Cómo afectan realmente los armónicos al tiempo de actividad de los centros de datos

Por Jason Axelson, experto en calidad eléctrica de Fluke

El tiempo de actividad es esencial en los centros de datos; los clientes dependen de ellos para ofrecer una disponibilidad del 100%. Las interrupciones en las instalaciones acarrean consecuencias graves, incluidas costosas penalizaciones por incumplimiento de contratos de nivel de servicio (SLA). Aunque los centros de datos están llenos de máquinas y sistemas complejos, la causa más frecuente de interrupciones en los centros de datos no es el hardware ni el software. La causa principal son los problemas de alimentación, que representan más del 40% de las interrupciones que se producen en los centros de datos.

Los centros de datos gestionan cargas eléctricas no lineales de forma ininterrumpida, ya que proporciona alimentación a servidores, sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) y variadores de frecuencia (VFD). Las fluctuaciones en la demanda pueden provocar corrientes armónicas perjudiciales, que a menudo pasan desapercibidas hasta que se producen sobrecalentamientos, paradas o la degradación de los equipos. 

¿Qué son los armónicos en realidad?

En los sistemas eléctricos, los armónicos son formas de onda de tensión o corriente a frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental (60 Hz en Norteamérica, 50 Hz en Europa). Por ejemplo, en Norteamérica, el segundo armónico es 120 Hz, el tercero es 180 Hz, y así sucesivamente. 

En los centros de datos, los armónicos los provocan cargas no lineales que distorsionan la forma de onda sinusoidal ideal. La distorsión armónica total (THD) cuantifica cuánto cambia una forma de onda con respecto a su forma ideal debido a los armónicos. Es un indicador clave de los problemas de calidad de la energía; cuanto más altos son los valores, más grave es la distorsión. 

Cómo afectan los armónicos al tiempo de actividad del centro de datos

Los armónicos y la alimentación de los centros de datos no son compatibles. Si no se controlan, pueden comprometer la fiabilidad, reducir la eficiencia y poner en riesgo los sistemas críticos. Unos niveles altos de distorsión armónica total en los centros de datos pueden degradar el rendimiento y la vida útil de los equipos, y provocar tiempos de inactividad causados por:

• Sobrecarga de conductores neutros: Los armónicos generados por cargas no lineales pueden provocar una sobrecarga del conductor neutro, lo que da lugar a un calentamiento excesivo y aumenta el riesgo de incendio o de daños en el aislamiento.
• Sobrecalentamiento de transformadores o SAI: Los armónicos aumentan las temperaturas de funcionamiento en transformadores y SAI, lo que acelera el desgaste y puede provocar fallos inesperados.
• Disparo no deseado de los disyuntores: Las formas de onda de corriente distorsionadas pueden hacer que los interruptores se disparen innecesariamente, interrumpiendo el suministro eléctrico a sistemas críticos sin que exista un fallo real.
• Reducción de la eficiencia: Los armónicos reducen el factor de potencia y aumentan el desperdicio de energía, lo que se traduce en un aumento de los costes de la factura eléctrica y en pérdidas de energía innecesarias.
• Fallo o inestabilidad de los equipos electrónicos: La distorsión de la tensión por armónicos puede afectar a los componentes electrónicos sensibles, lo que puede provocar fallos, reinicios o un comportamiento errático del sistema.

A corto plazo, los armónicos de los centros de datos pueden provocar costosas interrupciones en el suministro eléctrico. Los efectos perjudiciales a largo plazo de los armónicos del centro de datos en los equipos informáticos suelen ser invisibles hasta que el daño ya se ha producido.

Dónde se ocultan los armónicos en los centros de datos

Hay cuatro causas principales que causan armónicos en el centro de datos:

1. Salida del SAI: Los SAI suelen utilizar tecnología basada en inversores para suministrar corriente alterna. Estos inversores conmutan a altas frecuencias para simular una onda sinusoidal, pero la salida puede presentar una distorsión armónica significativa, sobre todo si no se filtra adecuadamente. La distorsión puede afectar a los equipos situados más adelante en la red o interactuar con otras cargas no lineales, agravando así los problemas de armónicos.
2. Unidades de distribución de energía (PDU): Aunque las PDU de las instalaciones no generan armónicos por sí mismas, actúan como puntos de concentración de numerosas cargas no lineales, como servidores, enrutadores y dispositivos de almacenamiento. El efecto acumulativo de estas cargas provoca que la PDU suministre una corriente distorsionada, lo que puede hacer que los armónicos se reflejen de nuevo en el sistema de distribución y amplifiquen la distorsión armónica total en el centro de datos.
3. Sistemas de refrigeración: Los sistemas de aire acondicionado para salas de ordenadores (CRAC) y las unidades de tratamiento de aire (CRAH) suelen utilizar variadores de frecuencia (VFD) para controlar la velocidad de los motores y mejorar la eficiencia energética, ya que bombean líquidos por las instalaciones para regular la temperatura. Los VFD son fuentes conocidas de armónicos, ya que convierten la corriente alterna en corriente continua y, a continuación, de nuevo en corriente alterna de frecuencia variable mediante conmutación de alta velocidad. Este proceso distorsiona las formas de onda de la corriente y puede introducir armónicos significativos en el sistema eléctrico, lo que provoca acumulación de calor y daños en los equipos.
4. Iluminación LED y nuevas cargas informáticas: La iluminación LED moderna y los equipos informáticos a menudo utilizan fuentes de alimentación conmutadas (SMPS), que consumen corriente en pulsos cortos e intensos en lugar de en ondas sinusoidales continuas. Estos pulsos introducen armónicos de alta frecuencia en el sistema y, aunque los dispositivos individuales puedan tener una potencia reducida, su uso generalizado en un centro de datos puede provocar una distorsión acumulada considerable.

