Informe - Escuela de Ingeniería Eléctrica
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Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE – 0502 Proyecto Eléctrico Propuesta para el diseño del sistema de distribución de energía eléctrica de la sala de gestión de banda ancha del edificio de telecomunicaciones del ICE en San Pedro de Montes de Oca Por: Carlos Sterling Aguilar Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Julio del 2008 Propuesta para el diseño del sistema de distribución de energía eléctrica de la sala de gestión de banda ancha del edificio de telecomunicaciones del ICE en San Pedro de Montes de Oca Por: Carlos Sterling Aguilar Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: _________________________________ Ing. Max Ruiz Arrieta Profesor Guía _________________________________ Ing. Oswaldo Blandino Mayorga Profesor lector _________________________________ Ing. Allan Álvarez Hernández Profesor lector ii DEDICATORIA A Dios Con él, todo es posible A mi mamá Por su amor durante toda mi vida, sin ella no lo hubiera podido lograr A mi hermano Por su apoyo en todo momento que lo requería, fue la mano que me impulsó para terminar A la familia y a los buenos amigos Por su guía y ayuda en todos estos años iii RECONOCIMIENTOS Al Ing. Max Ruiz, por su ayuda durante el desarrollo de este trabajo. Al Ing. Oswaldo Blandino, por haber creído en mí, para el desarrollo de este trabajo. Al Ing. Allan Álvarez, por su constante apoyo durante todos los meses de trabajo, muchas gracias. Al Ing. Peter Zeledón, por sus valiosos comentarios para el mejoramiento de este trabajo. Por el apoyo brindado, quiero dar un reconocimiento a los trabajadores del departamento de electromecánica de San Pedro, los señores: Johnny Sibaja, Jorge Navarro, Carlos Murillo, Marco Chávez, Sergio Fernández y Julio Morales, gracias por todo. Por último, quiero dar un agradecimiento a mi compañero Allan Cerdas, por brindarme su ayuda y amistad. iv ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE FIGURAS ...............................................................................vii ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................... viii NOMENCLATURA.....................................................................................ix RESUMEN.....................................................................................................x CAPÍTULO 1: Introducción.........................................................................1 1.1 Objetivos.................................................................................................................2 1.1.1 Objetivo general..............................................................................................2 1.1.2 Objetivos específicos ......................................................................................2 1.2 Justificación ............................................................................................................3 1.3 Metodología ............................................................................................................4 CAPÍTULO 2: Diseño de instalaciones para tecnologías de información..5 2.1 Instalaciones Eléctricas...........................................................................................5 2.1.1 Definiciones ....................................................................................................5 2.1.2 Recomendaciones para el sistema de energía .................................................8 2.1.3 Recomendaciones para el sistema de puesta a tierra ....................................12 2.1.3.1 Puesta a tierra de equipos electrónicos sensibles..............................................15 2.1.3.2 Malla de referencia de señales ..........................................................................15 2.1.3.3 Protección contra descargas atmosféricas.........................................................19 2.2 Iluminación ...........................................................................................................19 2.2.1 Definiciones ..................................................................................................19 2.2.2 Métodos de cálculo para iluminación ...........................................................20 2.2.3 Método de cavidad zonal ..............................................................................20 2.2.3.1 Razones de cavidad...........................................................................................22 2.2.3.2 Criterio de espaciamiento .................................................................................24 2.3 Aire acondicionado ...............................................................................................24 2.3.1 Definiciones ..................................................................................................24 2.3.2 Importancia de un buen sistema de aire acondicionado ...............................25 2.3.3 Ubicación de las unidades de aire acondicionado ........................................26 2.3.4 Métodos para calcular la carga de enfriamiento ...........................................28 2.4 Norma TIA-942 ....................................................................................................29 CAPÍTULO 3: Condición actual de la sala................................................32 v CAPÍTULO 4: Diseño .................................................................................37 4.1 4.2 4.3 Ubicación de equipos............................................................................................37 Sistema de Iluminación.........................................................................................38 Cálculo de Potencia ..............................................................................................41 4.3.1 Iluminación ...................................................................................................41 4.3.2 Tomas para la oficina, cubículos y los de uso general..................................41 4.3.3 Estimación de la potencia requerida por la sala para los equipos de cómputo 42 4.3.4 Potencia del tablero de emergencia ..............................................................44 4.3.5 Tablero de Normal ........................................................................................45 4.3.6 Tablero de corriente directa ..........................................................................45 4.3.7 Tableros: TU1, TU2, TU3, TU4 ...................................................................46 4.3.8 Malla de referencia de señales ......................................................................47 CAPÍTULO 4: Conclusiones y recomendaciones ......................................48 4.1 4.2 Conclusiones.........................................................................................................48 Recomendaciones .................................................................................................49 BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................50 ANEXOS......................................................................................................51 ANEXO A: Levantamiento eléctrico y de equipos ...................................52 ANEXO B: Memoria de cálculos................................................................63 ANEXO C: Gráficos de la Uptime Institute ..............................................83 ANEXO D: Planos definitivos.....................................................................84 vi ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1: a-) sistema sin puesta a tierra, b-) sistema con puesta a tierra ...........................12 Figura 2.2 Elementos principales de un sistema de puesta a tierra.......................................14 Figura 2.3 Malla de referencia de señales.............................................................................18 Figura 2.4 División del cuarto en las tres cavidades.............................................................22 Figura 2.5 Flujos de aire producidos por dos sistemas diferentes de suministro..................27 Figura 2.6 Formación de pasillos fríos – pasillos calientes ..................................................28 Figura 2.7 División del cuarto de computadoras en diferentes áreas ...................................30 Figura 3.1 Conexión incorrecta de cables a la barra de tierra...............................................33 Figura 3.2 Desorden de cables debajo del piso falso ............................................................33 Figura 3.3 Escritorio muy cerca del tablero de energía ........................................................34 Figura 4.1 Diagrama de colores falsos en el nivel útil de trabajo.........................................40 vii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1 Consumo de energía de los equipos electrónicos de la sala............................35 viii NOMENCLATURA ASHRAE Sociedad Americana de Ingeniería para Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración CE Criterio de espaciamiento EDA Área de distribución de equipos EIA Asociación de Industrias de Electrónica HDA Zona de distribución horizontal HR Humedad relativa HVAC Calefacción, ventilación, y aire acondicionado IEEE Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos LAN Red de área local MDA Área de distribución principal NEC Código Eléctrico Nacional NFPA Asociación Nacional de Protección contra el Fuego PLC Controlador lógico programable SAN Red de área de almacenamiento TIA Asociación de Industrias de Telecomunicaciones UPS Fuente de energía ininterrumpible ZDA Área de distribución zonal ix RESUMEN El objetivo principal del proyecto era el diseño de la instalación eléctrica para una sala de computadoras, se partió del hecho que los tableros principales dentro de la sala serian conectados a una torre de energía, por tanto no era necesario calcular capacidades de transformadores o UPS, además se quería que para el diseño se tomaran en cuenta las recomendaciones de la norma TIA-942. Como primer paso, se realizó un estudio de las diferentes normas y publicaciones que hablaban del tema, de entre todas, las que más se utilizaron para el desarrollo del proyecto fueron, la norma 1100 de la IEEE, el NEC, y la norma TIA-942, también se utilizó en gran medida una publicación de la Uptime Institute, esta fue muy útil para estimar la potencia requerida por los equipos electrónicos. Después de haber estudiado las normas, se hizo un levantamiento eléctrico de la sala, además de un plano de planta. El estudió realizado demostró que las condiciones actuales de la sala eran insuficientes para albergar un centro de datos, algunas de estas deficiencias eran: la poca capacidad del tablero principal de UPS, la inexistencia de una malla de tierra, mucho desorden en la conducción de cables de energía y de datos. Como último paso se realizó el diseño, primero se inicio con la ubicación de equipos, luego siguió el sistema de iluminación, después se determinó la capacidad de los tableros y la distribución de tomacorrientes, y por último se realizó la malla de tierra. x xi CAPÍTULO 1: Introducción Los centros de datos son edificios o partes de un edificio cuya función principal es albergar un cuarto de computadoras y sus áreas de soporte, en la actualidad muchas empresas e instituciones requieren para sus operaciones la ayuda de centros de datos, e incluso algunas dependen exclusivamente de ellos. Debido a lo anterior, las organizaciones deben garantizarse que sus centros de información no sean afectadas por ninguna situación que pongan en peligro las operaciones del centro, tales como interrupciones eléctricas, incendios, fenómenos naturales, etc. Es durante la etapa de diseño que se deben tomar las medidas necesarias para eliminar o minimizar los efectos de tales situaciones, también en esta etapa se debe buscar la forma para que la sala tenga el ambiente óptimo para los equipos electrónicos y para el personal, además de proveer mecanismos de seguridad para ambos. Para tomar en cuenta los aspectos anteriores, este trabajo dividió el diseño de la sala en cuatro partes, estos son: la ubicación de equipos, el sistema de iluminación, el de distribución de energía, y el sistema de puesta a tierra. Esta forma de trabajar se aplicará para el diseño de la sala de gestión de banda ancha del edificio de telecomunicaciones del ICE. 1 2 1.1 Objetivos 1.1.1 Objetivo general Proponer el diseño eléctrico para la sala de gestión del edificio de telecomunicaciones del ICE, en San Pedro de Montes de Oca. 1.1.2 Objetivos específicos • Investigar y estudiar las normativas vigentes para el diseño eléctrico de centros de cómputo. • Analizar y documentar la condición actual del sistema eléctrico de la sala de gestión e investigar futuras cargas. • Diseñar el sistema de distribución de energía eléctrica, el sistema de iluminación y el sistema de puesta a tierra. • Proponer un esquema general para la realización del nuevo diseño del sitio en estudio. 