La necesidad de procesar cantidades masivas de datos es esencial para respaldar el modo en que las personas viven y las empresas operan. La inteligencia artificial/el aprendizaje automático, el comercio electrónico, la navegación y otras tecnologías modernas dependen de la potencia informática proporcionada por los centros de datos. A menudo pensamos en la potencia informática como el resultado: la cantidad de procesos completados en un tiempo determinado. Pero igualmente importantes son los insumos. Un suministro de energía adecuado es esencial para permitir el máximo rendimiento. En este artículo de Bel se exploran los beneficios de los suministros de energía de titanio en aplicaciones de centros de datos.
Lo único que tienen en común las mayores tendencias recientes en tecnología es que todas requieren enormes cantidades de poder computacional. La inteligencia artificial y el aprendizaje automático (IA/ML, por sus siglas en inglés) pueden requerir enormes cantidades de potencia computacional para ejecutar algoritmos específicos; debido a esto, a menudo se utilizan supercomputadoras para realizar el procesamiento. La IA/ML también suele requerir enormes cantidades de datos para entrenar los algoritmos correctamente. Al igual que la computación en la nube, almacenar y procesar esta información requiere centros de datos llenos de servidores, enrutadores y conmutadores, todos los cuales consumen grandes cantidades de energía.
La eficiencia es cada vez más importante en la informática de alto rendimiento
Esta nueva generación de informática impone exigencias estrictas a los componentes y sistemas necesarios para hacer funcionar estas máquinas. El suministro de energía es de suma importancia en todas estas aplicaciones computacionales. Ya no basta con “simplemente” suministrar energía. Se deben cumplir las restricciones térmicas, se debe lograr una mayor eficiencia energética, se debe implementar redundancia y se requiere alta confiabilidad.
Cualquier sistema informático bien diseñado tendrá en cuenta todos estos factores. De hecho, normativas y certificaciones están comenzando a regir algunos de estos requisitos y ayudan a identificar suministros de energía que cumplan ciertos criterios.
Un ejemplo de ello es 80 PLUS. Establecen requisitos estrictos para los suministros de energía, garantizando su eficiencia energética. Las especificaciones exigen que los suministros de energía alcancen al menos un 80 % de eficiencia energética en varios niveles de carga: 20 %, 50 % y 100 %. Por ejemplo, para calificar para la certificación básica 80 PLUS, una fuente de alimentación debe funcionar con un 80% de eficiencia en las cargas especificadas. Los estándares se vuelven progresivamente más estrictos para certificaciones superiores como Bronce, Plata, Oro, Platino y Titanio.
¿Qué es el programa 80 PLUS?
El programa 80 PLUS es un programa de certificación lanzado a principios de la década del 2000. Inicialmente fue elaborado por Ecos Consulting, pero ahora lo gestiona CLEARResult. Es un programa voluntario que ayuda a los fabricantes a promover diseños energéticamente eficientes destinados a ser utilizados en computadoras. Para cumplir con la certificación 80 Plus, los suministros de energía deben tener una eficiencia de al menos 80 % al 20 %, 50 % y 100 % de la carga nominal y alcanzar un factor de potencia de 0,9 o más al 100 % de la carga.
Pero ¿qué son exactamente la eficiencia energética y el factor de potencia?
Cálculo de la eficiencia del suministro de energía
La eficiencia energética puede ser la medida más conocida de las dos. En términos simples, la eficiencia del suministro de energía es la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada total, expresada en porcentaje.
Eficiencia [%] = x 100
Ecuación 1
Debido a los efectos no ideales de los componentes electrónicos que se usan en los suministros de energía, no es posible lograr una eficiencia de 100 %. Estos efectos pueden ser pérdidas de conmutación y conducción en componentes activos, como transistores y rectificadores, pérdidas resistivas en cables, bobinados, trazas de PCB y pérdidas de CA en el transformador. La energía perdida en estos componentes generalmente se disipa en forma de calor, lo que puede crear problemas adicionales.
