O objetivo básico de um Nobreak, também conhecido como UPS ou “Uninterruptible Power Supply” – sua sigla em inglês, é manter operando os equipamentos eletroeletrônicos nele conectados no caso de falta no fornecimento de energia elétrica. Além disso, também garante a qualidade da rede elétrica, podendo estabilizar, filtrar, corrigir forma de onda, picos e surtos de tensão em alguns modelos.
Nobreaks operam através de baterias, convertendo a corrente contínua (DC) presente nas baterias em corrente alternada (AC) na mesma tensão de uma tomada elétrica (110V ou 220V, dependendo do modelo) e “chaveando” automaticamente para as baterias assim que detecta uma falha na rede. Os Nobreaks podem prover uma forma de onda igual a que você encontra na tomada da sua casa, ou um formato diferente que pode impactar ou até prejudicar alguns equipamentos. O tempo de chaveamento entre a rede elétrica e a operação por baterias também deve ser considerado na hora de escolher um modelo, pois pode prejudicar sistemas de som ou reiniciar equipamentos se for muito alto.
Vamos analisar os principais componentes de um Nobreak antes de irmos adiante:
Baterias: São a fonte primária de energia do equipamento. Devem ser do tipo “estacionárias” que possuem características próprias para operar em equipamentos deste tipo, não sendo recomendado o uso de baterias automotivas (clique aqui para um comparativo). As baterias são carregadas automaticamente quando existe energia na rede elétrica, porém possuem vida útil e devem ser substituídas periodicamente. Sua durabilidade depende de vários fatores, como ciclos de carga/descarga, temperatura ambiente, marca etc. Nos Nobreaks de pequeno porte duram em média de 2 a 3 anos. A maioria dos Nobreaks utilizam baterias de 12 Volts, podendo ser ligadas em série e/ou paralelo, dependendo das especificações do equipamento.
Inversor: Converte a corrente contínua (DC) das baterias em corrente alternada (AC) para as tomadas de saída do Nobreak. Também eleva a tensão das baterias para 110 ou 220 Volts.
Retificador: Funciona ao contrário do inversor, retificando a corrente alternada que vem da rede elétrica para corrente contínua, utilizada para recarregar as baterias e alimentar os circuitos internos do Nobreak.
Gerenciamento: Alguns nobreaks contam com módulos de gerenciamento que permitem coletar em tempo real diversos parâmetros da sua operação, como estado das baterias, carga utilizada, frequência e tensão da rede elétrica etc… As interfaces de gerenciamento mais comuns em Nobreak são USB, RS-232, RS-485 e SNMP.
Agora que já conhecemos os principais componentes internos de um Nobreak, podemos analisar os tipos mais comuns disponíveis no mercado:
Short-break:
Também conhecidos como “stand by” ou “off-line”, é o modelo mais simples (e barato) de nobreak. Funciona repassando a energia elétrica das tomadas diretamente para a saída do equipamento. O retificador está sempre ligado e mantém as baterias “prontas para uso”. Como o inversor fica desligado neste modelo, sendo ligado apenas quando passa a operar pelas as baterias, existe um tempo considerável de chaveamento, que varia em média de 4 a 8 ms (milissegundos). Este tipo de nobreak geralmente é mais antigo e para uso quase que exclusivamente doméstico. Sua forma de onda (explicada com maiores detalhes a seguir) geralmente é quadrada, o que restringe muito suas aplicações.
Alguns modelos de short-break possuem filtro de linha ou estabilizador interno que atuam como uma proteção básica quando há energia elétrica na rede, já outros modelos apenas fazem “ponte direta” entre a rede elétrica e as tomadas na saída do equipamento, sendo considerado inseguro.
Prós: Baixo custo, pouca dissipação de calor quando operando em AC.
Contras: Alto tempo de transferência, forma de onda quadrada quando operando em DC, vida útil do equipamento e baterias prejudicado por constante chaveamento.