2 3 1.2 Justificación El edificio de telecomunicaciones del ICE; ubicado en San Pedro, es un lugar que constantemente experimenta cambios en la ubicación de equipos, actualmente hay una traslación importante de aparatos hacia la sala de gestión de banda ancha, ubicada en el segundo piso, este lugar albergará principalmente los servidores requeridos por las diferentes gestiones, estos equipos son indispensables y tienen un alto costo económico. En esta sala estaban instaladas las computadoras y operadores del número 115 (trámite de servicios de telecomunicaciones), por ello la capacidad de potencia, seguridad, aire acondicionado e iluminación actuales de la sala, son insuficientes para satisfacer los requerimientos del nuevo centro de datos, aunado a lo anterior el sistema eléctrico de la sala es muy viejo y el sistema de detección de incendios no sirve. Debido a esta situación es necesario un nuevo diseño para la sala. 3 4 1.3 Metodología Para realizar el diseño eléctrico del centro de datos, lo primero que hay que hacer es investigar las normas vigentes para dicho fin, estudiarlas y filtrar la información que sea necesaria, estas normas incluyen el NEC, la norma 1100 de la IEEE, normas TIA/EIA, guías y recomendaciones de los fabricantes, y por último libros que traten el tema. Realizar un estudio de las condiciones actuales del cuarto que incluya, potencia, cantidad de aires acondicionados, iluminación, planos eléctricos y situación del sistema contra incendios. Realizar un levantamiento de cargas críticas que hay en el cuarto, además de realizar reuniones con los encargados de los diferentes sectores del cuarto para averiguar cargas futuras. Con esta información se puede iniciar el diseño del plano eléctrico de la sala. 4 5 CAPÍTULO 2: Diseño de instalaciones para tecnologías de información Entre los aspectos más importantes que hay que tomar en cuenta para el diseño de un cuarto de computadoras están, la instalación eléctrica, la iluminación, el aire acondicionado y la seguridad del cuarto. Los primeros tres aspectos se detallarán a continuación, el tema de seguridad del cuarto no fue abarcado en este trabajo, pero algunas notas sobre el mismo se colocaron en los anexos. Debido a la importancia de la norma TIA942 para el diseño de centros de datos, al final del capitulo se hizo un breve repaso de esta norma. 2.1 Instalaciones Eléctricas 2.1.1 Definiciones Algunas definiciones importantes son: Fuente de Energía Ininterrumpible (UPS): Sistema utilizado para proporcionar potencia de salida regulada sin importar las condiciones en la potencia de entrada, incluso cuando el suministro de energía sea interrumpido. Las UPS fuera de línea (off-line) son aquellas que en condiciones normales de operación dejan pasar la energía directamente a la carga critica, las UPS en línea (On-line) son aquellas que convierten la corriente alterna entrante a corriente directa, y luego otra ves a alterna, estas UPS prácticamente entregan energía regulada y sin ninguna perturbación. Otros objetivos de las UPS son proteger a las cargas críticas de voltajes transitorios, harmónicas, ruido eléctrico, etc. 5 6 Armónicas: Las armónicas son señales eléctricas cuyas frecuencias son múltiplos de la frecuencia fundamental (60 Hz), estas señales de alta frecuencia se suman a la señal pura, provocando que esta se distorsione. Las cargas no-lineales son aquellas cargas en donde la forma de onda de corriente en estado estable no tiene la misma forma que la onda del voltaje aplicado, estas cargas producen armónicas en los sistemas de energía. Las armónicas producen calentamiento en los conductores, además en el neutro las componentes de secuencia cero, también conocidas como triples, se suman al mismo, causando un excesivo calentamiento. Voltajes transitorios: Una perturbación eléctrica de corta duración (menos de medio ciclo) en las señales alternas, que es evidenciada por una fuerte discontinuidad en la forma de la onda, pueden ser de cualquier polaridad, además se pueden sumar o restar a la forma de onda nominal. Estas perturbaciones pueden ser generadas por descargas atmosféricas, fallas en la red de distribución/transmisión eléctrica, fotocopiadoras, elevadores, aires acondicionados, equipos de corrección de potencia, etc. Los voltajes transitorios pueden causar desde mal funcionamiento de los equipos electrónicos hasta su total destrucción. Ruido eléctrico: es un tipo de perturbación caracterizada por su alta frecuencia, bajo voltaje y energía, que produce efectos indeseables en los circuitos de los sistemas electrónicos en los cuales ocurre. El ruido de modo común o longitudinal es el voltaje de ruido que aparece entre los conductores de corriente y tierra (fase a tierra y neutro a tierra). El ruido de modo normal o transverso es el ruido eléctrico medido entre los conductores de fase y el neutro. Los ruidos pueden ser producidos por fuentes de radiación 6 7 electromagnética como equipos de telecomunicaciones, radares, aeropuertos, etc, también pueden ser producidos por computadoras, motores, interruptores, descargas electroestáticas, entre otros. Descarga electroestática: es la circulación momentánea de corriente eléctrica entre dos cuerpos con diferentes voltajes, es un fenómeno electroestático que se debe a la acumulación de carga eléctrica en la superficie de materiales aislantes o en cuerpos conductores aislados, cuanto más grande sea la carga acumulada mayor será el potencial eléctrico. La disipación de cargas electroestáticas ocurre cuando existe suficiente conductividad entre el cuerpo cargado y tierra. La carga estática se puede generar por medio de la fricción y separación entre dos materiales distintos, por ejemplo caminar sobre una alfombra o separar ciertos tipos de plásticos, otra forma para producir electricidad estática es por medio de la inducción, esto ocurre cuando una carga previamente originada en la superficie de un material aislante induce cargas eléctricas en un cuerpo conductor cercano. Una sola descarga electroestática puede producir daños graves en el equipo electrónico, sin embargo es la continua exposición a descargas de baja tensión la que causa mayores problemas a los equipos debido a la degradación acumulada de los componentes, los problemas de bajo-grado son los más comunes, los más sutiles y los más difíciles de detectar. Entre los métodos para controlar las descargas electroestáticas están: la utilización de pisos algo conductivos, un buen sistema de puesta a tierra, separar los equipos sensibles de los que generan cargas estáticas (ej. equipos de impresión), pero el método más efectivo y fácil de realizar es el mantenimiento de niveles adecuados de humedad relativa. 7 8 Supresor de transitorios de sobrevoltaje: Son dispositivos de protección contra sobre-voltajes que se conectan en paralelo con las cargas, su función es limitar los sobrevoltajes transitorios y desviar a tierra las sobre-corrientes asociadas, en general estos dispositivos tienen una impedancia alta durante condiciones normales de operación, sin embargo ante la presencia de sobretensiones su impedancia cambia súbitamente a un valor muy pequeño. La norma IEEE/ANSI C62.41-1991 separa una instalación típica en tres categorías, cada una caracterizada por diferentes niveles de exposición, la categoría A son los receptáculos a los que se conecta la carga critica, la categoría B se encuentra en los subtableros de los sistemas de iluminación, de los sistemas de administración del edificio y de los sistemas de seguridad, y la categoría C se encuentra en la entrada de servicio del edificio, esta categoría es la más expuesta a los sobre-voltajes más fuertes generados en el exterior. 2.1.2 Recomendaciones para el sistema de energía A continuación se presentarán algunas recomendaciones de cómo afrontar el diseño de una sala de computadores, estas recomendaciones están basadas en la norma 1100 de la IEEE del año 1999 y en guías facilitadas por los fabricantes de equipo de computación, cabe señalar que todo lo aquí expuesto cumple con el Código Eléctrico Nacional del 2005 (NEC). Utilización de múltiples alimentadores: esto permite respaldo y redundancia, su utilización depende del tamaño y la importancia del centro de datos, los alimentadores que conectan los tableros principales a los tableros secundarios y a otros equipos 8 9 interconectados deben ser de la forma de ducto-barras o cables, se recomienda la utilización de alimentadores dedicados que consistan de los conductores de fase, el neutro y un conductor de tierra de equipo aislado, todos dentro de conductos metálicos, canaletas, etc, que estén debidamente aterrizados. Se puede separar la distribución eléctrica del edificio de la carga electrónica por medio de un transformador de aislamiento (u otro dispositivo mejor), este transformador debe estar lo más cerca posible del equipo. Fuentes de energía ininterrumpible: Las UPS deben ser capaces de llevar toda la carga del equipo de computo el tiempo suficiente para transferir dicha carga a los alimentadores alternos o a generadores de respaldo, además debe ser capaz de llevar el 150% de la carga en caso que se presente una condición de sobrecarga. Se recomienda el uso de UPS en línea, debido a su capacidad de entregar voltajes libres de cualquier perturbación. En caso de que no se usen UPS, se deben utilizar supresores en los tableros, además de transformadores de aislamiento/regulación en el sistema de energía, esto para controlar la energía entrante y proteger el equipo. Generadores de respaldo: Deben ser capaces de llevar todo el equipo de computación y los equipos de soporte. La utilización de estos equipos, junto con las UPS, alimentadores preferidos, etc, proveen redundancia y confiabilidad al sistema de energía. Tableros de distribución: Los tableros deben estar lo más cerca posible de los equipos de cómputo (la distancia máxima puede variar dependiendo de los fabricantes o de las normas vigentes), también hay que asegurarse que las cargas conectadas al mismo tablero sean compatibles con los equipos de computo, las cargas pesadas que son cíclicas 9 10 como elevadores, aires acondicionados, fotocopiadoras, etc, no deberían conectarse a la misma fuente que alimenta a los equipos de cómputo. Se recomienda utilizar tableros especialmente diseñados para cargas no lineales, como mínimo deben tener capacidad para aplicaciones de energía o de iluminación. Protecciones: Las dispositivos de protección de sobre-corriente localizados en los tableros eléctricos deben funcionar correctamente ante corrientes de carga no lineales, en caso que se usen disyuntores, estos deben responder ante valores rms verdaderos (no considera la forma de onda de la corriente de carga), los disyuntores recomendados son los de disparo termo-magnéticos y los de disparo electrónico. Por