O que fazer com um UPS antigo?

Este artigo fornece orientações que poderão ajudar o leitor a decidir o que fazer com os UPS trifásicos mais antigos: substituir por um novo, atualizar ou deixar como está até falhar? A resposta nem sempre é evidente e dependerá de vários fatores, como as condições e capacidades atuais do UPS e os requisitos e limitações futuras.

John Gray e Patrick Donovan, da Schneider Electric

Data: 22/05/2017

Edição: RTI Abril 2017 - Ano XVIII - N^o 203

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Com o UPS em operação por 10 anos ou mais, o proprietário tem três opções:

Comprar um novo.
Atualizar: o produto pode ser revitalizado de alguma forma, para prolongar a sua vida útil e desempenho por mais alguns anos?
Não fazer nada: é melhor não fazer nada além da manutenção mais básica e simplesmente deixá- lo “funcionar até falhar”?

Surpreendentemente, cada uma dessas opções tem circunstâncias que as tornam uma escolha racional. Cada uma tem suas vantagens e desvantagens, como veremos a seguir.

Antes de comparar e contrastar as três opções, o primeiro aspecto a ser determinado é se o UPS legado existente é (ou será em breve) incapaz de cumprir suas exigências de desempenho e não poderá ser reparado ou atualizado de forma viável.

A tabela I apresenta uma lista das condições que normalmente indicariam se o UPS está no (ou perto) do fim da sua vida útil de serviço para a aplicação considerada. Assumindo que as instalações de data centers não estejam sendo consolidadas ou terceirizadas, a substituição por um UPS novo é a opção recomendada neste caso.

Se o UPS estiver atendendo aos requisitos de carga e de tempo de execução, podemos optar por manter o equipamento antigo em serviço e deixá-lo operar até falhar. Mas isso é um caminho muito arriscado. Serão necessários um planejamento cuidadoso, cooperação próxima entre as instalações/área de TI e uma equipe de operações bem treinada para minimizar o impacto da falha iminente e inevitável do UPS.

Se o equipamento não estiver no final da sua vida útil para a aplicação pretendida, a próxima etapa é avaliá-lo considerando três fatores: terceirização, eficiência energética e necessidades de carga futuras.

Estratégia de terceirização

No momento em que o UPS ficar mais velho, os proprietários também podem considerar o que fazer com outros sistemas de suas instalações que estarão envelhecendo. A consideração de atualizar ou não os equipamentos existentes, construir novos, ou terceirizar para o fornecedor de nuvem ou colocation (ou ambos) é uma etapa inicial no processo. Para os data centers existentes, com capacidade de energia, refrigeração e espaço disponíveis, a decisão é muitas vezes óbvia, mas quando um data center está em plena capacidade ou perto disso, deve-se tomar uma decisão referente sobre onde abrigar os equipamentos de TI.

Essas escolhas estratégicas de onde (ou se) hospedar os equipamentos de TI podem ter um grande impacto sobre o que deve ser feito com o sistema de UPS existente. Obviamente, a decisão de migrar tudo para um fornecedor de colocation, onde o sistema de UPS é mantido e gerenciado por ele, tornaria essa opção clara. Seria realmente apenas uma questão de quando a migração ocorreria. Quanto mais tempo levar para fazer a migração, maior o risco de que os UPS que estejam envelhecendo e tenham problemas. Migrar apenas algumas aplicações para a nuvem pode significar que o novo UPS poderá ser muito menor, tornando a substituição por um novo uma opção mais acessível. Espelhar as cargas de trabalho em um outro local ou na nuvem também poderá reduzir o nível de redundância exigido, o que diminuirá ainda mais o investimento necessário para substituir o sistema antigo por um novo na instalação existente. O fato é que a estratégia de terceirização deve ser entendida ao avaliar o que fazer com o UPS mais velho. Também devemos observar que o pessoal que toma as decisões sobre o UPS pode não ser a mesma equipe que determina o plano de terceirização mais amplo. Portanto, é importante a comunicação e coordenação entre a administração e o pessoal e instalações e TI.

