizado como fonte principal de energia. É necessário em casos em que o Data Center é projetado para ter máxima segurança, possuindo várias rotas de fornecimento. É o caso de um Data Center Tier 4, em que é necessário haver duas fontes de energia distintas em operação contínua.
2. Tamanho / potência do gerador
Com base na escolha do regime de funcionamento, os projetistas podem definir a potência ideal do equipamento, de acordo com o consumo e a necessidade de segurança do Data Center.
A potência ideal do gerador é calculada pelos projetistas do sistema elétrico de acordo com a demanda energética que o equipamento deverá suprir. Isso é feito calculando-se a potência de todos os aparelhos do Data Center que ficarão ligados ao gerador.
Se o regime de operação escolhido for standby, por exemplo, é possível projetar um grupo gerador de menor porte. Já se a opção for pelo regime contínuo, com utilização constante, a demanda será maior e, consequentemente, o grupo gerador deverá ser mais robusto e potente.
Os geradores mais comuns em Data Centers possuem potência de 300 kVA, 750 kVA e até 1000 kVA.
3. Espaço disponível para o gerador no Data Center
Onde será instalado o gerador do meu Data Center? Essa é uma pergunta essencial para o dimensionamento do grupo motor gerador.
Se o Data Center for implantado em um prédio comercial misto, por exemplo, possivelmente o gerador terá que ficar em uma garagem, com proteções que isolam o local contra ruído, vibrações e poluição.
→ Veja exemplos em nosso post sobre a implantação de Data Centers seguros em edifícios comerciais.
Em muitos casos, o gerador é instalado em uma área externa ao Data Center, protegido por um gabinete contra a ação de intempéries. Nessas situações, geralmente é preciso providenciar adaptações à infraestrutura arquitetônica do local.
Um exemplo é o Data Center implantado pela Zeittec na sede da Companhia de Saneamento do Paraná, a Sanepar. Antes de instalar os geradores, foi necessário construir uma laje impermeabilizada e projetada para suportar o peso dos equipamentos do Data Center.
→ Conheça os detalhes sobre o case no post completo sobre o Data Center da Sanepar.
4. Combustível que alimentará o gerador
Os tipos mais comuns de combustíveis utilizados para alimentar grupos-motores-geradores são o óleo diesel e o gás natural. O diesel possui custo mais elevado que o gás natural.
Mas apesar de o gás ser mais econômico e gerar menor impacto ambiental, estudos apontam que ele não teria a mesma capacidade de aceitação de carga em comparação ao diesel.
Por isso, atualmente, sistemas híbridos de alimentação energética podem ser projetados combinando os dois tipos de alimentação. Essas estratégias utilizam, por exemplo, o gerador a gás em momentos de congestionamento, a fim de aliviar picos de consumo. E o gerador a diesel em situações de emergência, já que ele oferece melhor aceitação de carga.
Seja qual for o combustível, o consumo do gerador será projetado com base na potência e no regime de operação do equipamento.
Os equipamentos que compõem o grupo gerador para Data Center precisam possuir alta eficiência em relação aos combustíveis, baixo custo de manutenção, estabilidade e emissões de resíduos em acordo com as normas vigentes.
Gerador DRUPS: UPS + gerador em um só combo
Uma tecnologia bastante utilizada em Data Centers são os geradores rotativos ou DRUPS (Diesel Rotary Uninterruptible Power Supply).
O DRUPS funciona da seguinte forma: quando falta energia, a energia cinética acumulada no rotor externo alimenta a carga até que o motor a Diesel passe a operar na velocidade nominal. Isso acontece em questão de segundos.
Em seguida o motor a diesel assume como fonte de energia, mantendo protegidas todas as máquinas do Data Center.
As principais vantagens desse sistema, na comparação com a utilização de geradores a diesel combinados a nobreaks alimentados por baterias? Eficiência energética geral, uso de menos componentes, maior vida útil e menor desperdício químico.
Dependendo da quantidade de diesel, o sistema pode ficar funcionando durante dias.
Os geradores DRUPS, porém, não são indicados em todas as situações, porque têm um custo alto de implantação.
“Equipamentos desse porte começam a ficar competitivos quando operam na faixa dos 1000kva – explica Fabrício Costa.
Por isso, normalmente são instalados em Data Centers maiores. Além disso, o regime de manutenção é mais frequente. E devido aos ruídos que geram, precisam ser posicionados na parte externa dos edifícios, às vezes envoltos por cabines com proteção sonora.
Como definir a melhor solução em nobreaks e geradores para o seu Data Center?
Cada Data Center tem suas particularidades. E por isso o sistema elétrico deve ser planejado levando em conta diversos fatores.
Mas como escolher o gerador certo para o Data Center levando em conta requisitos como local, regime de utilização e a segurança almejada?
Para o engenheiro Fabrício Costa, existe uma “fórmula” de sucesso.
“Via de regra, um gerador precisa ser dimensionado para suportar toda a carga do Data Center, em regime de operação contínua, considerando utilização de no máximo 80% da capacidade do gerador.”
Quando o projeto elétrico do Data Center é dimensionado dessa maneira, os riscos de downtimes são reduzidos e a relação custo-benefício da estrutura é preservado.
Em empresas experientes, como a Zeittec, esses requisitos são amplamente discutidos entre a equipe de projetistas e os clientes. Isso garante que o projeto elétrico do Data Center seja elaborado e executado com eficiência e eficácia, prevendo investimentos na medida certa.
Nobreaks e geradores para Data Center: testes finais
Após projeto e construção do sistema elétrico, todos os equipamentos precisam ainda ser avaliados nos testes de validação e comissionamento do Data Center.
Nesses testes, o sistema UPS e os geradores são expostos a cargas extremas por pelo menos quatro horas. Após esse período, passam por ensaios que comprovam o correto funcionamento.
Depois da validação, os nobreaks e geradores do Data Center permanecem em funcionamento com carga normal por vários dias, enquanto são observados e avaliados.
Após esse período de comissionamento, é possível garantir que o Data Center estará totalmente protegido em casos de apagões ou falhas elétricas.
Nobreaks e geradores para Data Center: manutenção do UPS e do gerador do Data Center
Depois que o sistema elétrico entra em funcionamento, os nobreaks e geradores do Data Center têm pela gente um último e constante passo: as manutenções preventivas.
Elas são programadas para verificar o correto funcionamento das baterias e testar o acionamento dos nobreaks.
Baterias ruins ou e baixa qualidade, por exemplo, podem gerar problemas como diminuição da autonomia do UPS, contaminação química, superaquecimento do ambiente ou mesmo risco de incêndio.
Além disso, durante as manutenções é preciso verificar as condições dos geradores. Isso inclui, por exemplo, a análise periódica do óleo do motor. Sem a correta manutenção, esse óleo pode ficar adulterado com o passar do tempo, causando mau funcionamento, paralisação e até mesmo incêndios e graves explosões.
Só uma equipe com muita experiência nesse segmento é capaz de identificar as necessidades e as melhores soluções energéticas para o Data Center de sua empresa.
A Zeittec conta com profissionais com larga experiência no mercado e um know-how acumulado ao longo de mais de 20 anos projetando, instalando e reformando Data Centers em diversas regiões do Brasil, especialmente no Sul e Sudeste.
Conheça alguns de nossos cases realizados nessas regiões clicando no links a seguir:
- Data Centers no Rio Grande do Sul
- Data Centers em Santa Catarina.
- Data Centers no Paraná
- Data Centers no Espírito Santo
- Data Centers no Rio de Janeiro
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Alex Bueno de Oliveira
Satisfação José Olimpio
17/01/2023