Line-interactive:
Também conhecido como “interativo”, são muito parecidos com os “short-brak”, com a diferença que seu retificador e inversor ficam sempre ligados, reduzindo o tempo de chaveamento para geralmente menos de 0,8 ms. São comuns modelos com forma de onda senoidal e semi-senoidal deste tipo. Uma vantagem do line-interactive é que geralmente possuem um transformador na saída, isolando a rede elétrica do equipamento e funcionando como um estabilizador, compensando pequenas variações na rede elétrica ao invés de mudar o modo para baterias a cada variação mínima, o que aumenta a vida útil do equipamento e suas baterias.
Prós: Menor tempo de transferência em relação ao modelo “short-brake”, pode ter onda senoidal ou quadrada na saída do inversor, funcionam como estabilizadores.
Contras: Possui tempo de chaveamento, não corrige forma de onda, função de estabilizador pode ser prejudicial para alguns equipamentos.
Online de dupla-conversão:
Nobreaks online, ou de “dupla conversão” são a melhor opção para equipamentos eletro-eletrônicos por não possuir tempo de chaveamento. Eles funcionam da seguinte forma: Quando a rede elétrica esta presente, o retificador esta sempre ligado (primeira conversão: AC/DC) carregando as baterias, que por sua vez estão sempre alimentando o inversor (segunda conversão: DC/AC) e provendo a tensão correta na saída. Desta forma existe sempre uma forma de onda senoidal pura na saída, mesmo quando a energia elétrica do local não for de qualidade, pois quem provê a tensão de saída são as baterias e seu circuito inversor, não a energia presente na tomada ou na entrada do equipamento.
Por estarem sempre funcionando através do inversor, não possuem tempo de chaveamento. Quando falta energia na entrada do equipamento, ele continua operando através das baterias, que somente param de receber carga enquanto não há rede elétrica presente na entrada. Como uma desvantagem deste processo, o nobreak online costuma gerar um pouco mais de calor, mesmo quando operando em AC, pois seus circuitos internos estão sempre “ligados”, mas é uma pequena desvantagem com muitas vantagens. Além do mais os modelos de dupla-conversão estão evoluindo a cada dia se tornando cada vez mais eficientes.
Prós: Melhor modelo para servidores e computadores modernos, tempo de chaveamento zero, forma de onda senoidal pura em AC ou DC.
Contras: Preço elevado em comparação a outros modelos, aquece um pouco mais o ambiente.
Fator de potência:
Uma informação muito importante em nobreaks é o fator de potência. Geralmente a “potência” de um nobreak é expressa em “VA”, que significa “Voltampere”, mas atenção: VA não é Watts, pois existe o chamado fator de potência, que é um número entre 0 e 1. Quanto mais próximo de 1, mais “eficiente” é o nobreak, pois mais carga pode ser ligada na sua saída. Para sabermos a potência de saída em Watts de um determinado nobreak, precisamos multiplicar o fator de potência, geralmente descrito na etiqueta do equipamento, pelo valor expresso em “VA”.
Exemplo: O modelo “Manager III Senoidal 1400VA” do fabricante SMS tem um fator de potência 0,7 portanto para saber quantos Watts podemos ligar na sua saída, basta fazer a conta 1400 x 0,7 = 980. Este equipamento suporta no máximo 980 Watts em sua saída (ATENÇÃO: Esta é a potência máxima teórica suportada pelo equipamento, sempre devemos ligar no máximo 70% da carga nominal para termos uma “folga” de segurança e considerar a potência de pico dos equipamentos conectados na saída do nobreak).
Formas de onda de Nobreaks:
A forma de onda entregue pelas concessionárias de energia elétrica é a senoidal ou senoide (que tem seu nome devido a função matemática seno), ou pelo menos deveria ser. Dependendo dos equipamentos ligados na rede elétrica e outros fatores, esta forma de onda pode ser alterada, deixando de ser uma forma de onda perfeita e prejudicando o funcionamento dos equipamentos eletrônicos mais modernos e sensíveis.
Para este artigo vamos nos limitar as formas de onda senoidal e quadrada, pois outras formas de onda como a triangular ou dente-de-serra não são comuns em nobreaks.
