Cómo calcular la capacidad adecuada de una UPS (SAI) ¡¡¡ PREMIUM !!!

Aprende a calcular la capacidad adecuada de una UPS, considerando potencia, autonomía, factor de potencia y normativas.

Descubre los tipos de UPS, ejemplos prácticos de dimensionamiento y recomendaciones según NEC, IEEE, IEC y RETIE para instalaciones seguras.

¿Qué es una UPS (SAI) y por qué es importante dimensionarla correctamente?

Una UPS (Sistema de Alimentación Ininterrumpida, SAI) es un equipo electrónico que proporciona energía eléctrica de respaldo a tus dispositivos en caso de fallos de la red eléctrica.

Su función principal es evitar apagados repentinos y proteger contra problemas de suministro como cortes de luz, caídas de tensión, picos de voltaje y ruido eléctrico.

Cuando se interrumpe la energía de la red, la UPS instantáneamente (o en unos pocos milisegundos) suministra energía desde sus baterías, manteniendo en funcionamiento los equipos conectados el tiempo suficiente para continuar operando sin interrupciones o para apagarlos de forma segura.

Además, muchas UPS integran filtros y reguladores de voltaje (AVR) que estabilizan la tensión de salida, protegiendo los equipos sensibles de sobretensiones y ruido en la línea.

Dimensionar correctamente una UPS es importante porque un SAI subdimensionado podría sobrecargarse y fallar justamente cuando más lo necesitas, mientras que un SAI sobredimensionado puede implicar un costo innecesariamente alto.

El objetivo es calcular la capacidad en VA/Watts adecuada para cubrir la carga de tus dispositivos con un margen de seguridad, y elegir un modelo de UPS cuyo diseño (topología) y baterías se ajusten a tus requerimientos de respaldo.

A continuación, veremos los principales tipos de UPS y sus características, ya que la selección del tipo de SAI para hogar u oficina dependerá del nivel de protección requerido y del entorno de uso.

Tipos de UPS (SAI) y sus funciones principales

Existen tres topologías básicas de UPS: Off-Line (standby), Línea Interactiva (line-interactive) y On-Line (doble conversión).

Cada tipo ofrece un nivel distinto de protección y tiene aplicaciones recomendadas. A continuación describimos cada uno:

SAI Off-Line

Diagrama de funcionamiento de un SAI Off-Line.

El SAI Off-Line (también llamado standby o de reserva) entrega la energía de la red comercial directamente a la carga durante el funcionamiento normal, sin pasar por electrónica de potencia mientras la tensión está dentro de parámetros.

Solo cuando ocurre un corte de luz o la tensión cae fuera de rango, este UPS conmuta a modo batería: un inversor DC/AC interno empieza a alimentar los equipos desde la batería (ver esquema, donde la ruta verde es la alimentación normal y la ruta roja la de batería).

Los UPS off-line no suelen tener regulador de voltaje activo, por lo que no corrigen pequeñas variaciones de tensión; protegen únicamente contra apagones breves y picos extremos, con un pequeño tiempo de transferencia (2–10 ms) mientras cambian a batería​

Son generalmente los más económicos y de menor complejidad.

Aplicación típica: hogares o oficinas con suministro eléctrico muy estable y equipos poco sensibles, por ejemplo una PC básica, televisor, router o periféricos sencillos​

No se recomiendan en sitios con fluctuaciones frecuentes, ya que un SAI off-line no regula la tensión de salida.

SAI Interactivo de Línea

Diagrama de funcionamiento de un SAI Línea Interactiva.

El SAI Interactivo de Línea ofrece un nivel intermedio de protección. En condiciones normales, la carga se alimenta también directamente de la red, pero a diferencia del off-line, el interactivo incorpora un regulador automático de voltaje (AVR, a menudo mediante un autotransformador con derivaciones) que corrige subidas o bajadas moderadas de tensión sin usar la batería.