Eficiência energética

A eficiência do UPS, em grande medida, determina o custo operacional. Por isso, é importante entender o nível de eficiência atual do sistema e como ele pode ser melhorado por meio de atualizações, mudanças nas necessidades de carga ou substituição por novo(s). Essas economias de energia devem ser levadas em conta no processo de decisão.

A eficiência do sistema UPS é em grande parte determinada por três aspectos, conforme mostrado na tabela II.

O exemplo na tabela III ilustra o potencial de economia com base apenas na diferença das perdas de potência interna do UPS. Um UPS moderno de 500 kW está suportando 400 kW de carga de TI, 7x24, com um índice de eficiência de 96%. Um UPS legado é usado exatamente no mesmo cenário, exceto o fato de que o seu índice de eficiência é de 88%. A tabela mostra as diferenças de custo desses dois sistemas em 10 anos.

Para entender como a eficiência afetará a decisão, comece com uma curva de eficiência para o UPS existente que mostre o percentual de eficiência em função do percentual de carga. Compare isso considerando o novo UPS como uma substituição. Muitos UPS mais atuais oferecem sistemas de controle mais avançados que melhoram a eficiência utilizando um ou mais métodos, como a operação do “modo Eco” (ignora o inversor) ou hibernação dos módulos de potência sem carga. Esses esquemas operacionais mais recentes reduzem as perdas de energia e, portanto, reduzem o Opex. Descubra junto ao fabricante se os módulos de potência para os UPS existentes podem ser atualizados com novos módulos mais eficientes.

Incentivos de melhoria da eficiência energética governamentais e de concessionárias de energia, quando disponíveis, podem influenciar significativamente o lado financeiro de substituição do UPS. Também pode haver iniciativas “verdes” corporativas que favorecerão ainda mais a substituição por um novo UPS.

Necessidades de cargas futuras

A maneira pela qual se espera que a carga de TI mude ao longo do tempo também influencia a decisão de manter, atualizar ou comprar um novo equipamento. Se o sistema UPS existente está na, ou perto da, plena carga e está previsto um crescimento futuro da carga, devem ser exploradas as opções para adicionar capacidade, como acrescentar mais módulos de energia ou outra unidade de UPS em uma configuração de sistema em paralelo, assumindo que o sistema existente permita isso. Obviamente, se a capacidade do UPS existente não puder ser alterada para atender às necessidades futuras, então a compra de um novo será a única opção.

A capacidade do UPS não é a única consideração a ser feita. O gerenciamento do crescimento da carga futura também depende da rede de infraestrutura de distribuição elétrica maior do que havia sido provisionada para o UPS existente. A capacidade do cabeamento de entrada e saída, disjuntores, painéis, conjuntos de manobra, chaves de transferência e o grupo de geradores precisam ser avaliados. Essas informações determinarão os custos associados e exposição ao risco para suprir as necessidades de capacidade futura dos equipamentos.

Por outro lado, se as unidades existentes operarem com uma carga baixa, então pode não ser necessário comprar uma nova ou realizar atualizações. No entanto, leve em conta que se você espera que a carga continuará sendo uma pequena percentagem da capacidade nominal, então será possível a substituição por unidades menores. Diminuir o UPS melhoraria a eficiência, reduziria o número de baterias necessárias e, provavelmente, diminuiria os custos de manutenção. Esses ganhos devem ser observados na análise financeira. O ponto principal é tomar cuidado para não simplesmente assumir que, necessariamente, um novo UPS precisa ter um tamanho semelhante ao que está instalado atualmente.

Determinar a carga futura do UPS é um passo essencial para avaliar as opções de manter, atualizar ou comprar um novo. Ter uma estimativa razoável das necessidades futuras determinará, em parte, se o sistema de UPS atual pode atender às necessidades de carga ou não.