Cálculo del factor de potencia
El factor de potencia es un poco más complejo. Es una relación entre la potencia real y la potencia aparente y tiene un valor máximo de uno. La potencia verdadera, medida en vatios, hace referencia a la potencia que realiza el trabajo y que consume el suministro de energía y la carga. 90 grados fuera de fase con la potencia real es potencia reactiva, medida en voltios-amperios reactivos (VAR). La corriente reactiva simplemente circula en el sistema sin realizar ningún trabajo. La potencia aparente es la magnitud de la suma de vectores de la potencia verdadera y aparente, que también es igual al producto de la tensión y la corriente rms.
Figura 1. Triángulo de potencia que muestra los componentes reales y reactivos y el vector de potencia aparente resultante.
Factor de potencia =
Ecuación 2
En un circuito puramente resistivo, el factor de potencia es 1 y toda la potencia aparente produce trabajo. Sin embargo, cuando se introducen componentes reactivos como inductores y condensadores en circuitos y cargas, la forma de onda de la corriente cambiará con respecto al voltaje y el factor de potencia disminuirá debido a la adición de potencia reactiva. En circuitos no lineales, como los suministros de energía de conmutación, también hay armónicos de los que preocuparse. La corriente armónica es reactiva y por lo tanto también reduce el factor de potencia.
El impacto de un factor de potencia bajo es un aumento de la corriente de entrada. Esto genera redes de cableado y distribución más grandes y costosas, menor capacidad en los circuitos derivados y mayores costos.
Existen muchos motivos por los cuales un diseñador puede escoger un suministro de energía con certificación 80 Plus en lugar de otros que no cuenten con certificación. Un motivo importante es el costo. Los suministros de mayor eficiencia producen menos pérdida de energía. Esto significa que los suministros de energía más eficientes pueden ayudar a reducir el costo de funcionamiento de instalaciones más grandes. La energía desperdiciada generalmente se disipa en forma de calor, lo que a menudo requiere sistemas de enfriamiento que no solo agregan costos sino que pueden ocupar un espacio valioso y crear ruido innecesario. Menos calor y menos ventiladores en funcionamiento (o ninguno) también ayudan a prolongar la vida útil de un producto y la confiabilidad general de un sistema.
Niveles de eficiencia 80 PLUS
Como su nombre lo indica, cuando se introdujo por primera vez la certificación 80 Plus, solo se requería que los suministros de energía tuvieran una eficiencia de al menos 80 % a una carga del 20 %, del 50 % y del 100 %. Este nivel de eficiencia ahora se conoce como 80 Plus Basic. Desde la introducción del programa, se han agregado cinco niveles adicionales de certificación. El programa 80 Plus ahora consta de los siguientes niveles de certificación:
Figura 2: Niveles de corriente de 80 Plus.
Cada una de estas certificaciones se divide en subcategorías según el voltaje de entrada de CA. Esto ayuda a los fabricantes a dirigirse a diferentes regiones del mundo. Estas subcategorías incluyen 115 V interno no redundante, 230 V interno redundante, 115 V industrial, 230 V UE interno no redundante y 380 V CC.
Los diferentes niveles de certificación, junto con 3 de las diferentes subcategorías, se detallan en la siguiente tabla. También vale la pena señalar que el nivel más alto de certificación, 80 Plus Titanium, introdujo una carga nominal adicional del 10%.
Las fuentes de alimentación son generalmente más eficientes entre el 50% y el 75% de sus cargas nominales. Sin embargo, a cargas más livianas, la eficiencia del suministro de energía puede disminuir de manera significativa. De hecho, con la excepción de los suministros con clasificación Titanium, cualquier suministro con certificación 80 Plus puede caer por debajo del 80 % de eficiencia a cargas inferiores al 20 %. Dicho esto, el nivel de certificación Titanium requiere que todos los suministros de energía tengan una eficiencia mínima de 90 % al 10 % de su carga nominal.