La reducción de armónicos en su centro de datos es fundamental para garantizar la fiabilidad eléctrica; estos pueden mitigarse mediante soluciones como los filtros de armónicos. Pero, antes de nada, debe contar con las herramientas adecuadas para identificar los armónicos.

Cómo se identifican los armónicos antes de que afecten al tiempo de actividad

Los armónicos suelen ser un problema invisible hasta que provocan daños en los equipos o afectan a los tiempos de inactividad, pero su supervisión como parte de su programa de mantenimiento preventivo le permitirá identificar los armónicos perjudiciales y tomar medidas para mitigarlos antes de que provoquen daños mayores. La calidad eléctrica y el tiempo de actividad están estrechamente relacionados; con el tiempo, los efectos de los armónicos en los equipos informáticos pueden tener graves consecuencias.

Los analizadores de calidad eléctrica, como el Fluke 1777, son un instrumento imprescindible para medir y supervisar los armónicos. Estos analizadores proporcionan información detallada, incluida la medición y la supervisión de la tensión, la corriente, la distorsión armónica total (THD) y los armónicos de orden específico (como el 3.º, el 5.º, etc.) presentes en su sistema. Al realizar un seguimiento de estos datos a lo largo del tiempo, pueden detectarse tendencias problemáticas antes de que causen sobrecalentamientos, disparos de los disyuntores o inestabilidad o daños en los equipos.

Con el tiempo, los armónicos varían en función de la carga que se consuma, por lo que es fundamental empezar por establecer un punto de referencia de la calidad eléctrica de entrada. La alimentación de entrada debe cumplir con normas como la IEEE 519, y el uso de un analizador como el Fluke 1777 para realizar mediciones en el punto de conexión a la red (PCC) permite registrar los datos y elaborar informes conformes a dichas normas, lo que facilita el diálogo con la empresa de suministro responsable. 

¿Quiere aprender a configurar y utilizar estos instrumentos en sus instalaciones? Lea el artículo Cómo supervisar los armónicos en el sistema eléctrico de un centro de datos, a continuación.

Cuándo hay que solucionar un problema y qué hacer al respecto

Incluso sin herramientas especializadas, los armónicos suelen dejar pistas. El calor excesivo en los cuadros eléctricos o los transformadores, los disparos frecuentes de los interruptores y la disminución del factor de potencia son señales de que es hora de diagnosticar el problema y reducir los armónicos en su centro de datos.

La solución de problemas comienza por identificar el origen, ya sea un SAI, un variador de frecuencia o un grupo de cargas informáticas de alta densidad. A partir de ahí, pasos como el equilibrio de cargas entre fases, el redireccionamiento de dispositivos no lineales o la instalación de filtros armónicos pueden reducir significativamente la distorsión armónica en los centros de datos y restaurar la estabilidad del sistema.

¿Necesita más información sobre cómo solucionar los problemas de armónicos en centros de datos? Lea el artículo Cómo solucionar problemas de distorsión armónica en centros de datos, a continuación.

El tiempo de actividad es sinónimo de un sistema eléctrico en buen estado

Los instrumentos de Fluke le ofrecen la visibilidad que otras marcas no. Con el analizador de calidad eléctrica Fluke 1777 y el registrador avanzado de calidad eléctrica Fluke 1738, podrá convertir la supervisión de armónicos en una rutina habitual de su estrategia de mantenimiento, en lugar de limitarla solo a una solución reactiva. Estos instrumentos no son solo algo útil; son una inversión inteligente que le ayuda a evitar los costes mucho más elevados que suponen las interrupciones imprevistas y las averías de los equipos.

Acerca del autor

Jason es un experto de Fluke especializado en calidad eléctrica, equipos de comprobación eléctrica y aplicaciones de productos. Gracias a su gran experiencia en la asistencia tanto a clientes como a socios distribuidores, ayuda a los profesionales a seleccionar, manejar y resolver problemas relacionados con una amplia gama de instrumentos de diagnóstico, incluidos analizadores de calidad eléctrica, comprobadores de baterías y cámaras termográficas y acústicas. Jason imparte habitualmente sesiones de formación basadas en aplicaciones y utiliza su experiencia práctica para conectar los retos técnicos con soluciones prácticas en distintos sectores. Conecte con Jason en LinkedIn.