Os requisitos de redundância também podem ter mudado em relação ao projeto original.

Existem arquiteturas mais novas que permitem taxas de utilização de energia elétrica mais elevadas. Por exemplo, os chamados sistemas “catcher” usam múltiplos UPS primários menores em uma relação “3 para 1” ou “4 para 1”, com somente um UPS de reserva, contra uma relação de “1 para 1” tradicionalmente encontrada em sistemas 2N. Ao avaliar o custo potencial de substituir os sistemas antigos por novos, deve-se considerar a possibilidade de implementar menor redundância de UPS. As considerações de redundância podem afetar os custos de Capex e Opex.

Comparação das opções

Com a situação atual e as necessidades futuras do UPS em mente, devem ser comparadas três opções sobre o que fazer com o sistema antigo. Cada uma tem as suas próprias vantagens e desvantagens. As três opções são: não fazer nada (“usar até falhar”), manutenção proativa (atualização) e comprar um novo. A tabela V mostra as condições que tendem a favorecer cada uma das opções.

Não fazer nada (“usar até falhar”, com manutenção mínima)

“Não fazer nada” não significa literalmente não fazer nada para manter o UPS. Pelo contrário, significa manter o equipamento mais antigo em operação até atingir o “final da vida” sem quaisquer investimentos significativos para mantê-lo ou atualizá-lo para uma condição mais nova, como por meio da substituição de baterias ou outros subsistemas e peças principais, como capacitores, módulos de energia, ventiladores, etc. Mesmo no modo “usar até falhar”, os sistemas ainda devem ser monitorados regularmente quanto a mudanças de saúde e estado que possam indicar a presença de um problema. Assumindo que o UPS não falhe inesperadamente ou derrube a carga, é a opção de menor custo, com o mínimo de interrupção nas operações do dia a dia. No entanto, o risco de falha súbita e impacto na carga é maior.

À medida que um UPS envelhece, deve-se esperar uma manutenção mais reativa. A experiência vem demonstrando que os casos de serviço do tipo “tempo e material” mais do que dobram, uma vez que o UPS tenha atingido 10 anos de serviço. No entanto, o nível de risco dessa falha repentina pode ser mitigado por diversos fatores:

Redundância empregada no projeto do UPS. Se um UPS falhar, as cargas permanecerão alimentadas sem interrupção? É possível a manutenção simultânea?
Maturidade do programa de operações e manutenção: Há pessoal treinado e disponível para responder rapidamente aos problemas? Existem métodos de procedimentos em vigor detalhando as etapas para mitigar problemas comuns? Existem peças de reposição disponíveis para enfrentar os problemas comuns?
Termos e situação do contrato de serviço. O serviço de quebra/reparo ainda é fornecido e os tempos de resposta estão dentro dos prazos exigidos? O serviço de suporte técnico atende aos requisitos e cronograma de operação?
Esquema de recuperação de desastres/failover. A carga exige energia 7x24 sem interrupção? As cargas de trabalho são espelhadas no local de recuperação de desastres (DR) ou em outros locais? Se um UPS falhar, as cargas de trabalho podem ser migradas para outros locais ou outras áreas não afetadas da instalação? Isso pode ser feito com um impacto mínimo nos níveis de serviço exigidos?

Atualização

Os fabricantes de UPS e prestadores de serviços externos muitas vezes oferecem serviços para revitalizar ou modernizar um UPS mais antigo, que prolongarão a sua vida útil por vários anos. Esses serviços normalmente são oferecidos com uma garantia (geralmente de um ano) e termos de serviço que reduzem ainda mais o risco do prolongamento da vida do UPS legado. O que pode ser atualizado ou substituído em um UPS varia dependendo do fabricante e modelo. De maneira geral, quanto mais padronizado e modular for o projeto do UPS, maior o número de opções de atualização que estarão disponíveis e mais fácil ou menos disruptivo será implementar essas melhorias. A tabela III lista os tipos de componentes e subsistemas que podem frequentemente ser substituídos ou atualizados por novos, ao longo da vida útil do UPS.