El inversor permanece conectado en línea y funcionando en modo inverso para cargar la batería constantemente (por eso se llama “interactive”)​

Ante un corte de energía, la conmutación a batería es igualmente rápida (2–4 ms típicamente, imperceptible para la mayoría de electrónicos)​

Muchos UPS interactivos entregan una onda de salida pseudo-sinusoidal (aproximada) cuando funcionan con batería, aunque existen modelos de gama más alta con salida senoidal pura recomendados si las cargas incluyen fuentes con PFC activo o motores.

Aplicación típica: la mayoría de SAI para hogar y oficina son de tipo interactivo, apropiados para proteger PC de gama media, estaciones de trabajo, equipos de networking (NAS, routers, cámaras) e incluso pequeños servidores​

Ofrecen buena protección contra cortes breves y moderada regulación de voltaje a un costo razonable, con poco ruido audible.

SAI On-Line

Diagrama de funcionamiento de un SAI On-Line (doble conversión).

El SAI On-Line proporciona la protección eléctrica más completa al emplear una topología de doble conversión.

En este diseño, la corriente de entrada AC se rectifica continuamente a DC para cargar las baterías y alimentar un inversor que vuelve a generar una AC limpia hacia la carga.

Así, la carga siempre se alimenta a través del inversor y está aislada de las perturbaciones de la red.

Si la energía de entrada falla, no hay tiempo de transferencia alguno, pues el inversor ya estaba alimentando la salida; simplemente las baterías continúan suministrando energía sin cambios​.

Esto garantiza una alimentación constante y de alta calidad (onda senoidal pura). Los UPS on-line eliminan prácticamente todos los problemas de la red (sobretensiones, subtensiones, variaciones de frecuencia, ruido EMI/RFI) a costa de una eficiencia algo menor y mayor disipación de calor.

Aplicación típica: entornos críticos que no toleran interrupciones ni variaciones, como servidores empresariales, centros de datos, equipamiento médico, sistemas industriales o de telecomunicaciones de misión crítica​

Dado su costo más elevado, en pequeñas oficinas u hogares solo se justifican para proteger equipos muy sensibles o en ubicaciones con red eléctrica de mala calidad.

Cabe señalar que según la norma IEC 62040-3 los UPS se clasifican justamente por su desempeño frente a variaciones de voltaje/frecuencia:

• Off-Line se categoriza como VFD (Voltage and Frequency Dependent)
• Line-Interactive como VI (Voltage Independent)
• On-Line como VFI (Voltage and Frequency Independent)

Indicando el grado de independencia de la salida respecto a las fluctuaciones de entrada.

Resumen de selección según el entorno: un SAI Off-Line puede servir para una estación doméstica básica en zonas de tensión estable, un SAI Interactivo cubre la mayoría de necesidades de SAI para hogar y oficina con buena relación costo-beneficio, y un SAI On-Line se reserva para equipos cuya continuidad y calidad de energía son críticas (por ejemplo, un servidor central en la oficina). Más adelante profundizaremos en cómo elegir el tipo de UPS según las necesidades específicas, después de calcular la capacidad requerida.

Cálculo de la carga total en Watts y potencia requerida en VA

Para dimensionar una UPS correctamente primero debemos calcular la carga total que alimentaríamos con el SAI, sumando la potencia de todos los equipos que se conectarán.

Esta potencia normalmente se expresa en Watts (W), que representan la potencia activa consumida por los dispositivos.

La mayoría de aparatos indican su consumo máximo en una etiqueta o en el manual. Si los valores vienen en amperios y voltaje, podemos obtener los watts multiplicando:

Watts = Voltios × Amperios

(asumiendo corriente alterna monofásica, W = V × I × PF realmente, pero de momento suponemos factor de potencia 1 para convertir A a W, y luego consideraremos el factor de potencia por separado).

Pasos para calcular la carga (W) total

Tabla – Consumo eléctrico típico de dispositivos comunes

Nota: Son valores aproximados. El consumo real varía según modelo y eficiencia. Los PCs de escritorio modernos con fuentes 80 Plus suelen tener factor de potencia alto (>0,9) en plena carga, lo que ayuda a optimizar el uso de la UPS.