otro lado los fusibles son dispositivos de protección sensitivos a los valores rms verdaderos y responden adecuadamente a los efectos de calentamiento rms verdaderos de las corrientes de cargas no lineales. Protecciones de transitorios: Es recomendable que los dispositivos de protección de transitorios sean colocados en la entrada del servicio eléctrico de los tableros principales y de los tableros secundarios, y en los tableros colocados en el secundario de un sistema derivado separadamente, pueden ser instalados interna o externamente de los tableros, además deben ser de categoría A ò B. También es recomendable que se utilicen supresores de categoría B a la entrada y salida de las UPS, por último se deben utilizar supresores de categoría C a la entrada del servicio eléctrico. Los supresores para sistemas trifásicos de cuatro de hilos deben ser conectados en todas las combinaciones, de línea-línea, línea- 10 11 neutro, línea-tierra, neutro-tierra, los dispositivos para sistemas trifásicos de tres hilos deben ser conectados de línea-línea y de línea-tierra. Conductores: el equipo electrónico esta categorizado como carga continua, no lineal y con reguladores automáticos de voltaje, debido a esto los conductores que suplen a estas cargas deben ser adecuadamente dimensionados para tomar en cuenta los incrementos de temperatura debido a las armónicas. Especial atención requiere el neutro, ya que por este cable pueden correr corrientes iguales o mayores que las corrientes que circulan por los cables de fase, debido a esto es recomendable sobredimensionar el neutro de los tableros principales que sirven directamente a equipos electrónicos no-lineales hasta a un 200%, esto si afectar los criterios de seguridad del producto y cuando se prevén magnitudes altas de corriente en el neutro. Los neutros de los tableros secundarios que sirven a carga electrónica deben ser como mínimo 1.73 veces la capacidad de corriente del conductor de fase. En caso que las cargas sean monofásicas, es recomendable que sean alimentadas por circuitos dedicados, en los tableros debe haber una barra de neutro con puntos de terminación individuales para cada carga. Control de energía de emergencia: Es requerido un medio para desconectar todos los sistemas electrónicos en cada punto de entrada a la sala, múltiples medios de desconexión son permitidos pero en cada caso los interruptores deben estar sin obstrucciones y claramente identificados, una cubierta puede ser colocada para evitar contactos accidentales, pero el acceso no puede ser bloqueado. El interruptor debe 11 12 desconectar la energía a todos los sistemas de computación, HVAC, UPS y baterías, si la UPS esta dentro del centro, el medio de desconexión debe parar la energía de la unidad. 2.1.3 Recomendaciones para el sistema de puesta a tierra Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores (cables, varillas, etc.) que interconectan materiales metálicos (gabinetes, estructuras, tuberías, etc.), equipos (eléctricos, electrónicos, de comunicación, etc), circuitos eléctricos, entre otros, con mallas o electrodos enterrados. Los objetivos de la puesta a tierra son estabilizar el voltaje a tierra, tanto en condiciones normales como en las transitorias, proveer un camino de baja impedancia por el cual pueda pasar la corriente de falla, de manera que permita una pronta acción de los dispositivos de protección, disipar las corrientes asociadas a descargas atmosféricas, drenar las descargas estáticas a tierra y por último pero más importante, salvaguardar la vida de las personas, al evitar que éstas entren en contacto con conductores y/o objetos metálicos energizados, tal como se muestra en la figura 2.1. Figura 2.1: a-) sistema sin puesta a tierra, b-) sistema con puesta a tierra 12 13 El sistema de puesta a tierra se divide en los siguientes elementos principales: Sistema del electrodo de tierra: Es una instalación que recibe e inyecta corriente a la tierra, el NEC permite utilizar como electrodos de tierra a las tuberías de agua metálica instaladas bajo tierra que tengan continuidad eléctrica, también la estructura metálica del edificio cuando este efectivamente conectado a tierra, varillas incrustadas en concreto que estén en contacto directo con la tierra, anillos de tierra hechos con cables de cobre desnudo colocados alrededor del edificio y que estén enterrados. El conductor utilizado para conectar el electrodo de tierra, al conductor de tierra de los equipos, al conductor conectado a tierra (neutro), o a ambos cuando están presentes, es llamado conductor del electrodo de tierra, este se conecta al tablero de servicio, en la fuente de un sistema derivado separadamente, o al primer dispositivo de desconexión. Tierra del circuito: También llamado conductor conectado a tierra o conductor neutro, tiene la función de servir como referencia a tierra del sistema, además tiene la función de transportar la corriente de falla cuando se presenta un cortocircuito o falla a tierra. Conductor de tierra del equipo(seguridad): Conductor utilizado para conectar las partes metálicas no-conductoras de corriente eléctrica de los equipos, canalizaciones y otras cubiertas, al conductor conectado a tierra, al conductor del electrodo de tierra o a ambos, en el tablero de servicio o en la fuente de un sistema derivado separadamente. 13 14 Figura 2.2 Elementos principales de un sistema de puesta a tierra El diseño de un sistema de puesta a tierra debe cumplir con los requerimientos del artículo 250 del NEC, entre otras cosas este artículo menciona que el camino a tierra desde circuitos, equipos, canalizaciones, etc, debe ser continuo y permanente, con la suficiente capacidad para conducir con seguridad cualquier corriente que se le imponga, contar con una impedancia suficientemente baja para limitar el voltaje a tierra y facilitar los dispositivos de protección del circuito. También es importante señalar que se pueden utilizar diferentes electrodos de tierra, pero todos deben unirse, esto con el fin de evitar diferencias de voltaje entre cualquiera de ellos. Por otro lado el código exige una única conexión entre el neutro y tierra, esta se debe realizar solo en el tablero principal de distribución o en el secundario de un sistema derivado separadamente. 14 15 2.1.3.1 Puesta a tierra de equipos electrónicos sensibles El equipo electrónico sensible es aquel que es altamente sensible a los ruidos eléctricos, a las descargas electroestáticas y en general a cualquier perturbación eléctrica. Algunos de estos equipos son: computadoras, servidores, sistemas de telefonía, controladores lógicos programables (PLC), sistemas de control, etc. El articulo 250 del código cumple con requerimientos de seguridad, pero no son del todo adecuados para un centro de datos que tiene equipos electrónicos. Sin embargo este artículo permite la instalación de la denominada tierra aislada, tierra del sistema, ó tierra dedicada. Esta tierra aislada es un cable aislado, separado y dedicado que esta conectado a tierra en el punto de unión neutro/tierra y se extiende desde este punto hasta el equipo, o a los receptáculos aislados a tierra para el equipo, ver figura 2.2. Este cable debe instalarse junto con los conductores del circuito, el neutro y la tierra de seguridad dentro de la misma canalización o cable. El conductor de tierra aislada no se conecta al conducto o tableros de distribución por los cuales se desplaza, sino que solo termina en los bloques de terminales aislados, en el cable principal de tierra, en la tierra aislada del equipo y en el punto único de unión de la fuente de energía. El objetivo de la tierra aislada es proporcionar un sistema “limpio”, libre de ruidos electromagnéticos, corrientes errantes y voltajes. 2.1.3.2 Malla de referencia de señales Un sistema de tierra que emplea conductores largos exhibirá altas impedancias a altas frecuencias, lo cual no es deseable. Las impedancias de los caminos a tierra no se pueden controlar y generalmente son muy grandes a frecuencias superiores a unos pocos 15 16 kHz. Una forma para enfrentar esta situación es la utilización de una malla de referencia de señales, idealmente esta malla funciona como un plano de tierra equipotencial sobre el rango de frecuencias de interés (desde dc hasta unas decenas de MHz), proporcionando un camino de baja impedancia a tierra para corrientes de frecuencias altas. Una forma para construir una malla de referencia de señales es utilizando la rejilla de travesaños interconectados utilizados en el soporte del piso falso de una sala de computadoras, como se muestra en la figura 2.3, también se puede construir por medio de la unión de tiras de cobre para formar la malla, estas tiras descansan directamente sobre el sub-suelo que soporta al piso falso, cada cuadricula de esta rejilla tiene un área de 60cm x 60cm,, el tamaño de esta rejilla se debe a que se ha determinado que las ondas estacionarias no causan una caída de tensión significativa entre los terminales de un conductor si la longitud de este no es mayor entre 1/10 y 1/20 de la longitud de onda; por ejemplo, para 30 MHz, la longitud de onda es de 10m, entonces 1/20 es 0.5m, por lo que la cuadricula puede tener de lado una longitud mínima de 0.5m. Algunas prácticas recomendadas para la instalación de una malla de referencia de señales son: -Seguir todos códigos y normas para la instalación de la tierra de seguridad, no hay conflicto entre la tierra de seguridad y la tierra efectiva para altas frecuencias. -Seleccionar una adecuada propuesta para la malla y asegurarse que este instalada y mantenida correctamente. 16 17 - A la malla debe estar unido permanentemente todo el acero del edificio que sea accesible, también debe estar unido a la malla todo camino metálico(conductos, tuberías, ductos, etc.) que cruza la malla o que pasa a menos de 1.8m de la malla. -Si existe un único punto de entrada para los cables de energía y de tierra, entonces un único punto de aterrizamiento del área al acero estructural del edificio es aceptable si este sistema de puesta a tierra es supervisado periódicamente por personal calificado, el equipo protegido por la red, debe ser aterrizados en múltiples puntos a la misma. -Unir a la malla cada pieza de equipo electrónico sensible, y cualquier equipo mecánico y eléctrico localizado sobre la malla, las conexiones a la malla deben ser tan cortas como sea posible, sin pliegues bruscos ni esquinas afiladas. -Las conexiones para el equipo electrónico sensible no deben ser realizadas en las partes más exteriores de la malla. Los equipos de calefacción, ventilación, aire acondicionado y tableros deben ser conectados a las partes más exteriores de la malla. El equipo crítico debe estar unido a más de 1.8m desde el acero del edificio, o de caminos potenciales de rayos. -Todos los sistemas derivados separadamente que sirven a equipos sobre la malla, deben tener su punto de unión tierra/neutro conectado a la malla. -Los equipos de calefacción, refrigeración, acondicionadores de aire, tuberías, paredes de metal, tableros de distribución, transformadores y equipo similar dentro del área de trabajo deben ser conectados a la malla. 17 18 -Ninguna conexión a tierra debe ser hecha hacia puntos remotos o hacia puntos de tierra dedicada, ni ningún intento de proveer caminos a tierra similares. -Todos los cables de datos y de energía deben descansar sobre o estar muy cerca de la malla, cuando el fabricante lo permita se puede utilizar más de un conductor para aterrizar los equipos. Figura 2.3 Malla de referencia de señales 18 19 2.1.3.3 Protección contra descargas atmosféricas El único propósito de este sistema es transportar de manera segura las corrientes relacionadas con el rayo a través de la instalación hasta el sistema del electrodo de tierra, también busca minimizar los efectos electromagnéticos asociados a estas descargas. Los sobre-voltajes debidos a los rayos no pueden ser detenidas pero pueden ser desviadas, para ello es necesario la utilización de dispositivos de protección de sobretensión en diferentes puntos del sistema que ayuden a desviar estos aumentos de voltajes y corrientes a tierra. El diseño del sistema de para-rayos debe cumplir con la norma NFPA-85 ò con códigos locales o nacionales de protección contra rayos. 