Alguns fornecedores oferecem pacotes de atualização que incluem a substituição de alguns ou de todos os itens da tabela IV, com um desconto significativo em relação a realizar as atualizações por partes, uma de cada vez. Algumas atualizações (ou seja, blocos de inversores e conjuntos de ventiladores) também podem oferecer maior eficiência energética. Em conjunto com a redução no risco de paralisação, esse benefício, se existir, também deve ser levado em conta na decisão.

Mesmo para sistemas de UPS altamente modulares, ainda existem componentes que geralmente não são reparáveis ou substituíveis, pelo menos sob o ponto de vista econômico. Por exemplo, enquadram-se nessa categoria o backplane e barramentos do UPS aos quais os conjuntos de inversores modulares e placas de controle se conectam dentro do equipamento. Assim, embora esses tipos de serviços de revitalização possam reduzir drasticamente a manutenção reativa, eles não necessariamente a reduzem tanto quanto a substituição por um UPS novo.

A facilidade de implementação é outro fator a ser considerado ao avaliar a opção de atualizar um UPS existente. A execução dessas atualizações é certamente mais interruptiva e/ou arriscada para as operações em andamento, em comparação com a primeira opção de “não fazer nada” ou “usar até falhar”. Mas, comparada com a substituição por um sistema totalmente novo, uma atualização levaria muito menos tempo e seria menos arriscada para a carga.

As tarefas de atualização geralmente podem ser realizadas em poucas horas em uma janela de manutenção aprovada, com o UPS em bypass de manutenção, enquanto a carga crítica é alimentada por um gerador e/ou fonte de alimentação redundante. O nível de facilidade ou dificuldade da implementação da atualização depende principalmente de dois fatores:

O grau de modularidade que é projetado no UPS.
A especialização e treinamento da equipe que realiza o serviço.

Comprar novo

A substituição de um UPS legado mais antigo por um novo oferece um alto risco de curta duração durante a troca, mas o menor perfil de risco a longo prazo como um novo equipamento associado. As despesas de capital iniciais serão maiores do que para realizar uma atualização, mas isso precisa ser equilibrado com as despesas operacionais menores devido às muitas razões possíveis resumidas a seguir:

Redução das perdas de energia.
UPS menor devido à menor carga.
Projeto modular, do tipo “pague conforme você amplia” (do tamanho certo).
Sistema mais eficiente ou utilização da redundância interna do UPS.
Redução das exigências de redundância.
Menores custos de manutenção em relação ao UPS antigo.
Descontos, isenções fiscais, subsídios, etc., devido à melhoria da eficiência.

A substituição de um sistema mais antigo por um novo pode ser mais complexa e demorada do que a atualização, especialmente se o UPS a ser atualizado já tiver um projeto modular. São necessários planejamento e execução cuidadosos para minimizar o tempo de inatividade do UPS durante a troca. Alguns fornecedores oferecem um serviço para realizar esse trabalho como um projeto turnkey. Se a equipe de operações do proprietário não tem a disponibilidade ou especialização, deve-se consultar o fornecedor do UPS (OEM) se ele pode realizar cada tarefa associada a esse esforço, incluindo remover/eliminar o sistema antigo, instalar o novo, dar a partida e comissionar o sistema e fazer a transição para um contrato de serviço existente (se existir), tudo isso sob um único pedido.

Principais considerações adicionais para substituição

Se as condições são tais que a reposição por um novo UPS parece ser a melhor opção, devem ser avaliados vários outros itens importantes que poderão afetar o processo de tomada de decisão. Esses itens também afetarão a adequação de um determinado UPS, bem como o escopo de trabalho de substituição.