En cambio, dispositivos con fuentes lineales o PFC pasivo pueden mostrar factores de potencia más bajos, aumentando los VA requeridos.

Conversión a VA y consideración del factor de potencia

Hemos obtenido la potencia total en Watts, pero las UPS se clasifican típicamente en VA (volt-amperios), que representan la potencia aparente.

La diferencia surge por el factor de potencia (PF) de la carga: este es la relación entre la potencia activa (W) y la aparente (VA).

En corriente alterna, muchas cargas (especialmente fuentes con componentes inductivos o capacitivos) no utilizan toda la corriente de forma activa sino que parte de ella va y viene en forma de energía reactiva.

Esto hace que los VA consumidos sean mayores que los W efectivos aprovechados​

Un factor de potencia de 1,0 (o 100%) indica que W y VA son iguales (carga puramente resistiva o perfectamente compensada), mientras que un PF de 0,6 por ejemplo indica que por cada 600 W de potencia real la carga demanda 1000 VA de la UPS.

Pasos para dimensionar la UPS en VA

Dimensionamiento de la batería y cálculo de la autonomía (tiempo de respaldo)

Otro aspecto fundamental es determinar cuánto tiempo debe la UPS sustentar la carga cuando falle la red.

A este periodo se le llama autonomía o tiempo de respaldo. Depende de la capacidad de la batería (o baterías) del UPS y del consumo de la carga.

Las preguntas claves son:

• ¿Cuántos minutos u horas necesito que mis equipos sigan encendidos?
• ¿Es solo para apagar el PC ordenadamente (quizá 5–10 minutos) o para mantener operativa toda una oficina durante un corte prolongado (30+ minutos)?

La autonomía requerida influirá en la selección de la UPS o en la cantidad de baterías adicionales.

Cálculo básico de autonomía:

Las baterías se caracterizan por su capacidad en amperios-hora (Ah) a cierto voltaje.

Por ejemplo, una UPS pequeña puede tener una batería de 12 V y 9 Ah. Primero calculamos la energía almacenada en la batería en Wh (watt-hora):

Esa sería la energía teórica que puede entregar. En la práctica, no se usa el 100% (por temas de profundidad de descarga y eficiencia del inversor).

Supongamos un rendimiento global del 90% para el sistema (hay pérdidas en la conversión DC/AC, calor en cables, etc.):

Si nuestra carga consume, digamos, 50 W, podríamos alimentarla aproximadamente:

Para expresar en minutos directamente, a veces se utiliza:

t (min) ≈ (Capacidad de la batería (Wh) × 60 × η) / Potencia de carga (W)

Donde:

• t: tiempo de autonomía en minutos
• Capacidad de la batería (Wh): energía total disponible en la batería
• η: eficiencia del sistema (valor entre 0.85 y 0.95)
• Potencia de carga (W): consumo en vatios del equipo que se va a respaldar

Ejemplo práctico:

Resultado:

La autonomía aproximada de la UPS es de 116 minutos.

En la mayoría de casos domésticos/oficina, sin embargo, la batería interna de la UPS brinda entre 5 y 15 minutos de respaldo a plena carga y algo más a cargas parciales.

Por ejemplo, un SAI de 1000 VA…

Cada fabricante suele proporcionar tablas o curvas de autonomía para sus modelos, según la carga conectada.