2.2 Iluminación 2.2.1 Definiciones Algunas definiciones importantes son: Flujo luminoso: cantidad de luz que fluye a través de una superficie por segundo, la unidad de medición es el lumen (lm), 1 lumen = 1 cd*estereorradián. Intensidad luminosa: cantidad de flujo luminoso propagándose en una dirección dada, que emerge, atraviesa o incide sobre una superficie por unidad de ángulo sólido, la unidad de medición es la candela (cd), unidad fundamental SI. Iluminación: efecto producido cuando el flujo luminoso o los lúmenes caen sobre una superficie, la unidad de medición es el lux, 1 lux = 1 lm/m2. 19 20 Reflectancia: razón entre la luz reflejada por una superficie y la luz incidente sobre ella. 2.2.2 Métodos de cálculo para iluminación El método de cavidad zonal es utilizado para calcular el nivel de iluminación promedio horizontal a través de un espacio, este método divide el local que va a ser iluminado en tres zonas o cavidades, cada una de ellas será tratada en conjunto ya que cada zona tiene un efecto sobre las otras cavidades para producir iluminación uniforme, si en las cavidades existen vigas, ductos, maquinarias u otras obstrucciones, entonces el área a iluminar debe ser dividida en secciones más pequeñas para propósitos de diseño. Cuando se necesita un nivel de iluminación en un punto específico, se debe usar el método de punto por punto, este método utiliza la curva fotométrica que nos muestra la distribución de candelas potencia producida por la lámpara o luminaria, y por medio de trigonometría básica el diseñador puede conocer los niveles de iluminación en superficies tanto horizontales como verticales. 2.2.3 Método de cavidad zonal Este método considera que la luz producida por una luminaria es reflejada por todas las superficies del local, las reflexiones múltiples de la luz desde la luminaria y desde las superficies del local actúan para producir la luz en el plano de trabajo, por ello es importante determinar las dimensiones del local, las reflectancias de las paredes, techos y pisos, características de las lámparas y luminarias, efectos ambientales, niveles de 20 21 contaminación, programas de mantenimiento del sistema de iluminación, colores del local y de los objetos dentro del mismo. La ley del cuadrado inverso indica que para producir un lux en el plano de trabajo, el sistema de iluminación debe producir un lumen sobre cada metro cuadrado, sin embargo conforme la fuente de luz se encuentre más distante del plano de trabajo, el nivel de iluminación se reducirá proporcionalmente al cuadrado de la distancia. Por ejemplo, si un sistema de iluminación produce 1000 luxes a una distancia de 10 m, entonces a 20 m el mismo sistema solo producirá una cuarta parte del nivel de iluminación, osea 250 luxes. Por lo tanto, un nivel de iluminación promedio de 1000 luxes sobre un área de 10m2, requerirá de 10000 lúmenes (desde el sistema de iluminación) que sean dirigidos al plano de trabajo, esta ley no es del todo valida para iluminación con fluorescentes. El método de cavidad zonal divide el local en las siguientes zonas: 1- ) Cavidad del techo: Es el área medida desde el plano de la luminaria al techo. Para luminarias colgantes existirá una cavidad de techo; para luminarias colocados directamente en el techo o empotrados en el mismo no existirá cavidad del techo. 2-) Cavidad del local: Es el espacio entre el plano de trabajo donde se desarrolla la tarea y la parte inferior de la luminaria, el plano de trabajo se encuentra localizado normalmente arriba del nivel del piso. En algunos casos, donde el espacio de trabajo es considerado a nivel del piso, el espacio desde la luminaria hasta al piso se considera la cavidad de local. 21 22 3- ) Cavidad del piso: Se considera desde el piso a la parte superior del plano de trabajo, o bien, el nivel donde se realiza la tarea especifica. Para áreas de oficina esta distancia es aproximadamente de 76 cm. Si el trabajo o tarea se realiza en el piso, no existe cavidad del piso. La figura 2.4 muestra la división de un cuarto en las tres cavidades. Figura 2.4 División del cuarto en las tres cavidades 2.2.3.1 Razones de cavidad Son razones matemáticas, se calculan con la siguiente ecuación: RC = 5h(alturalocal + ancholocal ) longitudlocal * ancholocal (2.2-1) donde h = es la altura de la cavidad que esta siendo medida. Como se muestra en la figura 2.4, hcc es la altura de la cavidad del techo, hrc es la altura de cavidad del local y hfc es la altura de la cavidad del piso; cada altura produce una razón, estas son: la razón de cavidad del techo (RCT), la razón de cavidad del local (RCL) y la razón de cavidad del piso (RCP). La fórmula básica para determinar el número de luminarias necesarias para producir un nivel de iluminación deseado para un espacio conocido es como sigue: 22 23 Luxes = N * (lamparasporlu min arias ) * (lúmenesporlampara) * CU * FPL área (2.2-2) donde N = número de luminarias CU = coeficiente de utilización FPL = factor de mantenimiento o factor de pérdida de luz = DLP*DLL. DLL = depreciación de lúmenes de la lámpara. DLP = depreciación de la luminaria por polvo. Área = tamaño del área que debe ser iluminada. Los fabricantes de lámparas publican datos en los cuales se indica el valor inicial de la producción lumínica y el valor promedio, también publican la depreciación de lúmenes de la lámpara a través de las horas de vida (D.L.L) así como datos acerca de la pérdida de luz debido al polvo y la suciedad en la superficie de los luminarias (D.L.P), también proporcionan el coeficiente de utilización para diferentes tamaños y para diferentes reflectancias de las superficies. El coeficiente de utilización es un parámetro que nos indica que tan eficiente es la luminaria en convertir los lúmenes producidos por la lámpara en iluminación útil en el plano de trabajo. Un coeficiente de utilización de 0.8 significa que de la luz emitida por la lámpara, solamente un 80% se puede utilizar en el plano de trabajo. 23 24 2.2.3.2 Criterio de espaciamiento El criterio de espaciamiento (CE) de las luminarias es una técnica de clasificación para las luminarias de interiores y esta relacionado con la distribución fotométrica que proporciona el componente directo de las luminarias (0 a 90 grados). El criterio de espaciamiento de las luminarias, se basa en el supuesto de que toda la iluminación principal horizontal sobre el plano de trabajo bajo una luminaria específica, es provista por esta luminaria; sin embargo, también se espera que dicha luminaria aporte la suficiente luz para que el punto intermedio entre esta y otra luminaria, reciba tanta iluminación como el punto directamente debajo de cada una. Los fabricantes incluyen en sus datos fotométricos la razón máxima de espaciamiento a altura de montaje (e/Hm), según la práctica recomendada este dato no debe utilizarse como el CE, esto se debe a que la principal limitación del CE es la recomendación de que el punto debajo de la luminaria reciba casi toda su iluminación de la luminaria que esta sobre el. Esta limitación puede superarse si el espaciamiento de las luminarias es 0.3 a 0.5 veces menor que el CE nominal de las luminarias, de este modo, la luminaria situada directamente sobre el punto a iluminar contribuirá con solo el 50%, y las luminarias vecinas proporcionaran el otro 50%. 2.3 Aire acondicionado 2.3.1 Definiciones Algunas definiciones importantes son: 24 25 Carga térmica o carga de enfriamiento: es la cantidad de energía que se requiere vencer en un área para mantener determinadas condiciones de temperatura y humedad, se expresa en BTU, la unidad utilizada comercialmente la relacionan con el tiempo, (BTU/hr). Humedad relativa: es el cociente de la cantidad (masa) de vapor de agua que contiene un cierto volumen de aire, entre la cantidad máxima de vapor de agua que podría contener dicho volumen bajo las mismas condiciones de presión y temperatura, se expresa en porcentaje. 2.3.2 Importancia de un buen sistema de aire acondicionado La razón principal para la utilización de un buen sistema de enfriamiento es la alta carga de calor producida por los equipos, además estas cargas varían a través de las áreas del cuarto, por lo que es necesario que el sistema de aire pueda dirigirse a las necesidades específicas de las unidades particulares. Niveles adecuados de temperatura y humedad relativa en el cuarto de computadoras son importantes porque crean ambientes óptimos para las operaciones del sistema, evitan daños a los equipos y dan confort a los trabajadores dentro del cuarto. El rango de temperaturas y HR sobre el cual un determinado equipo puede funcionar depende del fabricante, sin embargo los valores óptimos para la mayoría de los equipos están entre 21°C a 23°C para temperatura y entre 45% a 50% para la HR. Niveles adecuados de HR ayudan a prevenir daños provocados por descargas electroestáticas, ya que las cargas son más fácilmente disipadas en un ambiente con cierta 25 26 humedad que un ambiente seco. Por otro lado, niveles altos de humedad pueden traer problemas como corrosión sobre el hardware, condensación, transferencia de gases corrosivos al cuarto por medio de la humedad del aire. Para el sistema de refrigeración lo mejor es utilizar varias unidades de aire, ya que estos proveen redundancia al sistema, además cada unidad tiene sus propios sensores de temperatura y humedad relativa, por lo que al estar distribuidos se tendrá una mejor lectura de las condiciones de la sala. 2.3.3 Ubicación de las unidades de aire acondicionado La mayoría de los equipos y gabinetes toman su aire para enfriar por la parte inferior, por el frente, o por los lados, y expulsan el aire caliente por las partes de arriba o por la parte de atrás , por ello la mejor forma de distribuir el aire es a través del sub-suelo (espacio entre el piso del edificio y el piso falso), si se distribuye el aire frío por la parte de arriba del cuarto, se crearán turbulencias al chocar con el aire caliente proveniente de los equipos, tal como se muestra en la figura 2.5, en la figura también se muestra como las baldosas perforadas del piso falso se deben colocar cerca de las entradas de aire de los equipos. 26 27 Figura 2.5 Flujos de aire producidos por dos sistemas diferentes de suministro Es recomendable que las filas de hardware sean colocadas perpendicularmente a los acondicionadores de aire, esto con el fin de ofrecer un camino sin obstáculos para el retorno del aire hacia las unidades, también es importante mantener el sub-suelo libre de obstrucciones que puedan impedir la distribución del aire, los cables de energía y de datos deben ser cuidadosamente manejados para evitar desordenes y áreas congestionadas. La utilización de muchos equipos y gabinetes dentro de un cuarto de computación complica la distribución de los mismos, sobre todo si se toma en cuenta que estos tienen diferentes configuraciones de flujos de aire, sin embargo el criterio que tiene que prevalecer es que la salida de aire caliente de una unidad no debe ingresar a la toma de aire de otra 27 28 unidad. Una práctica recomendada es formar los pasillos calientes-pasillos fríos, esto se logra colocando los bastidores como se muestra en la figura 2.6. Figura 2.6 Formación de pasillos fríos – pasillos calientes 2.3.4 Métodos para calcular la carga de enfriamiento Para determinar la capacidad de las unidades de aire acondicionado es necesario calcular la carga térmica presente en el cuarto, sin embargo esta carga no es únicamente la suma de las cargas de todos los equipos de la sala, también hay que tomar en consideración numerosos factores tales como: datos atmosféricos del sitio, características de la edificación (dimensiones físicas), orientación del edificio y la dirección de las paredes del espacio a condicionar, momento del día que la carga llega a su pico, espesor y características de los aislamientos, cantidad de sombras en los vidrios, concentración de personas en el local, fuentes de calor internas, y la cantidad de ventilación requerida. 