Na entrada elétrica do equipamento, é essencial verificar se os disjuntores de alimentação e condutores que alimentam o UPS suportarão uma substituição de um UPS específico. Essa verificação deve ser realizada por um engenheiro profissional com especialização em estudos de sistemas de distribuição elétrica e conhecimento das exigências dos códigos aplicáveis. A verificação inclui, pelo menos: inspeção visual dos disjuntores e condutores; confirmação da manutenção dos disjuntores; e revisão dos estudos de sistemas elétricos (fluxo de carga, análise de curto-circuito, coordenação da proteção e arco voltaico), utilizando as características elétricas do equipamento de substituição como base para o estudo. A interação operacional do UPS de substituição com o(s) gerador(es) de reserva também deve ser incluída nessa análise.

Diversas características do sistema de distribuição de energia existente podem afetar significativamente a seleção do UPS de substituição. Elas incluem:

Tensões de entrada e distribuição: as tensões de entrada podem restringir o número de opções de substituição de UPS. Para minimizar o trabalho no local, se possível, o novo UPS deve corresponder ao que já foi provisionado para o equipamento legado existente.
Compatibilidade dos geradores: embora a maior parte dos UPS de última geração seja projetada e construída para ser altamente compatível com os geradores de reserva, se o equipamento de substituição tiver mais capacidade, é extremamente importante validar se o gerador existente poderá suportar esse aumento de capacidade de kW em conjunto com todas as outras cargas do geradores. Além disso, o perfil da carga de partida/sequenciamento da carga do gerador deve ser avaliado cuidadosamente para assegurar a continuidade do fornecimento de energia em toda a instalação quando for necessária a energia de geradores de reserva. Quando um UPS baseado em IGBT está substituindo um UPS baseado em SCR (6 ou 12 pulsos), o perfil da carga global do gerador é melhorado, assumindo-se que não haja outras alterações na carga.
Requisitos de sincronização, se chaves estáticas de transferência (STSs) forem implementadas: se as STSs fizerem parte do sistema de distribuição de energia condicionada, assegurar que os critérios de sincronização de UPS-STS atendam seu objetivo operacional.
Disjuntores de alimentação e condutores existentes: devem ser inspecionados (elétrica e mecanicamente) quanto à sua adequação para reutilização com um UPS de substituição e de acordo com todas as normas aplicáveis. O(s) disjuntor(es) de alimentação deve(m) ter sido mantido(s) adequadamente e estar em bom estado de funcionamento. Verificar se o disjuntor de alimentação fornece proteção elétrica adequada é uma exigência. O comprimento dos condutores e, se o ponto de entrada do cabo do UPS é por cima ou por baixo, determinarão os painéis de E/S e a adequação para reutilização. O melhor cenário é aquele onde os disjuntores e condutores existentes servem perfeitamente. No entanto, é provável que seja necessária alguma personalização do barramento de entrada e saída do UPS de substituição, o que normalmente é facilmente acomodado para esses projetos.
Espaço físico e carga do piso: o tamanho de um UPS de nova geração provavelmente será menor do que aquele de um equipamento legado com a mesma capacidade. Apesar de um UPS de substituição poder ter um tamanho menor em uma base de metros quadrados, deve haver uma verificação se todos os espaços físicos estão de acordo com os códigos elétricos e de construção aplicáveis. Normalmente, a maioria dos sistemas legados também pesará mais do que os UPS de última geração, mas o peso ainda deve ser avaliado em cada caso.

Conclusão

O que fazer com um UPS que está envelhecendo nem sempre é óbvio e atualmente há mais opções do que muitos poderiam esperar. Não há uma resposta certa, mas sim uma série de respostas certas, dependendo de vários fatores, incluindo as necessidades de capacidade, redundância e eficiência atuais e futuras; a estratégia de terceirização; e o que já foi aplicado na infraestrutura elétrica e física que suporta o UPS existente. Entender a situação atual e as necessidades futuras determinará se faz mais sentido “usar até falhar”, atualizar ou comprar um equipamento novo.