Criterios para selección de baterías y tiempo de respaldo:

• Definir la autonomía necesaria: Si solo buscas prevenir pérdidas de datos y permitir un apagado ordenado, con 5-10 minutos suele bastar (lo que ofrecen la mayoría de UPS estándar con sus baterías internas). En cambio, para mantener equipos funcionando durante apagones largos (por ejemplo 1 hora), necesitarás mayor capacidad de batería. UPS de mayor tamaño permiten agregar bancos de baterías externas para lograr autonomías de varias horas, pero a un costo considerable y con consideraciones de espacio y ventilación.
• Tipo de batería:

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• Capacidad necesaria: Usando la fórmula de arriba, puedes estimar la capacidad total requerida. Por ejemplo, si requieres 30 minutos (0,5 h) para una carga de 400 W: necesitas 400 W × 0,5 h = 200 Wh útiles. Si consideramos 90% de eficiencia, eso es ~222 Wh a almacenar. Dividiendo por, digamos, 12 V por batería, serían ~18,5 Ah a 12 V. Una típica batería de 12 V 9 Ah entrega ~108 Wh, por lo que harían falta dos de esas en serie (para 24 V, 9 Ah, sumando 216 Wh) o una batería más grande. Esto orienta si la UPS estándar bastará o se requieren módulos adicionales. IEEE 446 aconseja dimensionar las baterías con un margen para contemplar temperaturas distintas a las de prueba y envejecimiento (por ejemplo, a los 3 años la batería no retiene lo mismo que nueva).
• Recarga y ciclo de uso:

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• Cumplimiento normativo: Asegúrate de que las baterías y componentes cumplan estándares de seguridad (IEC 62133 para baterías, por ejemplo) y las instalaciones sigan las reglas. El RETIE en Colombia exige que los bancos de baterías estacionarias tengan adecuadas ventilación, sistemas de desconexión y protección contra cortocircuitos, además de señalización. Aunque en un entorno doméstico esto se aplica más a grandes instalaciones, es importante no sobrecargar regletas con la UPS, utilizar los fusibles/disyuntores adecuados y ubicar la UPS en un lugar ventilado y seco.

Ejemplo de cálculo: UPS para una instalación de hogar (PC, monitor, router, impresora)

Para concretar todo lo anterior, realicemos un ejemplo práctico de dimensionamiento de un SAI para hogar. Supongamos una configuración típica en una casa o home office sencilla:

• 1 PC de escritorio (fuente 500 W 80 Plus, consumo estimado ~300 W en uso normal).
• 1 Monitor LED 24″ (~40 W).
• 1 Router WiFi doméstico (~10 W).
• 1 Impresora multifuncional de inyección (consumo ~30 W al imprimir, prácticamente 0 W en espera, pero consideraremos 30 W).

Ejemplo de cálculo: UPS para una oficina pequeña (varios PCs y equipo de red)

Ahora veamos un ejemplo en entorno de oficina donde la carga es mayor y tenemos quizás otros aparatos:

Imaginemos una pequeña oficina con dos estaciones de trabajo y algunos equipos de red y periféricos:

• 2 PCs de escritorio de oficina (cada uno ~250 W en uso).
• 2 Monitores LED de 22″ (~30 W cada uno, total 60 W).
• 1 Switch de red de 16 puertos + 1 router profesional (conjunto ~30 W).
• 1 Impresora láser compacta (consumo 300 W al imprimir, casi 0 W en reposo, pero con picos breves de hasta 500 W cuando calienta).

Verificación normativa y buenas prácticas: Al instalar un UPS de 2 kVA en la oficina, se debe asegurar que la toma de corriente dedicada soporte la corriente de entrada (por ejemplo, 2000 VA a 120 V son ~16.7 A, se requeriría un circuito de 20 A con cable calibre adecuado, en cumplimiento del NEC).

El UPS on-line seleccionado debe cumplir estándares IEC/UL, y es importante configurar correctamente el bypass y protección de sobrecarga. Según RETIE, equipos por encima de cierto umbral deben tener sus certificaciones de producto al día; afortunadamente, la mayoría de UPS industriales lo cumplen.

Además, planificar mantenimientos: las baterías de este UPS deben revisarse periódicamente, y un protocolo de pruebas (muchas empresas hacen simulacros de corte para verificar que tanto UPS como procedimientos funcionan). Todo esto asegura que el SAI para oficina dimensionado no solo aguante la carga sino que opere de manera segura y conforme a las normas eléctricas.