28 29 La Sociedad Americana de Ingeniería para Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración (ASHRAE) reconoce la vigencia de cuatro métodos para el cálculo de cargas térmicas, estos son: el método de función de transferencia (TMF), el método de calculo de cargas por temperatura diferencial y factores de carga de enfriamiento (CLTD/CLF), el método de valores de temperatura diferencial total equivalente y tiempo promedio (TETD/TA), el último método es un capítulo especial del CLTD/CLF utilizado para el cálculo en residencias. El método CLTD es la primera opción para el cálculo manual pero requiere el uso de tablas de factores precalculados, los otros métodos requieren cálculos más complicados por lo que se implementan con herramientas computacionales. 2.4 Norma TIA-942 Esta norma esta orientada exclusivamente al manejo y diseño de centros de datos, fue publicada en Abril del 2005 por la TIA, en base a esta norma, un centro de datos se define como una sala que alberga el almacenamiento, procesamiento y comunicaciones de datos, más las áreas de soporte que requiere para funcionar, tales como energía, seguridad, HVAC, telecomunicaciones, etc. Por otro lado, el cuarto de computadoras se refiere al área dentro del centro de datos donde están ubicados los equipos que trabajan directamente con los datos, tales como servidores, ruteadores, switches, sistemas de almacenamiento, etc. Además la norma divide la sala de computadoras en varias áreas, estas se muestran en la figura 2.7. 29 30 Figura 2.7 División del cuarto de computadoras en diferentes áreas Área de distribución principal (MDA): es el concentrador del sistema de cableado, esta área incluye la conexión cruzada principal y puede incluir conexiones cruzadas horizontales si el equipo que los utiliza esta cerca. El MDA puede albergar los enrutadores y los switches de la red de área local (LAN) y de la red de área de almacenamiento (SAN). Área de distribución principal (MDA): es el concentrador del sistema de cableado, esta área incluye la conexión cruzada principal y puede incluir conexiones cruzadas horizontales si el equipo que los utiliza esta cerca. El MDA puede albergar los enrutadores y los switches de la red de área local (LAN) y de la red de área de almacenamiento (SAN). Área de distribución principal (MDA): es el concentrador del sistema de cableado, esta área incluye la conexión cruzada principal y puede incluir conexiones cruzadas 30 31 horizontales si el equipo que los utiliza esta cerca. El MDA puede albergar los enrutadores y los switches de la red de área local (LAN) y de la red de área de almacenamiento (SAN). Área de Distribución Horizontal (HDA): es donde se encuentra la conexión cruzada horizontal si el centro de datos es relativamente amplio, en centros de datos más pequeños, el HDA esta incorporado al MDA. Contiene los switches de LAN/SAN y los switches para teclado/video/mouse para el equipo. El HDA tiene que estar a una distancia mínima de 15m del MDA. Área de Distribución de Equipos (EDA): son los racks y gabinetes que contienen los módulos de computación y almacenamiento. Área de Distribución Zonal (ZDA): es un área opcional, se utiliza en grandes salas de cómputo que necesitan flexibilidad de configuración adicional entre el HDA y los equipos. Entrada del cuarto: es la interface entre el proveedor de acceso y el cableado estructurado del centro de datos. La sala de entrada se encuentra afuera de la sala de cómputo por cuestiones de seguridad. 31 32 CAPÍTULO 3: Condición actual de la sala Se realizó un estudio para determinar las condiciones actuales de la sala, este incluyó un levantamiento eléctrico y un levantamiento de la ubicación de equipos en la sala, también se verificó que la sala cumpliera con los requerimientos necesarios para albergar un centro de datos según la normas vigentes, como la 1100 de la IEEE o la TIA942, los detalles del estudio se encuentra el anexo. En resumen la sala cuenta con tres tableros principales, el tablero de ups, el tablero normal y el tablero de emergencia, asimismo del tablero de ups se derivan otros cuatro tableros que están distribuidos a través de toda la sala, también cuenta con un tablero de corriente directa y otro para los aires acondicionados. Por otro lado, aunque la cantidad de equipos no es mucho en comparación al tamaño de la sala, se encontró que en numerosos casos no se cumplen las distancias mínimas requeridas por el equipo o por el NEC. Durante el levantamiento se encontraron gran cantidad de faltas, a continuación se presentan unas fotos que son representativas de las más comunes: 32 33 Figura 3.1 Conexión incorrecta de cables a la barra de tierra En la figura 3.1 se observa como los cables de color rojo y de color negro están conectados a la barra de tierra del tablero, en varios de los tableros se encontró esta falta. Figura 3.2 Desorden de cables debajo del piso falso 33 34 En la figura 3.2 se muestra como los cables debajo del piso falso están en completamente desordenados, ningún cable está protegido por un conducto, los cables de energía y de datos están revueltos, etc. Figura 3.3 Escritorio muy cerca del tablero de energía En la figura 3.3 se observa como los tableros no tienen el espacio de trabajo mínimo requerido por el NEC, el escritorio y la computadora están muy cerca de los tableros. 34 35 El consumo de potencia actual de la sala debido a los equipos electrónicos es: Tabla 1.1 Consumo de energía de los equipos electrónicos de la sala Fuente de energía Tablero principal UPS Planta Dongah Tablero -2P Planta San Pedro digital 1 Planta Dongah, corriente directa Tablero UPS REM TOTAL Potencia (W) 6400 4200 1144 2600 440 985 15770 Según datos de la Uptime Institute, para el 2005 la densidad de potencia para salas de poco equipo era de aproximadamente 215W/m2; el consumo actual de la sala de gestión es de aproximadamente 15 500W, para un área de 265m2 eso representa una densidad de potencia de 60W/m2. Según lo anterior, la densidad de potencia para la sala actual está muy por debajo de la que tienen salas con poco equipo, incluso con la capacidad máxima del tablero principal de UPS (se supone que todos los equipos deben estar conectados a el), la cual es de 20 175VA (calculada en base a la protección de los cables de alimentación del tablero; 70A, y a la limitación del NEC cuando la carga es continua), resulta en una densidad de 76W/m2, la cual sigue estando muy por debajo de los 215W/m2. 35 36 Entre las cosas buenas que se encontraron en la sala, se encuentran: • Luminarias: todas son luminarias para empotrar en cielo suspendido, para lámparas fluorescentes T8, con balastro electrónico. • Distribución de tableros de UPS: esto con el fin de tener un mejor ordenamiento de las cargas críticas. • Piso falso. • Barra de tierra. Entre las cosas no tan buenas que se encontraron en la sala se encuentran: • Baja capacidad del tablero principal de UPS: la máxima potencia que se puede conectar a este tablero es aproximadamente 20kVA, esta potencia se calculó en base a la protección de los cables de alimentación del tablero (70A), y a la limitación del NEC cuando la carga es continua. • Hay mucho desorden en la conducción de cables de energía y de datos. • La sala no cuenta con malla de referencia de señales. • Las unidades de aire acondicionado no son las adecuadas para un centro de datos: las unidades actuales son aires para oficina, orientados para la comodidad de las personas. • La sala no cuenta con un sistema contra incendios. 36 37 CAPÍTULO 4: Diseño 4.1 Ubicación de equipos La ubicación de equipos se realizó en base a las recomendaciones de la norma TIA- 942, en pocas palabras esta norma pide espacios dedicados para equipos que son del mismo tipo, por ejemplo, un espacio dedicado para servidores, otro para los enrutadores y los switches, otro para los tableros de energía, etc. El plano de la ubicación de equipos se puede encontrar en el anexo. Como primer paso se utilizó la cuadricula formada por el piso falso como un medio para localizar los equipos dentro de la sala, luego se ubicaron los bastidores con los equipos sensibles lo más alejado posible de las entradas, los bastidores se colocaron en filas y se alinearon para crear una disposición intercalada de pasillos calientes-pasillos fríos, además se procuró dejar un espacio reservado para el MDA, los aires acondicionados se colocaron perpendiculares a las filas de los bastidores, las estaciones del trabajo del personal de soporte se colocaron alrededor del cuarto de computadoras, los muebles para el almacenaje de repuestos, cintas, etc, se colocaron entre las filas de los bastidores y las estaciones de trabajo para que sirvan de separación entre ambas áreas. Se dejó un espacio reservado para un aire acondicionado y un espacio reservado para UPS, este espacio de UPS es necesario mientras la torre de energía no esté terminada, cuando esto ocurra y los tableros principales se conecten a la torre, este espacio no será necesario y entonces se podrá utilizar para almacenaje o para estaciones de trabajo. 37 38 Cabe señalar que para la ubicación de equipos se tomó en cuenta las distancias mínimas requeridas por las diferentes normas, así como las distancias mínimas que debe haber entre escritorios de oficina. De acuerdo a lo anterior solo queda espacio para un bastidor más, específicamente en el cuadro AN05, si se quiere aumentar la cantidad de equipos seria necesario quitar los módulos de trabajo y seguir con la fila de bastidores, en tal caso las filas empezarían a partir de la columna AR, esto se debe a que por debajo del piso falso de las columnas AN, AO, AP, AQ están las canastas para los cables de datos (y espacios reservados para canastas en caso de crecimiento) y estos no pueden tener ninguna obstaculización. En caso que las filas crezcan el MDA también deberá crecer. 4.2 Sistema de Iluminación Para el diseño del sistema de iluminación se dividió la sala en cuatro partes, el centro de datos, el área de los cubículos y la oficina, el cuarto pequeño y el pasillo. Para toda la sala se utilizó el mismo tipo de luminarias con el mismo tipo de lámparas. Tipo de lámpara: fluorescente, Sylvania Octron 32W, temperatura de color 4100K (FO32W/41K 840), Lúmenes: 2900. Tipo de luminaria: Luminaria para empotrar en cielo suspendido, Sylvania, modelo 503 con difusor PL5 y reflector de aluminio, balastro electrónico, 2 tubos T8, (503-EO-48-2). Hay que señalar que el método de cavidad zonal utiliza valores específicos de cada luminaria, para el modelo 503 de Sylvania no se pudo encontrar dichos valores, por tanto se 38 39 utilizó los datos de una luminaria de marca diferente pero de características semejantes al modelo 503 y que también utiliza el mismo tipo de lámpara T8.. Centro de datos: según la norma TIA-942 se requiere entre pasillos una iluminación de 540 lux a 1 m desde el piso falso, por medio del método de cavidad zonal se encontró que se requerían al menos 46 luminarias, por tanto para el centro de datos se colocaron 7 filas x 7 columnas de luminarias. Oficina y cubículos: Según la IES se requiere como mínimo 450 lux a 0.75m desde el piso falso, por el método de cavidad zonal se determinó que eran necesarios 15 luminarias, por tanto se colocaron 8 filas x 2 columnas de luminarias. Cuarto pequeño: Se colocaron 2 luminarias para el cuarto. Pasillo: Según la IES se requiere como mínimo 200 lux a 0.75m, por tanto se colocó una luminaria para el pasillo. El método de cavidad zonal sería totalmente efectivo si los muebles o equipos tuvieran una altura máxima de 1m, sin embargo la mayoría de los bastidores, unidades de aire acondicionado y módulos de trabajo tienen como mínimo una altura de 2m, esta situación produce una disminución en la iluminación que llega al plano de trabajo. Para tomar en cuenta los factores anteriores se utilizó el programa RELUX; este programa esta orientado al diseño de sistemas de iluminación para interiores y exteriores, con este software se mejoró el diseño obtenido con el método de cavidad zonal, uno de los resultados de este programa es representar la iluminación en el plano de trabajo por medio 39 40 de colores, la figura 4.1 muestra el diagrama de colores falsos para el sistema de iluminación definitivo. Figura 4.1 Diagrama de colores falsos en el nivel útil de trabajo En la figura anterior se muestra como entre los pasillos de los bastidores hay más de 500lux, alrededor de los módulos de trabajo también hay 500lux, hay un área muy extensa en donde la iluminación supera los 750lux, aquí es donde estarán las estaciones de trabajo, sin embargo si esa área se usa para bastidores la iluminación disminuirá a por lo menos 40 41 500lux, en la oficina la iluminación supera los 500lux, en los cubículos la iluminación varía entre 300lux y 500lux, hay que señalar que para la simulación en RELUX se usó el modelo exacto de la luminaria 503, este modelo fue proporcionado por Sylvania de Costa Rica. Por último hay que indicar que las luminarias se colocaron para quedar en los pasillos formados por los bastidores, de esta forma la mayoría del flujo luminoso producido por la luminaria caerá directamente al pasillo. 