dossier datacenters e UPS
a energia crĂtica (UPS) em centros de dados Eng.Âş Pedro MagalhĂŁes Enterprise System Engineer IT da Schneider Electric Portugal
Procuramos neste artigo demonstrar a importância dos diferentes conceitos de redundância de sistemas de UPS nos centros de dados. Em primeiro lugar, na sua disponibilidade e posteriormente, numa altura em que as organizaçþes jå racionalizaram quase tudo, desde as pessoas atÊ aos próprios sistemas informåticos, na única vertente que ainda falta dinamizar: a da eficiência energÊtica. Esperamos assim contribuir para decisþes mais racionais e eficientes.
Num ambiente de centro de dados, a UPS ĂŠ, sem dĂşvida, o mais crĂtico de todos os componentes, uma vez que ĂŠ dele que depende, a sua continuidade de serviço. A falha do sistema UPS provoca de imediato um tempo de paragem, sem qualquer hipĂłtese de promover paragens controladas ou encerramentos ordeiros de sistemas, como a falha de qualquer um dos outros componentes, apesar de tudo permite. Quando analisamos as falhas de outros componentes, facilmente compreendemos que a sua ocorrĂŞncia permite, ainda assim, algum tempo de intervenção atĂŠ que provoque um tempo de paragem. Uma falha de rede que ocorre com alguma frequĂŞncia tem como backup, em primeira instância, as UPS e depois os grupos
eletrogĂŠneos, nĂŁo induzindo um tempo de paragem. Mesmo a falha de arranque dos geradores permite que no tempo disponibilizado pela autonomia das UPS, se intervenha no sentido do tempo de paragem ser induzido de forma organizada e ordeira, inclusive, automaticamente. Mesmo uma falha do ar-condicionado, provavelmente o componente que a seguir Ă s UPS maior impacto pode ter ao nĂvel do tempo de paragem nos centros de dados, permite alguma margem de intervenção de modo a resolver o problema. A questĂŁo de uma paragem ser organizada ou intempestiva ĂŠ crucial na abordagem da disponibilidade de um centro de dados. Efetivamente, o termo disponibilidade encerra, em si prĂłprio, o conceito de tempo de recuperação. Quer isto dizer que a disponibilidade de um centro de dados ĂŠ diretamente afetada pelo tempo de paragem mas, acima de tudo, pelo tempo que levamos a recuperar a sua funcionalidade. Uma paragem controlada de sistemas peração que se mede na ordem dos minutos, uma vez que apenas ĂŠ necessĂĄrio arrancar de novo com todos os equipamentos. Pelo contrĂĄrio, uma paragem intempestiva pode medir-se na ordem de horas ou mesmo dias, dependendo da gravidade das consequĂŞncias da paragem na integridade das bases de dados. Um sistema UPS ĂŠ o suporte direto ao funcionamento dos sistemas de TI e a sua falha provoca um tempo de paragem imediato e sem qualquer tipo de possibilidade de controlar o encerramento dos sistemas. Tendo percecionado a criticidade dos sistemas UPS, vamos em seguida analisar os diferentes problemas que com esta podem ocorrer. Reparem que falamos sempre em sistema de UPS e nĂŁo em UPS. Esta questĂŁo nĂŁo ĂŠ um simples pormenor. Efetivamente, num centro de dados importa olhar para o sistema e nĂŁo para o equipamento em si, uma vez que a falha pode ocorrer na UPS ou em qualquer
componente do sistema que a suporta. A avaria de uma UPS, tanto provoca uma paragem imediata, como o disparo de um disjuntor ou diferencial na saĂda da UPS. Pelas questĂľes acima apontadas ĂŠ comum considerar, ao nĂvel dos centros de dados, que o sistema UPS ĂŠ redundante, confundindo, por vezes, redundância de equipamento com redundância de sistemas. Esta questĂŁo ĂŠ particularmente importante se considerarmos que a maior parte das vezes, o nĂvel de redundância considerado para o sistema UPS ĂŠ idĂŞntico ao considerado para os restantes componentes, ou seja, redundância do tipo N+1. Este tipo de redundância, conforme o nome indica, signi
necessårio para a prossecução de um determinado propósito. Importa pois compreender as diferentes falhas que podem ocorrer num sistema UPS. Para isso, convÊm efetuar uma anålise prÊvia dos diferentes sistemas de redundância que podemos aplicar a sistemas de UPS e vålidos para aplicaçþes em Centros de Dados. Vamos detalhar agora o sistema de redundância do tipo N+1, muito utilizado, e o sistema de redundância duplicada, 2N/2 (N+1). O sistema N+1 passa por assegurar redundância nas UPS, o sistema 2N/2 (N+1) assegura redundância no sistema UPS e a sua importância na anålise de disponibilidade de um Centro de Dados. Conforme se pode observar pela Figura 1, um sistema em redundância N+1, compreende criar redundância na UPS. No entanto, este tipo de redundância endereça apenas a UPS no sistema e não o sistema em si próprio. Na redundância duplicada ou 2N/2 (N+1) na Figura 2, a redundância Ê dos sistemas UPS podendo, no caso do sistema 2 (N+1), existir redundância de sistemas e de UPS. De referir que Ê mais importante assegurar a redundância dos sistemas UPS do que apenas redundância das UPS. O ideal Ê assegurå-los em simultâneo. www.oelectricista.pt o electricista 44