¿Qué tipo de UPS debo elegir según el entorno?

En los ejemplos ya perfilamos la decisión, pero sintetizamos aquí los criterios de selección del tipo de UPS (SAI) según el entorno de aplicación:

• Entorno Hogar/SOHO con cargas básicas: Si la instalación es en el hogar o una oficina muy pequeña con pocos equipos y la red eléctrica es relativamente estable, un SAI Off-Line puede ser suficiente para proteger contra apagones. Sin embargo, hoy en día por una pequeña diferencia de costo, suele preferirse un SAI Interactivo para incluso entornos domésticos, ya que brinda mayor regulación. Para un PC de escritorio estándar, consolas de videojuegos, TV, o router, un SAI interactivo de onda pseudo-senoidal puede valer. Si se conecta algún equipo con fuente con PFC activo (por ejemplo, PC gaming, estación de trabajo gráfica) es recomendable que el SAI interactivo sea de onda senoidal pura para evitar zumbidos o incompatibilidades.
• Entorno Oficina Pequeña/Mediana: Aquí normalmente se opta por UPS Línea Interactiva de mayor capacidad, porque suele haber varios computadores, equipos de red, etc. Los interactivos cubren la mayoría de problemas con buena eficiencia. Si la oficina está en un edificio donde ocurren variaciones de tensión (por ejemplo, bajones durante horas pico), el AVR del UPS interactivo será valioso. En oficinas, además, el UPS debería ser senoidal para asegurar compatibilidad con aparatos como sistemas telefónicos, equipos de comunicación o ciertas fuentes sensibles. En caso de contar con algún servidor o almacenamiento importante, se puede considerar un UPS interactivo robusto o ya pasar a un UPS On-Line para ese equipo específico.
• Entorno Crítico o de alta disponibilidad: Para centros de datos, servidores importantes, entornos industriales o médicos, la elección debe ser UPS On-Line doble conversión, posiblemente con redundancia (configuraciones en paralelo N+1) y bypass de mantenimiento externo. Aunque es poco común usar UPS on-line en todo un hogar, podría darse en casas con sistemas domóticos avanzados o home studios donde la calidad de energía sea vital (por ejemplo, para equipos de audio hi-end sin ruido). En oficinas, un UPS on-line se justifica para proteger racks de servidores o equipamiento de laboratorio. Esta tecnología garantiza cero interrupciones y máxima filtrado, cumpliendo con las exigencias de la IEC 62040-3 clase VFI.
• Portabilidad y otros tipos: Cabe mencionar que existen UPS offline/interactivas tipo inverter (usadas en zonas rurales, alimentadas por baterías externas grandes) que proveen respaldo por horas, así como sistemas UPS híbridos con energía solar. Para la mayoría de usuarios residenciales y de oficina, no obstante, las tres categorías mencionadas cubren las opciones. Siempre se debe equilibrar el costo vs. nivel de protección: un SAI on-line es el más seguro pero también el más costoso y con mayor consumo en vacío (perdidas), por lo que usarlo para proteger solo una PC de casa podría ser exagerado; en cambio, escatimar con un off-line barato en una oficina con equipamiento costoso tampoco es buena idea.

En cualquier caso, al elegir la UPS verifica: capacidad (VA/W) suficiente, tipo de onda (preferible senoidal), número de tomas de respaldo necesarias, tiempo de transferencia (si interactiva, <= 4 ms es deseable para no reiniciar nada), autonomía ofrecida (muchos fabricantes indican a plena carga y a media carga), y funciones extras (por ejemplo, software de monitoreo y apagado por USB, protección telefónica/LAN, pantalla LCD de estado, etc.). Estos detalles harán la diferencia en la experiencia de uso.