4.3 Cálculo de Potencia 4.3.1 Iluminación En total se requirieron 65 luminarias con un consumo total de 4030VA, de las 65 luminarias, 34 (2108VA) fueron conectadas al tablero de emergencia y 31 (1922 VA) fueron conectadas al tablero normal. Para alimentar las luminarias se utilizó cuatro ramales por tablero, cada ramal consta de cables # 12 THHN para fase, neutro y tierra, con protección de 20A. 4.3.2 Tomas para la oficina, cubículos y los de uso general Para los tomas de uso general se siguió la recomendación del NEC de utilizar 11VA/m2 para oficinas, esto es 3960VA para toda la sala, para alimentar estos tomas se utilizaron dos ramales de 20A cada uno, un ramal tiene conectado 8 tomas y el otro 5 tomas, cada ramal consta de cables # 12 THHN para fase, neutro y tierra. 41 42 Para el área de cubículos y la oficina se utilizó 117VA/m2, lo que equivale a una potencia de 6380VA, para los cubículos se utilizaron dos tomas, uno alimentado del tablero de UPS y el otro alimentado del tablero preferido (emergencia), para la oficina se utilizaron cuatro tomas, dos alimentados desde el tablero de UPS y los otros dos del tablero preferido. Para alimentar estos tomacorrientes se utilizaron por tablero dos ramales de 20A cada uno, cada ramal consta de cables # 12 THHN para fase, neutro y tierra. 4.3.3 Estimación de la potencia requerida por la sala para los equipos de cómputo Para determinar la potencia requerida por la sala, es necesario tomar en cuenta el aumento de potencia debido al incremento de equipos dentro de la sala, más el aumento de potencia debido al cada vez mayor consumo de energía de los nuevos equipos, en otras palabras, si la cantidad de equipos en la sala se mantiene constante, pero cada cierto tiempo los equipos son remplazados por otros más nuevos, el consumo de energía aumentará porque los nuevos equipos consumirán más energía. También hay que tener presente que los equipos tienen un consumo considerablemente menor de lo que se indica en la fuente de poder, un equipo con una configuración completa puede tener un consumo máximo entre un 60% y 70% de lo que indica la fuente, los consumos reales de los aparatos deben ser proporcionados por el fabricante. Para estimar el aumento en el consumo de energía de los nuevos equipos, se utilizó el gráfico de tendencia de energía del Uptime Institute, este gráfico fue creado en al año 2000 con una proyección hasta el 2010, los datos con los que se hizo fueron proporcionados directamente por los fabricantes y corresponden a consumos reales de los 42 43 equipos. Este gráfico; localizado en el figura 1 del anexo C, muestra cuanto será el consumo de los equipos que van saliendo cada año. La figura 2 del anexo C es una revisión que se hizo en el año 2005 del gráfico original, en esta nueva versión la banda de tendencia original de servidores y sistemas de almacenamiento en disco fue separada en tres bandas, una banda es para los servidores -1U, Blade y normales, otra banda es para los servidores 2U y para los servidores grandes, y la última banda es para los servidores de almacenamiento. El gráfico de la figura xx se utilizó para determinar los requerimientos de potencia para las estaciones de trabajo hasta el año 2015, se determinó que para ese año una estación de trabajo con una configuración completa requeriría aproximadamente 583VA. El gráfico de la figura 2, se utilizó para determinar los requerimientos de potencia para el año 2015, de un bastidor completamente lleno de servidores. Primero se calculó la potencia que según el gráfico debía haber para el 2007, esta potencia fue de 12 787VA y corresponden a un bastidor de 1.8m a 2.2m de altura, completamente lleno de servidores y estos funcionando a su máxima capacidad. En la sala, el bastidor 1 de la gestión Siemens es el de mayor consumo (1500VA, con todos los equipos funcionando), la diferencia entre la potencia real y la calculada se puede deber a que: el bastidor de la gestión Siemens no está totalmente lleno, los servidores no están funcionando con una configuración completa, los servidores no son de la línea del 2007 (son más viejos, entonces requieren menos potencia). 43 44 Tomando en cuenta las consideraciones anteriores, se decidió utilizar 2000VA por bastidor, este valor incluye un aumento de aproximadamente 30% previendo una ampliación de equipos. La proporción obtenida entre los l2 787VA (estimada) y los 2000VA (real) es de 6.4. Según el grafico de la figura 2, la potencia requerida por un bastidor para el año 2015 seria de 18 265VA, al dividir esta potencia entre 6.4 se obtiene que el consumo por bastidor en la sala de gestión sería de aproximadamente 3000VA. En base a los resultados anteriores se determinó que la potencia requerida por la sala para los equipos electrónicos es de aproximadamente 90kVA, esta potencia debe ser suministrada por medio del tablero principal de UPS, Los cables utilizados para la alimentación de este tablero fueron: 3 cables 3/0 para las fases, 4 cables 3/0 para el neutro y cable # 2THHN para la tierra.. 4.3.4 Potencia del tablero de emergencia Al tablero de emergencia se conectaron dos unidades de aire acondicionado, estos aparatos distribuyen el aire por debajo del piso falso, son capaces de enfriar, calentar o humidificar el aire dentro de la sala, operan con un voltaje de 208V, trifásico, 60Hz, la corriente a plena carga es de 72A, la potencia de cada unidad es de aproximadamente 26kVA. También se dejó una prevista para otro aire acondicionado del mismo tipo, esto en caso de que la cantidad de equipos de cómputo en la sala, ameritara la instalación de una tercera unidad. 44 45 También se conectó al tablero, un aire acondicionado que dará servicio a las personas de los cubículos y a la oficina, este aire está ubicado por encima del cielo suspendido, opera con un voltaje de 208/240V, monofásico, 60Hz, evaporador: 4A, capacidad del condensador: 20A, lo cual da capacidad del una potencia de aproximadamente 6000VA. La suma de las cargas de todos los aires acondicionados más la carga de iluminación (2108VA), más la carga por tomas (2160VA), dio como resultado una potencia total de 89kVA para el tablero de emergencia. Los cables utilizados para la alimentación de este tablero fueron, 2 cables 3/0 para la fase, 1 cable # 2THHN para neutro y 1 cable # 2 THHN para la tierra. 4.3.5 Tablero de Normal A este tablero solo se conectaron los tomas de uso general (3960VA) y una carga de iluminación (1922VA), dando como resultado una potencia total de 5882VA. Los cables utilizados para la alimentación de este tablero fueron # 8 THHN para la fase, neutro y tierra. 4.3.6 Tablero de corriente directa A este tablero se conectaron los ocho bastidores Alcatel, hay una fuente de poder por cada dos bastidores, entonces en total hay cuatro fuentes, cada una es de -48Vdc, 25Amax (simultáneamente también son alimentados con corriente alterna), la potencia requerida para alimentar estos bastidores en corriente directa es de 4800W, al tablero 45 46 también se conectaron dos equipos Cisco ASA 5550, cada uno es de -48Vdc, 6Amax, la potencia requerida para alimentar ambos equipos es 576W. La potencia total demandada por el tablero es de 5328W, esta se aumentó en un 30% para dejar capacidad para conectar futuras cargas, entonces la potencia del tablero quedó en 7000W. Para alimentar el tablero se utilizaron tres circuitos, en cada uno de ellos se requirieron cables de calibre 350kcmil PAWC para los conductores positivos y negativos. Para el cálculo de los cables se supuso que el tablero será alimentado desde una planta de corriente directa ubicada en el sótano. 4.3.7 Tableros: TU1, TU2, TU3, TU4 Estos tableros se distribuyeron a través de toda la sala y fueron derivados del tablero principal de UPS, el tablero TU1 alimenta los tomacorrientes de los cubículos, la oficina y de algunas estaciones de trabajo, los tableros TU2 y TU3 alimentan los equipos del cuarto de computadoras, el tablero TU4 alimenta los módulos y algunas estaciones de trabajo. Cada tablero se dimensionó para manejar una potencia de 36kVA, por tanto para la alimentación de cada tablero se usaron 1 cable # 3/0 para la fase, 2 cables # 3/0 para el neutro y cable # 2 para la tierra, todos los cables son THHN A cada bastidor llegan dos circuitos, uno del tablero TU2 y el otro del tablero TU3, para cada uno de estos ramales se usaron cables # 12 THHN para la fase, neutro y tierra. 46 47 Para todos los ramales que salen de los tableros TU1 y TU4 se usaron cables # 12 THHN para la fase, neutro y tierra. 4.3.8 Malla de referencia de señales Para el diseño de la malla se utilizaron tiras de cobre descansadas sobre el piso del edificio (no sobre el piso falso), cada tira tiene un acho de 10cm y un espesor de 0.025cm, además con estas tiras se formaron cuadrículas de 0.5m x 0.5m. La conexión de la malla a la barra de tierra se hizo por medio de un cable de cobre trenzado # 2 THHN, el área cubierta por la malla comprende toda la sala, menos la parte que corresponde a los cubículos y a la oficina. 47 48 CAPÍTULO 4: Conclusiones y recomendaciones 4.1 Conclusiones • El estudio realizado sobre la sala, demostró que las condiciones actuales de esta son insuficientes para albergar un centro de datos. • Para el diseño de un centro de datos es necesario estudiar y entender las normativas que hablen del tema. • El diseño propuesto en este trabajo es capaz de trabajar a su máxima capacidad, sin que esto implique un riesgo de seguridad o resulte en una disminución de la eficiencia de la instalación. • La ubicación de todas las cargas críticas en una única zona de la sala, permite concentrar esfuerzos (refrigeración, energía, seguridad, etc.) hacia esa zona. • El diseño completo de un centro de datos requiere del trabajo de varias disciplinas. 48 49 4.2 Recomendaciones • Se recomienda que el ICE adquiera la norma TIA-942, y que la utilice como norma obligatoria para todos los centros de datos de la institución. • Se recomienda instalar supresores de transitorios en los tableros, esto con el fin de tener protección contra transitorios producidos por los mismos equipos electrónicos dentro de la sala. • Se recomienda cumplir con las disposiciones del artículo 647 del NEC, para la instalación de un medio de desconexión de emergencia que apague todos los equipos electrónicos y HVAC. • Es necesario crear un sistema contra incendios en la sala, este deberá estar unido al medio de desconexión mencionado en el apartado anterior. • Es importante realizar un estudio de calidad de energía en la sala, en especial para determinar el contenido armónico presente en la instalación eléctrica de la sala. • También es importante realizar mediciones de voltaje de los tableros que están más cerca de los equipos, esto con el fin de verificar que el voltaje suministrado a los equipos estén dentro de los rangos permitidos. 