| 80 Plus Tipo de prueba |
115 V interna No redundante |
230 V interna redundante |
230 V EU interna No redundante |
|||||||||
| % de carga nominal | 10% | 20% | 50% | 100% | 10% | 20% | 50% | 100% | 10% | 20% | 50% | 100% |
| 80 PLUS | N/D | 80% | 80% | 80% | - | - | - | - | - | 82% | 85% | 82% |
| 80 PLUS Bronce |
N/D | 82% | 85% | 82% | - | 81% | 85% | 81% | - | 85% | 88% | 85% |
| 80 PLUS Plata |
N/D | 85% | 88% | 85% | - | 85% | 89% | 85% | - | 87% | 90% | 87% |
| 80 PLUS Oro |
N/D | 87% | 90% | 87% | - | 88% | 92% | 88% | - | 90% | 92% | 89% |
| 80 PLUS Platino |
N/D | 90% | 92% | 89% | - | 90% | 94% | 91% | - | 92% | 94% | 90% |
| 80 PLUS Titanio |
90% | 92% | 94% | 90% | 90% | 94% | 96% | 91% | 90% | 94% | 96% | 94% |
Tabla 1: Niveles de eficiencia 80 PLUS para suministros de energía de CA/CC internos
Importancia de la alta eficiencia
La reducción en el consumo de energía (ser ecológico o respetuoso con el medio ambiente) es un beneficio en sí mismo, pero mejorar la eficiencia de los suministros de energía también es importante para el costo. Las granjas de servidores y los centros de datos pueden ahorrar una cantidad sustancial de dinero al integrar suministros de energía más eficientes a sus sistemas.
La energía desperdiciada se calcula con la siguiente ecuación:
Pwaste
Ecuación 3
Así que, por ejemplo, un suministro con certificación Gold de 1000 W perdería 87 W de potencia a carga completa. Esto supone un suministro no redundante de 230 V con una eficiencia de 92 %. Por otro lado, un suministro equivalente de 1000 W con clasificación Titanium (eficiencia de 96 %) desperdiciaría solo 42 W de energía, una reducción de 52 % en la disipación de potencia.
Hay 8.760 horas en un año. Suponiendo que el suministro de energía funciona todo el tiempo, podemos calcular la energía total consumida por año en kWh como (1000 W + 87 W) * (8760 horas/año) / (1000 W/kW) = 9522 kWh/año.
De manera similar, para un suministro con una eficiencia de 96 %, equivaldría a 9128 kWh. A aproximadamente USD 0,15 por kWh, la diferencia de 394 kWh por año puede no parecer mucho al principio (aproximadamente USD 59 por suministro de energía por año), pero recuerde que solo estamos comparando un solo suministro de energía. Los centros de datos y las granjas de servidores tienen miles de racks de equipos, cada uno de los cuales requiere múltiples fuentes de alimentación. Los ahorros de costos comienzan a acumularse de manera muy rápida y pueden llegar fácilmente a cientos de miles de dólares.
Figura 3: Comparación de la disipación de potencia entre fuentes de alimentación con clasificación de platino y titanio.
El futuro de los suministros de energía de alta eficiencia
A medida que los centros computacionales crecen en tamaño y las aplicaciones se vuelven más exigentes, los suministros de energía de alta eficiencia serán más importantes que nunca. No sólo ayudarán con el ahorro de costos y la confiabilidad, sino que también ayudarán a hacer posibles los sistemas al reducir el calor y el espacio necesarios. Algunas de las soluciones ideales incluyen suministros de energía como la línea de suministros de energía con certificación Titanium de Bel Power Solutions.
Figura 4: Suministros de energía de interfaz CA-CC TEC1300, TET1500 y TET3600.
Bel Power Solutions ofrece 14 familias de suministros de energía y más de 30 productos que cumplen con el nivel de certificación Titanium 80 Plus. La amplia experiencia de Bel en el diseño de productos electrónicos le permite ofrecer una de las más amplias selecciones de diseños frontales con certificación Titanium. Si se necesita algo diferente, Bel Power Solutions también ofrece la opción de suministros de energía personalizados. Los clientes se pueden comunicar con nosotros para obtener una solución personalizada diseñada para cumplir con sus requisitos específicos.