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Figura 3
energia duas vezes: uma de Corrente Alterna contrĂĄrio (Ondulador). Cada uma destas etapas, implica perdas derivadas do funcionamento da eletrĂłnica. Embora tecnologicamente seja jĂĄ possĂvel reduzir perdas a 2 pontos percentuais por etapa, ou seja um total de 4, as tecnologias envolvidas sĂŁo ainda dispendiosas. Por isso, sempre que um fabricante apresente rendimentos superiores a 94%, deve ser solicitada uma comprovação efetuada por um laboratĂłrio independente que ateste a medição real dos rendimentos apresentados, em diferentes regimes e com diversos tipos de carga. Caso tal nĂŁo aconteça, o provĂĄvel ĂŠ estarmos perante algo que nĂŁo ĂŠ real. Para nos apercebermos do impacto das redundâncias no rendimento, vamos analisar as perdas de uma solução totalmente idĂŞntica com diferentes tipos de redundância. Conforme poderemos ver pela Figura 4, os dados sĂŁo sempre os mesmos; uma UPS
Custo do KW/h
de 500 KW, com uma carga de 300 kW e um custo horårio de 0,11 euros por kW/h. Consideråmos não só as perdas da UPS (que são calor) mas tambÊm o arrefecimento necesså O que varia Ê apenas o regime de carga em que cada UPS estå a funcionar, em função da redundância instalada. Os resultados são evidentes. Quanto maior ência e, consequentemente, maiores os custos de energia resultantes apenas das diferenças de rendimento. Coloca-se a questão de saber se esta realidade Ê igual para todas as UPS. A resposta Ê ! " mativa se considerarmos sistemas de UPS de conceção tradicional; se considerarmos UPS do tipo modular a relação mantÊm-se mas os custos são diferenciados. Importa primeiro perceber o que distingue uma UPS tradicional de uma modular: uma UPS tradicional Ê um bloco com um carre-
0,11
gador, um ondulador, um bypass estĂĄtico e uma bateria. Uma UPS modular, ao contrĂĄrio, ĂŠ constituĂda por vĂĄrios mĂłdulos, ĂŠ facilmente expansĂvel e adaptĂĄvel Ă realidade de cada momento. No caso da solução tradicional, considerĂĄmos uma UPS de 500 kW para uma carga inicial de 300, para assegurar que o sistema suporta a necessidade de crescimento futuro, que ĂŠ algo imprescindĂvel num centro de dados. No entanto, se a nossa UPS ĂŠ modular, entĂŁo se a carga for de 300 kW, ĂŠ possĂvel começar apenas com 300 kW uma vez que o sistema permite crescimentos fĂĄceis, por simples adição de mĂłdulos. O mĂłdulo base (o que chamamos N) ĂŠ tambĂŠm diferente. Numa UPS tradicional. #$ &'* com duas UPS idĂŞnticas. No caso dos sistemas modulares, o N ĂŠ o valor da potĂŞncia do mĂłdulo. Assim, imaginando que o mĂłdulo ĂŠ de 25 kW, obtemos uma redundância N+1 a 300 kW, pela instalação de 12 mĂłdulos de 25 kW + 1 mĂłdulo para redundância. Quer isto dizer que se dividirmos os 300 kW da carga pelos 325 kW de mĂłdulos instalados, a UPS vai operar a 90% de carga e portanto na sua melhor curva de rendimento, o que efetivamente faz toda a diferença, conforme ĂŠ possĂvel atestar pelo quadro da Figura 5. Admitindo que a diferença de custo entre uma solução modular e uma solução tradicional possa ser de 5 000,00 euros e se efetuarmos uma anĂĄlise do custo total da solução 6 7 8 solução modular ĂŠ de longe mais econĂłmica que a tradicional. Esperamos com este artigo ter contribuĂdo para que a utilização de sistemas de UPS em centros de dados seja mais percetĂvel e que possa conduzir a decisĂľes mais esclare
Custo do KW/h
0,11
Consumo IT (kW/h)
300,00
Consumo IT (kW/h)
300,00
PotĂŞncia da UPS kW
500,00
PotĂŞncia da UPS kW
500,00
Parâmetro
N
Regime de carga
60,00%
30,0%
30,0%
15,0%
0,89
0,82
0,82
0,73
Perdas UPS (kW)
33
54
54
81
Perdas AVAC (kW)
11
18
18
Perdas Anuais kW
385 440
630 720
42 398
69 379
Rendimento
Perdas Anuais â‚Ź Figura 4
N+1
2N
2(N+1)
Parâmetro
N
Regime de carga
95,00%
90,0%
47,5%
45,0%
0,92
0,92
0,87
0,87
Perdas UPS (kW)
24
24
39
39
27
Perdas AVAC (kW)
8
8
13
13
630 720
946 080
Perdas Anuais kW
280 320
280 320
455 520
455 520
69 379
104 069
Perdas Anuais â‚Ź
30 835
30 835
50 107
50 107
Rendimento
N+1
2N
2(N+1)
Figura 5 www.oelectricista.pt o electricista 44
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