Onda senoidal: Por ser a mesma forma de onda que é entregue pela concessionária de energia elétrica, é a forma preferida para termos na saída dos nobreaks. Como vimos antes, os nobreaks que possuem a função de “estabilizador” na rede elétrica conseguem compensar pequenas variações de tensão na rede, mas não corrigem a forma de onda se ela estiver distorcida. Apenas os modelos online (dupla-conversão) são capazes de corrigir a forma de onda e entregar uma senoide perfeita na saída. Os inversores que fornecem esta forma de onda são mais caros de fabricar que os de onda quadrada, por isso não são encontrados nos equipamentos mais simples. Equipamentos que possuem motores por indução devem operar sempre em onda senoidal pura, sob risco de super aquecimento e queima das bobinas de indução.
Onda quadrada: Nela os picos de tensão são feitos de forma abrupta e não em uma curva de subida e descida gradual, o que pode causar ruídos em equipamentos de áudio e evitar que alguns equipamentos funcionem, pois foram projetados para um tipo de onda e estão recebendo outra. Um exemplo clássico é a pessoa ligar um equipamento sensível em um nobreak estilo “short-brake” ou mesmo line-interactive que não forneça onda senoidal na saída e achar que esta funcionando perfeitamente, mas na hora que falta luz ele não funciona direito ou simplesmente não funciona. Isto porque quando estava ligado na energia elétrica ele repassava a onda senoidal proveniente dela, mas quando opera com baterias, seu inversor provê forma de onda quadrada.
Onda senoidal-aproximada: Ou “senoidal-estabilizada”, “semi-senoidal” ou ainda chamada de “PWM”. São uma forma “intermediária” entre onda senoidal e onda quadrada. Como são mais baratas de produzir, tentam melhorar um pouco a onda quadrada colocando alguns “degraus” ou variações entre os picos. Não é considerada uma onda de qualidade para equipamentos eletrônicos, mas quando o fator financeiro é um limitador para um nobreak senoidal, é um pouco melhor que a onda quadrada. Equipamentos de áudio como rádios, amplificadores, centrais telefônicas, ou que dependem da forma de onda para modulação de frequência, como alguns tipos de relógio-ponto, não devem ser ligados em forma de onda quadrada ou senoidal-aproximada, e sim em senoidal-pura.
Interferências e distorções causadas por harmônicas:
O problema mais comum em uma forma de onda que deveria ser senoidal e não está formando uma senoide perfeita é a chamada interferência harmônica. Importante citar que distorções na forma de onda não necessariamente “vem de fora”, mas também são formadas por outros equipamentos ligados na sua rede elétrica.
Estas distorções são visíveis através de um equipamento chamado “osciloscópio”, que desenha na tela o formato da onda analisada. As harmônicas diferem muito em formato, tempo, amplitude, mas o efeito é sempre o mesmo, prejudicam a forma de onda que deveria ser uma senoide.
Por este motivo um nobreak de dupla-conversão pode lhe ser muito útil para sanar problemas “estranhos” em seus equipamentos eletrônicos. Efeitos como atraso em relógios ligados à rede, fontes de servidores, equipamentos eletrônicos “desligando misteriosamente”, ruídos em sistemas de som e outros são exemplos de problemas causados por uma distorção na forma de onda elétrica.
Veja a seguir alguns exemplos de onda senoidal distorcidas por harmônicas:
Conclusão:
Os modelos que devem ser considerados hoje em dia para aquisição ou substituição de um nobreak são os line-interactive ou online, de preferência com forma de onda senoidal, ficando os modelos “short-brake” extremamente limitados quanto as suas aplicações.
Se os equipamentos que serão ligados ao nobreak não forem muito sensíveis e tiverem uma boa tolerância à forma de onda, podemos optar pelos modelos line-interactive PWM devido ao seu baixo custo. Como regra geral, equipamentos com carga resistiva (por exemplo lâmpadas incandescentes, resistências de estufas aquecedores etc) não necessitam de forma de onda senoidal-pura para funcionar.
Já equipamentos hospitalares, servidores e equipamentos de informática em geral, som, amplificadores, vídeo etc, podem apresentar problemas quando ligados em forma de onda quadrada ou PWM, sendo recomendado nobreaks online de dupla-conversão para estes casos. Na dúvida, opte sempre pelos modelos senoidais, e se possível online de dupla-conversão.
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