Conclusiones y recomendaciones prácticas

Dimensionar una UPS para hogar u oficina requiere un balance entre análisis técnico y consideraciones prácticas. Recapitulando los puntos clave:

• Identifica tu carga y prioriza qué equipos deben realmente estar respaldados. Calcula la potencia total en watts sumando todos los dispositivos críticos. Incluye cierto margen por posibles picos (ej. encendido de fuentes, impresión láser, etc.).
• Convierte a VA y elige capacidad adecuada: aplica el factor de potencia promedio para obtener los VA, y selecciona un SAI cuyo volt-amperaje nominal y potencia en watts excedan ese requerimiento, preferiblemente dejando ~20-30% de capacidad libre. Esto no solo sigue buenas prácticas de ingeniería, sino que permite futuras expansiones moderadas sin cambiar el UPS.
• Selecciona el tipo de UPS según la criticidad: para la mayoría de escenarios de SAI para hogar o pequeña oficina, un modelo Interactivo será suficiente, brindando respaldo confiable y regulación de voltaje. En entornos con mayores exigencias de calidad de suministro o equipos muy delicados, considera UPS On-Line, especialmente a partir de cierta potencia (muchos fabricantes ofrecen interactivos hasta ~1500–3000 VA; por encima, casi todos son on-line). No olvides verificar la compatibilidad de onda con tus dispositivos: UPS senoidal pura son recomendables para evitar problemas con fuentes conmutadas modernas y motores.
• Calcula la autonomía deseada y asegúrate de que la solución la alcance. Si necesitas más tiempo del que da la UPS estándar, evalúa modelos con baterías expandidas o la adición de bancos externos. Sin embargo, recuerda que a mayor autonomía, también aumentan los tiempos de recarga y el mantenimiento. Para cortes prolongados, considerar un generador más un UPS puede ser óptimo.
• Considera las normas y seguridad: instala la UPS siguiendo las instrucciones del fabricante y cumpliendo los códigos eléctricos locales (por ejemplo, no sobrecargar enchufes, usar cable a tierra, ubicar el equipo lejos de fuentes de calor o humedad). En entornos profesionales, cumplir con estándares como IEC 62040 asegura que el UPS ha pasado pruebas rigurosas de desempeño; seguir recomendaciones IEEE 446 y NEC garantiza que tu dimensionamiento y cableado sean seguros y eficaces. En Colombia, el RETIE exige que tanto la UPS como su instalación garanticen seguridad para las personas (por ejemplo, prevenir contactos con partes energizadas, incluir protección contra sobrecorriente y cortocircuito, y sistemas de puesta a tierra bien hechos).
• Mantenimiento periódico: Una vez instalada, prueba tu UPS bajo carga simulando un corte (muchos UPS tienen botón de test). Verifica que la autonomía es la esperada. Realiza estas pruebas al menos cada pocos meses. Cambia las baterías cuando alcancen su vida útil (usualmente 3-5 años para plomo-ácido), no esperes a que fallen en un momento crítico. Un UPS bien dimensionado y mantenido es una inversión que protege mucho más que el costo que representa.

En conclusión, dimensionar correctamente una UPS implica calcular con precisión la potencia de nuestros equipos, entender la diferencia entre watts y VA por el factor de potencia, y aplicar un criterio de ingeniería responsable con apoyo en normativas internacionales. Con las fórmulas y ejemplos presentados, cualquier técnico o entusiasta podrá estimar la capacidad de SAI necesaria ya sea para una computadora en casa o para varias en la oficina, eligiendo el modelo adecuado (off-line, interactivo u on-line) que garantice continuidad y seguridad. Siguiendo estas pautas, evitarás tanto quedarte corto de protección como incurrir en gastos innecesarios, logrando una solución equilibrada. ¡Con una UPS bien calculada, tus equipos estarán seguros y funcionando aun cuando la red eléctrica te falle, proporcionándote tranquilidad y continuidad operacional!

Fuentes: Normas IEC 62040 (estándares de UPS), IEEE Std 446 (prácticas recomendadas en sistemas de respaldo), Código Eléctrico Nacional NFPA 70 (NEC, requisitos de instalación eléctrica), Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas – RETIE, y documentación técnica de fabricantes de UPS.