Conozca la diferencia entre la energía trifásica y la monofásica

En toda América del Norte, los hogares funcionan con electricidad monofásica de 120 voltios. Una caja típica de interruptores residenciales revela cuatro cables que llegan a nuestros hogares: dos cables «calientes», un cable neutro y la tierra. Los dos cables «calientes» transportan 240 VCA, que se utilizan para aparatos pesados como cocinas y secadoras eléctricas. Sin embargo, el voltaje entre ambos cables calientes y el neutro es de 120 VCA, que alimenta todo lo demás en nuestros hogares.

Sin embargo, las plantas de fabricación de electricidad en Norteamérica transmiten energía trifásica a voltajes súper altos que oscilan entre 230 kV y 500 kV. Si se observan de cerca las líneas eléctricas de alta tensión, se observan tres conductores separados, cada uno de los cuales transporta la corriente, más un conductor neutro. La distribución de energía trifásica es menos costosa porque las líneas de transmisión de energía trifásica no necesitan los mismos cables de cobre de gran calibre que necesitaría una línea de transmisión monofásica. Además, la trifásica ofrece flexibilidad en la conexión del servicio y puede ofrecer a los clientes no sólo el servicio habitual de 120 VCA, sino también el de 208 VCA. Prácticamente todos los edificios industriales, incluido el suyo, reciben energía trifásica, ya que ofrece muchas ventajas con respecto a la monofásica.

Diseñar o adaptar un centro de datos para que utilice energía trifásica merece la pena, pero algunos centros no comprenden las ventajas que aporta la energía trifásica. Echemos un vistazo a las diferencias entre la energía monofásica y la trifásica para entender por qué la energía trifásica no sólo ofrece un ahorro real de costes, sino que crea un centro de datos más eficiente.

El problema con la monofásica

El servicio monofásico convencional de 120 VCA que funciona a 60 Hz no puede suministrar energía continua. A esa frecuencia, la onda sinusoidal de la corriente alterna cruza el punto cero 120 veces cada segundo. Es mejor entender que la potencia se mide en vatios, y los vatios son el producto de la tensión aplicada por los amperios de la corriente que fluye en un circuito (W=V x A).

Cuando la tensión o la corriente cruzan el punto cero, la potencia eléctrica que se suministra cae a cero. En la práctica, esas caídas instantáneas a cero no afectan visiblemente a los equipos del circuito. Si el equipo es un motor, por ejemplo, la inercia mecánica de su inducido giratorio «atraviesa» los puntos cero. (Sin embargo, esos cruces de puntos cero se suman. Los motores que funcionan con energía monofásica tienen una esperanza de vida más corta que los diseñados para energía trifásica). Del mismo modo, si el equipo bajo carga es electrónica de estado sólido, los condensadores de suavización en el filtro de la fuente de alimentación «amortiguan» esos puntos cero.

La energía trifásica, por otro lado, consiste en tres ondas sinusoidales separadas por 120 grados. Esta forma de energía es creada por un generador de CA con tres devanados independientes, cada uno separado exactamente 120 grados. Cada corriente (fase) se transporta por un conductor distinto. Debido a la relación de fases, ni la tensión ni el flujo de corriente aplicados a una carga IT caen nunca en cero. Esto significa que la energía trifásica a una tensión determinada puede suministrar más potencia. De hecho, aproximadamente 1,7 veces la potencia de un suministro monofásico.

En los últimos años, la potencia de procesamiento que puede configurarse en un solo rack se ha multiplicado. No hace mucho tiempo, un rack podía albergar hasta diez servidores que consumían 5 kW. Ahora, debido a la interminable miniaturización y a la imparable marcha de la tecnología, ese mismo rack puede albergar cuatro o cinco docenas de servidores y consumir más de 15 kW.

Alimentar un rack de 15 kW con energía monofásica a 120 VAC consume 125 amperios. El cobre necesario para transportar con seguridad esa corriente, el AWG 4, tiene un diámetro de casi un cuarto de pulgada. Es difícil de trabajar y caro. Está claro que la monofásica no es práctica para esas cargas. Sin embargo, en un sistema trifásico, cada conductor, AWG 11 con un diámetro de sólo 0,09 pulgadas, sólo soportaría unos 42 amperios. Si está interesado en profundizar en la aritmética que hay detrás de esto, lea nuestro blog «Desmitificación de las regletas de alimentación trifásicas de 208 V (PDU de rack), Parte II: Entender la capacidad».

Cómo puede ayudar la trifásica

La elección de un sistema de alimentación puede aportarle eficiencia y economía, o inflexibilidad y costes excesivos. La energía monofásica es ideal para los usuarios residenciales cuya mayor carga proviene de una secadora o una cocina eléctrica. Sin embargo, los centros de datos deben tener en cuenta las ventajas que aporta la energía trifásica. Estas incluyen:

  • Puede hacer funcionar tanto dispositivos de 120 VAC como de 208 VAC desde la misma fuente de alimentación, mezclando y combinando PDUs según sea necesario.
  • La trifásica le permite hacer funcionar todos sus dispositivos en 120 VAC hoy, pero actualizarlos a 208 VAC simplemente cambiando sus PDUs-lo que puede hacer rápidamente y sin un tiempo de inactividad significativo.
  • El coste del cableado se reduce drásticamente cuando se suministra energía trifásica directamente a sus armarios de servidores.
  • Se reduce tanto el trabajo requerido de los electricistas que instalan el cableado de CA como el tiempo total de instalación.
  • Si está buscando formas de preparar su centro de datos para el futuro utilizando energía trifásica, aprenda cómo las PDUs encajan en la mezcla de soluciones que necesitará.

    Esta entrada de blog ha sido patrocinada por Raritan.