49 50 BIBLIOGRAFÍA 1. NFPA 70. “National Electrical Code ® Handbook 2005”. Thenth Edition. USA, 2005. 2. Oropeza Angeles, J. “Libro de oro de puesta a tierra universal Grounding and Bonding”. 1 edición, Publicada por Schneider Electric, México, 2005. 3. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. “Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment ”. New York, USA. 1999. 4. Días, P. “Soluciones prácticas para la puesta a tierra de sistemas eléctricos de distribución”. McGraw-Hill, México, 2001. 5. Frier, J. Frier, E. “Sistemas de iluminación industrial”. Limusa, México, 1986. 6. Barker, K. “Diseño electrico del sistema de potencia del edificio la Colmena”. Proyecto eléctrico, UCR, San José, 2005. 7. Monografías. “Definición carga termica” http://www.monografias.com/trabajos4/cargasterm/cargasterm.shtml 8. Wikipedia. “Definición intensidad luminosa” http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_luminosa 9. Wikipedia. “Definición descargas electroestáticas” http://www.mtas.es/insht/research/RTurmoE.htm 50 51 ANEXOS . 51 52 ANEXO A: Levantamiento eléctrico y de equipos Distribución de tomas y tableros 52 53 Distribución de equipos 53 54 Iluminación 54 55 Diagramas Unifilares, cargas críticas 55 56 Equipos Nortel 56 57 Alimentación de corriente directa 57 58 58 59 59 60 60 61 61 62 Varias gestiones 62 63 ANEXO B: Memoria de cálculos Iluminación La sala se divide en dos partes: Parte A: corresponde al centro de datos. Parte B: corresponde a los cubículos y a la oficina. Para las oficinas se recomienda una iluminación promedio de 500 lux, con un valor mínimo de 450 lux. Para el centro de datos la norma TIA-942 requiere como mínimo 540 lux entre pasillos a un metro de altura desde el piso falso(reglamentos para centros de datos). Tipo de lampara: fluorescente Sylvania Octron 32W, temperatura de color 4100K FO32W/41K 840 Lúmenes: 2900 Vida útil: 20 000hr DDL = 0.93 Tipo de luminaria: Luminaria para empotrar en cielo suspendido, Sylvania, modelo 503 con difusor PL5 y reflector de aluminio anodinado. 503-EO-48-2 tubos FO32, PL5: cuadriculado plata(3/4x3/4x3/8) EO: Balastro electronico/ T8 48: longitud del tubo (pulgadas) 2: # de lamparas consumo: 59W Cartegoria mantenimiento: IV 63 64 S/mH = 1.4 Método de cavidad zonal Parte A Ancho: 16.3m, longitud: 16.5m, altura: 3.3m, área = 270m2 Reflectancia piso (Rpi) = 0.6 Reflectancia techo (Rt) = 0.7 Reflectancia pared (Rp)= 0.7 Altura cavidad del techo: (hcc)=0 Altura cavidad del local: (hrc)=2.3m Altura cavidad del piso: (hfc)=1m Razones de cavidad: RTC = 0 5 • 2.3(16.3 + 16.5) = 1.4 RCL = 16.3 • 16.5 5 • 1(16.3 + 16.5) RCP = = 0.6 16.3 • 16.5 Reflectancias efectivas Reflectancia techo efectiva (Ret) = 0.7 (no hay razón de cavidad) Reflectancia efectiva piso (Repi) = 0.57 Coeficiente de Utilización de la tabla del fabricante Por interpolación RCL = 1, Rp = 70, Ret = 0.7, entonces 80 RCL = 2, Rp = 70, Ret = 0.7, entonces 74 Se obtiene la ecuación y = -6x + 86, para RCL = 1.4 y Repi = 0.2, se obtiene CU = 77.6 64 65 Para Repi = 0.57, entonces por interpolación se obtiene que el coeficiente de utilización a 0.57 = 1.259*0.776 = 0.976 Depreciación de la luminaria por polvo: el cuarto se considera un cuarto limpio, la lámpara es de nivel IV, entonces de los gráficos DLP a 36 meses = 0.6 Calculo de luminarias, despejando el número de luminarias se obtiene: # lu min arias = 270 • 540 = 46 2 • 2900 • 0.976 • 0.6 • 0.93 S ≤ 1.4 ⇒ se utiliza CE = 1.1 Hm S ≈ 1.1Hm ≈ 1.1 • 2.3 = 2.53m (de centro a centro) distancia de la pared = 1.26m Desplazamiento a lo largo = 16.5/6 = 2.75 (de centro a centro) Entonces se requiere 7 columnas x 7 filas de luminarias Parte C: 2 luminarias Pasillo: 1 luminaria Parte B: Ancho = 4.2m, Longitud = 20.4m, Altura = 3.3m, área = 4.2*20.4 = 85.7 = 86m2 Rpi = 0.8 Rt = 0.8 Rp= 0.7 hcc=0 hrc = 2.54 hfc=0.76 RCT = 0 65 66 RCL = 5 • 2.54(4.2 + 20.4) = 3.44 4.2 • 20.4 RCP = 5 • 0.76(4.2 + 20.4) = 1.09 4.2 • 20.4 Reflectancias efectivas Ret = 0.8 Repi = 0.72 Coeficiente de utilización RCL = 3, Ret = 0.8, Rp= 0.7, entonces 70 RCL = 4, Ret = 0.8, Rp = 0.7, entonces 65 Para RCL = 3.44, entonces Cu = 67.8 (para Repi = 0.2) Ecuación y = -5x + 85 Para Repi = 0.72, entonces el coeficiente de utilización es 90 Cu para 0.72 = 67.8*1.328 = 90 Calculo de luminarias # lu min arias = 86 • 500 = 14.7 2 • 2900 • 0.9 • 0.6 • 0.93 86/16 = 5.375, entonces l = 5.375 = 2.3184 4.2 = 1.81 2.32 20.4 = 8.8 , entonces 2 columnas x 8 filas 2.32 66 67 Espaciamiento a lo ancho 2.44m (centro a centro) Espaciamiento a lo largo 2.42m (centro a centro) Dimensionamiento de cables y protecciones ∆V = 2 * r * FDA * L * I , para alimentadores DC o alimentadores AC de dos hilos CM r = resistividad del conductor (Ω*CM/pies), r del cobre a 75° = 12 Ω*CM/pies L = longitud del alimentador (en un sentido) en pies CM = mils circulares del conductor I = corriente ∆V = caída de tensión entre líneas Conductores para iluminación Potencia luminarias de emergencia: 34*62 = 2108VA Potencia luminarias normales: 31*62 = 1922VA -- Conductores ramales: Ramal TA-1 TA-2 TA-3 TA-4 TP-1 TP-2 TP-3 TP-4 No. Cálculo Potencia Corriente luminarias (VA) (A) 6 6*62*1.25 465 3.9 Carga continua (210.19A) 7 7*62*1.25 543 4.5 Carga continua (210.19A) 7 7*62*1.25 543 4.5 Carga continua (210.19A) 11 11*62*1.25 852 7 Carga continua (210.19A) 8 8*62*1.25 620 5.2 Carga continua (210.19A) 8 8*62*1.25 620 5.2 Carga continua (210.19A) 7 7*62*1.25 543 4.5 Carga continua (210.19A) 11 11*62*1.25 852 7 Carga continua (210.19A) La corriente más alta se presenta en los ramales TP-4 y TA-3, por lo tanto se requieren cables # 12 THHN (tabla 310.15 B(2)a). -- Cálculo caída de tensión del ramal más largo: 67 68 La caída de tensión debe ser menor o igual a 3.6V (3% de 120V) ∆V = 24 • 131 • 5.6 = 2.7V 6530 FDA = 1 L = 40m (131ft) I = 7*0.8 = 5.6A -- Todos los cables van en tubos metálicos eléctricos (EMT) de 16mmØ (1/2 pulg.) (anexo C, tabla C1) -- Número máximo de conductores en un tubo: 5, entonces 25*0.8 = 20A (tabla 310.15B(2)a), no hay necesidad de aumentar la capacidad de los cables. -- Protección: 20 A (240.4(D)) Cables para fase, neutro y tierra: # 12 THHN. Tomas de Uso General Los tomas se calculan a 180VA (220-3b(9)) Carga no continua , entonces para calcular el numero máximo de tomas 15*120 = 1800, 1800/180 = 10 salidas Carga mínima para oficinas: 11VA/m2, 1VA/ft2 (220,14k(2)) Área de la sala = 360m2 Entonces 11*360 = 3960 VA Se utilizan dos circuitos de 20 A cada uno, un circuito tendrá 8 tomas y el segundo tendrá 5 tomas. Cables de fase y neutro: # 12 THHN, cable tierra # 12 THHN (tabla 250-122) Protección 20A (240,4D) 68 69 Oficinas y cubículos Area de cada cubículo 4.6m2 Potencia mínima para oficinas 100W/m2 Factor de potencia = 0.85 Potencia por cubículo P = 4.6 x 100W = 480W, S = 460/0.85 = 540VA Potencia total de los cubiculos: 540x7 = 3780VA Área Oficina 22 m2 P = 22 x 100 = 2200W, S = 2200/0.85 = 2600VA Potencia total = 2600 +3780 = 6380VA En los cubículos se usaran 2 tomas, de los 540VA, 300VA serán del tablero de UPS y 240VA del tablero de preferido, en la oficina los tomas de UPS serán de 300VA y 240VA del preferido. Del tablero de UPS saldrán dos circuitos de 20A c/u. Primer circuito: alimentara 4 tomas para los cubiculos (corriente maxima = 10A) Segundo circuito: 2 tomas para la oficina y 3 tomas para cubiculos (corriente max =12.5A) Se usaran cables # 12 THHN con protección de 20A (240.4D) Calculo de la caída de tensión del circuito mas largo 24 • 12.5 • 21 ∆V 1 = = 0.96V 6530 ∆V 2 = 24 • 12.5 • 56 = 2.6V 6530 ∆V 3 = 24 • 12.5 • 10 = 0.46V 6530 69 70 ⇒ 0.96V + 2.6V + 0.46V = 4V (3.33%) , (aunque sobrepasa los 3.6V, no lo sobrepasa por mucho, además la caída de tensión se calcularon con las corrientes máximas que se pueden presentar). Si los dos circuitos funcionan para la carga de UPS (3500 VA), entonces también funcionan para la carga del preferido (2880 VA), entonces cada circuito tiene cables para fase y neutro # 12 THHN AWG y cable de tierra THHN # 12 AWG (tabla 250-122), todos los circuitos tienen protección de 20A(240.4D), todos los cables van en tubos EMT de ½ pulg (645.5(D)), máximo # de cables en tubos de 1/2pulg: 9 (tabla C1, anexo C) Bastidores Potencia por bastidor = 1500VA I = 1500/120 = 12.5 A Entonces 12.5*1.25 = 15.625A (carga continua 210-19(A)) Entonces se escoge cable # 12 THHN Protección: 20ª(240-3(D)) Caída de tensión del ramal más largo Área cable # 12 = 6530 cmil (tabla 8, cap 9) L = 17m = 56 ft ∆V = 24 • 56 • 12.5 = 2.6V , 2.6 V < 3.6 V (3% de 120) 6530 Cable fase y neutro: # 12 THHN Cable tierra: # 12 THHN (tabla 250-122) Calculo estaciones de trabajo (18 Alcatel, 3 Nortel, 1 Siemens) 385 VA por estación de trabajo 385*22 =8470 VA 8470*1.25 = 10 600 (carga continua, 210-19(A)) entonces se utilizan 6 ramales de 20A cada uno , cada ramal tendrá 4 salidas dobles. Caída de tensión del ramal más largo I = (4*385)/120 = 13A 70 71 L = 16.4m = 64 ft ∆V = 24 • 64 • 13 = 3V (3V < 3.6V) 6530 cables fase y neutro: # 12 THHN cable tierra: # 12 THHN (tabla 250-122) Calculo de módulos y estaciones de trabajo IP Módulos: 12 computadoras Estaciones IP: 6 computadoras En total 18 computadoras 18*385 = 6930VA 6930*1.25 = 8663VA (carga continua 210-19(A)) Se utilizan 6 ramales de 20A cada uno, cada ramal tendrá 4 salidas dobles, se utiliza cable # 12 THHN Calculo de caída de tensión mas largo L = 21 m = 70 ft 24 • 70 • 13 = 3.3V (3.3V < 3.6V) ∆V = 6530 Cables de fase y neutro: # 12 THHN Cable de tierra: # 12 THHN (tabla 250-122) Calculo corriente directa: equipos Alcatel Los equipos alcatel esta compuestos de 8 bastidores, cada fuente alimenta 2 bastidores, entonces son 4 fuentes de poder, Cada fuente es de -48Vdc, 25Adc, la energía llega a las fuentes desde un distribuidor principal unido a uno de los bastidores, este distribuidor tiene capacidad para tres circuitos, entonces cada circuito contribuye con 33A Máxima caída de tensión permitida en el circuito ramal: 1.5% (647-4(D)) 48*0.015 = 0.72V 71 72 33*1.25 = 41.25 A(carga continua, 210-19(A)), entonces se puede usar cable # 6 para positivo y negativo con protección de 60A (240-6) Calculo de la caída de tensión del ramal. L = 18m, = 60 ft 24 • 60 • 33.33 ∆V = = 1.8V 26240 el cable # 6 no se puede utilizar porque la caída de tensión es mayor a 0.72V de la ecuación anterior se despeja para determinar el calibre de cable mínimo necesario para producir 0.72V, entonces 24 • 60 • 33.33 = 66660V , entonces se requiere un cable mayor a 66660 0.72 se utilizara cable # 1/0. ∆V = 24 • 60 • 33.33 = 0.57V 83690 Circuito Cisco ASA # de equipos cisco ASA: 2 Potencia: -48Vdc, 6Adc Se calcula el calibre del cable para producir una caída de tensión menor a 0.72V. 24 • 60 • 6 = 12000 0.72 entonces se utilizara cable# 8 THHN Caida de tension calibre = ∆V = 24 • 60 • 6 = 0.52V 16510 Potencia Total 33*48*3 = 4752 6*48 = 288 6*48= 288 72 73 total =4752 + 288 + 288 = 5328 Se aumenta un 30%, previendo crecimiento equipos Entonces 5328*1.3 = 6926, aproximadamente 7000W Potencia por circuito: 7000W/3 = 2333W Máxima caída de tensión = 0.48V (1% de 48V, 647-4(D)) L = 140 ft (desde la planta San Pedro digital 1 en el sótano, hasta el tablero principal de corriente directa ) I = 2333/48 = 49A Calculo de calibre del cable 24 • 140 • 49 calibre = = 343000cmil 0.48 entonces se utiliza cable # 350 kcmil, ∆V = 24 • 140 • 49 = 0.47V 350000 Calculo Aire acondicionado Aire acondicionado modelo M34UA00 208V/3PH/60Hz datos del fabricante compresor FLA = 17.1A LRA = 98A, 2 compresores Motor FLA =6.2A, LRA =19A, 2 motores Calentador , I = 37.5A, 2 calentadores Humidificador, I = 24.9A Total FLA = 72Aac Potencia máxima total: S = 208 * 3 * 72 ≈ 26kVA Calculo de cables 72*1.25 = 90A (carga continua, 210-19(A)) se utiliza cable #2 con protección de 125A 73 74 Calculo de neutro Máxima corriente de desbalance (220.61) I = 72A, entonces cable # 3 THHN, Calculo del cable de tierra # 8 THHN (tabla 250.122) Calculo de caída de tensión, aire acondicionado mas alejado L = 37m = 127 ft, se asume un factor de potencia de 0.85 por los motores y compresores del aire, Formula ∆V3 = 3 (R cos θ + Xsenθ )I (calcula la caída de tensión entre líneas, cuando el sistema es trifasico) de la tabla 9, cap 9 del NEC se obtienen valores de resistencia y reactancia para un sistema trifásico de tres conductores en un conducto, entonces 0.2 * 121 R = 0.2 ohmios/1000ft, entonces RT = = 0.0242 1000 0.057 * 121 XL= 0.057 ohmios/1000ft, entonces X LT = = 0.0069 1000 ∆V3 = 3 (0.0242 * 0.85 + 0.0069sen(31.8) ) * 72 = 3V 3V < 6.2v (3% de 208) Cables para fase: #2 THHN, para Neutro seria # 3 THHN, pero de ese calibre no hay, entonces # 2 THHN, cable para tierra # 8 THHN Van en tubos EMT de 35mm. Calculo de aire acondicionado encima del cielo suspendido Consumo de corriente Evaporador: 4A, entonces S = 240*4 = 960VA Condensador: 20.3A, entonces S = 5kVA Cables para evaporador 4*1.25 = 5A, entonces cable # 12 THHN protección de 20A Cables para condensador 20*1.25 = 25A (440.32) Entonces cable # 10 THHN 74 75 La protección de corto circuito no debe ser mayor a 1.75 veces la corriente nominal de la del moto-compresor (440.22(A)) Entonces 20*1.75 = 35A Protección = 35A Para un cable # 10 la máxima protección que se puede usar es de 30A, entonces hay que aumentar el calibre del cable a # 8 THHN, Cable de tierra # 10 THHN (tabla 250.122), sin embargo se utilizara cable #8 para evitar comprar solo un pedazo de cable #10 Tablero Preferido Equipos Aires acondicionados por piso falso 2 * 72 * 208 * 3 Potencia kVA 51.9 51.9*1.25 Reserva para aire Aire acondicionado 72 * 208 * 3 65 Carga continua (210.19A) 32.5 Carga continua (210.19A) 2.635 Carga continua (210.19A) 3,6 Carga continua (210.19A) 25.9 25.9*1.25 Iluminación NEC 2.108 2.108*1.25 Tomas Oficinas 2.88 2.88*1.25 Evaporador (cielo suspendido) Condensador (cielo suspendido) 0.96 0.96 5 5*1.25 Total 88.75 6.25 111 440.32 Corriente I = 111kVA / (208*√3) = 308A, se pueden utilizar 2 cables 3/0 en paralelo para cada fase. Corriente máxima Imax = 88.75kVA / (208*√3) = 246A. -- Cálculo caída de tensión: 75 76 La caída de tensión debe ser menor o igual a 4.16V (2% de 208V) L = 40 m, fp = 0.85, Imax = 246A R = 0.259*0.04 = 0.01036Ω (valor de resistencia obtenido de la tabla 9, cap 9) XL = 0.171*0.04 = 0.00684 Ω (valor de reactancia obtenido de la tabla 9, cap 9) ∆V3 = 3 (0.01036 * 0.85 + 0.00684sen(31.8) ) * (246 / 2) = 2.6V Protección: 350A (230.40(A), 240.6(A)) --Cálculo Neutro Carga neta: 2108 VA(iluminación ) + 2880 (tomas) = 4990 VA (220.61) entonces I = 4990/(208*√3) = 13.8A, lo que requiere un cable # 14. Tabla 250.66: área cable 3/0 = 167800 cmil, 2*167800 =335600 cmil, por tanto se requiere cable # 2 THHN. -- Cálculo cable de tierra Se tiene que utilizar cable # 3 THHN (tabla 250.122), sin embargo por la poca disponibilidad de este calibre se tiene que utilizar cable # 2 THHN. Alimentación tablero UPS principal Bastidores 3000*20 60 60*1.25 Computadoras Alcatel 18*583*1.2 Computadoras IP 12*583*1.2 8.4*1.25 6*583*1.2 4.2*1.25 Carga continua (210.19A) 15.6 Carga continua (210.19A) 10.5 Carga continua (210.19A) 5.25 Carga continua (210.19A) 12.5 12.5*1.25 3 módulos de 4 computadoras 75 8.4 4.2 76 77 Computadoras Nortel 3*583*1.2 2.1 2.1*1.25 Tomas de oficina y cubículos (210.19A) Carga continua (210.19A) 2.62 3,5 3.5*1.25 Total Carga continua 90 4.4 113 Corriente I = 113kVA / (208*√3) = 314A, se pueden utilizar 3 cables 1/0 en paralelo para cada fase. Corriente máxima Imax = 90kVA / (208*√3) = 250A. Protección: 350A (230.40(A), 240.6(A)) -- Cálculo Neutro: Se dimensiona con una capacidad del 200% que la de los conductores de fase, esto en base a la recomendación 1100 de la IEEE (1999. pág 294), entonces 250*2 = 500A, se pueden utilizar 4 cables 1/0. -- Cálculo cable de tierra: Se tiene que utilizar cable # 3 THHN (tabla 250.122), sin embargo por la poca disponibilidad de este calibre se tiene que utilizar cable # 2 THHN. -- Cálculo caída de tensión: La caída de tensión debe ser menor o igual a 2.4V (2% de 120V), en este caso al tratarse de cargas no lineales existirá corriente en el neutro, para el cálculo se asume que la corriente en el neutro es 25% mayor que la de fase. L = 40 m, fp = 0.85, Imax = 250A R = 0.39*0.04 = 0.0156Ω (valor de resistencia obtenido de la tabla 9, cap 9) XL = 0.18*0.04 = 0.0072 Ω (valor de reactancia obtenido de la tabla 9, cap 9) ∆V1 = caída de tensión en el cable de fase, ∆V2 = caída de tensión en el de neutro ∆V 1 = (0.0156 * 0.85 + 0.0072sen(31.8) ) * (250 / 3) = 1.4V ∆V 2 = (0.0156 * 0.85 + 0.0072sen(31.8) ) * (250 * 1.25 / 4) = 1.3V 77 78 ∆V1 + ∆V2 = 1.4 + 1.3 = 2.7V. La caída de tensión es mayor a 2.4V, además la caída de tensión calculada con anterioridad utiliza valores de resistencia y reactancia de tres conductores trifásicos en un conducto con corriente en el neutro igual a cero, sin embargo en este caso se utilizan 3 conductores por fase y 4 conductores para el neutro. La utilización de cables separados incrementa el valor de XL, las armónicas en el neutro incrementa el valor de R, por tanto para evitar que la caída de tensión sea un problema se recomienda utilizar 3 cables 3/0 por fase y 4 cables 3/0 para neutro. ∆V 1 = (0.01036 * 0.85 + 0.00684sen(31.8) ) * (250 / 3) = 1.03V ∆V 2 = (0.01036 * 0.85 + 0.00684sen(31.8) ) * (250 *1.25 / 4) = 0.97V ∆V1 + ∆V2 = 1.03 + 0.97 = 2V. Debido a que los calibres de los cables de fase aumentaron, hay que aumentar el calibre del cable de tierra en la misma proporción (250.122(B)), entonces: 52620*(133100*3) / (105600*3) = 66323, por tanto se utiliza cable #2 THHN. Alimentación tablero Normal Iluminación 1922 1922*1.25 Tomas uso general Total 2400 3960 3960 5880 6360 Carga continua (210.19A) Corriente I = 6360VA / (208*√3) = 18A, se pueden utilizar cables # 12, sin embargo el código eléctrico de 1999 establece que el alimentador de menor tamaño es el de 30A (215-2(b)), a esto corresponde un cable # 10 THHN. Alimentación de tableros UPS-1, UPS-2, UPS-3, UPS-4 Potencia para cada tablero: 36kVA Corriente I = 1.25*36kVA / (208*√3) = 125A, esto requiere un cable 1/0 para cada fase. Corriente máxima Imax = 36kVA / (208*√3) = 100A. 78 79 Protección: 125A (230.40(A), 240.6(A)) -- Cálculo Neutro: Se dimensiona con una capacidad del 200% que la de los conductores de fase, esto en base a la recomendación 1100 de la IEEE (1999. pág 294), entonces 100*2 = 200A, se pueden utilizar 2 cables 1/0. -- Cálculo cable de tierra: Se tiene que utilizar cable # 6 THHN (tabla 250.122). -- Cálculo caída de tensión: La caída de tensión debe ser menor o igual a 1.2V (1% de 120V), en este caso al tratarse de cargas no lineales existirá corriente en el neutro, para el cálculo se asume que la corriente en el neutro es 25% mayor que la de fase. L = 16 m, fp = 1, Imax = 100A R = 0.39*0.018 = 0.007Ω (1/0, valor de resistencia obtenido de la tabla 9, cap 9) XL = 0.18*0.018 = 0.00324Ω (1/0, valor de reactancia obtenido de la tabla 9, cap 9) ∆V1 = caída de tensión en el cable de fase, ∆V2 = caída de tensión en el neutro ∆V 1 = (0.007 ) * 100 = 0.7V ∆V 2 = (0.007 ) * (1.25 * 100 / 2) = 0.44V ∆V1 + ∆V2 = 0.7 + 0.44 = 1.14V. La caída de tensión es menor que 1.2V, sin embargo por las razones explicadas en el cálculo del tablero principal de UPS, se recomienda aumentar el calibre de los cables, por tanto para fase se utilizan un cable # 3/0 y 2 cables # 3/0 para neutro ∆V 1 = (0.006) *100 = 0.6V ∆V 2 = (0.006) * (1.25 *100 / 2) = 0.375V ∆V1 + ∆V2 = 0.6 + 0.375 = 0.975V. Debido a que los calibres de los cables de fase aumentaron, hay que aumentar el calibre del cable de tierra en la misma proporción (250.122(B)), entonces: 26240*(167800) / (105600) = 41695, por tanto se utiliza cable #4 THHN. Sin embargo para evitar comprar un solo pedazo, entonces se escoge # 2 THHN Calculo alimentación para el tablero de corriente directa Voltaje: -48Vdc 79 80 Bastidores Alcatel 3*48*33 4752 4752*1.25 Equipos Cisco ASA 2*48*6 Aumento de un 30%, previendo crecimiento Carga continua (210.19A) 720 Carga continua (210.19A) 576 576*1.25 Total 5940 5328 6660 7000 8660 Corriente I = (8660/3)W / 48 = 60A, se puede utilizar cable #4 para el positivo y el negativo. Corriente máxima Imax = (7000/3)W / 48 = 49A. -- Cálculo caída de tensión: La caída de tensión debe ser menor o igual a 0.48V (1% de 48V, 647.4(D)), se calcula el calibre necesario para generar una caida de tensión menor a 0.48V cmil = 24 • 140 • 49 = 343000 0.48 FDA = 1 L = 42m (140ft) I = 49A V = 48V Entonces se escoge cable 350kcmil para el positivo y el negativo de cada circuito, son 3 circuitos. Calculo de potencia en base a las graficas de la Uptime Institute Computadoras 1-) Se obtiene una ecuación a partir de la gráfica de la figura 1 del anexo C : año 2006 2010 potencia 2 600 W/ft 2 680 W/ft 80 81 ⇒m= log 680 − log 600 = 0.0135 , 2010 − 2006 se obtiene la ecuación ⇒ b = log 600 − 0.0135 * 2006 = −24.3 P = 10 ( 0.0135t − 24.3) 2-) Se determina la densidad de potencia prevista para el 2015, para ello se sigue el procedimiento de la Uptime Institute: * Calcular la densidad 2 años antes: ⇒ P = 10( 0.0135*2013−24.3) = 750W / ft 2 * Reducir en un 25% para reflejar opciones no implementadas: ⇒ 750 − 0.25 * 750 = 562W / ft 2 , se pasa de W/ft2 a W/m2, ⇒ 562 / 0.0929 = 6055W / m 2 , se multiplica por el área de la computadora (0.082m2) ⇒ 6055 * 0.082 = 496W , para un fp = 0.85, S = 583VA Para el año 2015 una computadora con configuración completa consumirá 583VA. Servidores 1-) Se obtiene una ecuación a partir de la gráfica 2 del anexo C: año 2005 2009 ⇒m= potencia 2 3300 W/ft 2 4000 W/ft log 4000 − log 3300 = 0.021 , 2009 − 2005 se obtiene la ecuación ⇒ b = log 4000 − 0.021 * 2009 = −38.6 P = 10( 0.021t −38.6 ) 2-) Se determina la densidad de potencia prevista para el 2007, para ello se sigue el procedimiento de la Uptime Institute: 81 82 * Calcular la densidad 2 años antes: ⇒ P = 3300W / ft 2 * Reducir en un 25% para reflejar opciones no implementadas: ⇒ 3300 − 0.25 * 3300 = 2475W / ft 2 , se pasa de W/ft2 a W/m2, ⇒ 2475 / 0.0929 = 26640W / m 2 , se multiplica por el área del bastidor (0.48m2) ⇒ 26640 * 0.48 = 12787W Esta potencia se calculó para poderla comparar con el consumo actual de los bastidores (2000VA). La proporción entre la potencia calculada y la real es: 12 787/2000 = 6.4 * potencia estimada para el 2015 ⇒ P = 10 ( 0.021*2013−38.6 ) = 4710W / ft 2 * Reducir en un 25% para reflejar opciones no implementadas: ⇒ 4710 − 0.25 * 4710 = 3535W / ft 2 , se pasa de W/ft2 a W/m2, ⇒ 3535 / 0.0929 = 38050W / m 2 , se multiplica por el área del bastidor (0.48m2) ⇒ 38050 * 0.48 = 18265W los 18 265W corresponden a un bastidor completamente lleno de servidores, y todos los servidores funcionando con configuración completa, sin embargo en los centros de datos la mayoría de los bastidores no son llenados totalmente ni los servidores funcionan a toda su capacidad, y la sala de gestión no es la excepción, para tomar en cuenta esta situación se obtuvo una relación entre la potencia calculada y la potencia real, esta proporción será utilizada para obtener un valor mas fidedigno del consumo de potencia de los bastidores. ⇒ 18265W / 6.4 = 2850VA *, Entonces para el año 2015 se estima que un bastidor consumirá 3000VA 82 83 ANEXO C: Gráficos de la Uptime Institute Grafico 1 Grafico 2 83 84 ANEXO D: Planos definitivos 84 85 Ubicación de equipos 85 86 Iluminación 86 Distribución de Energía 87 Espacios y Caminos Malla de tierra
