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 No-break realmente é a salvação???

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MensagemAssunto: No-break realmente é a salvação???   25/3/2012, 10:49

Muitas vezes me perguntam acerca do no-break como proteção, como suprimento de uma energia pura sem problemas e ininterrupta, para o PC, televisor ou algum outro equipamento. A resposta nunca é tão simples assim de colocar visto que o entendimento do que realmente é o no-break não é de domínio geral. Na cabeça do usuário o no-break é um dispositivo mágico que gera energia da mais pura e ininterrupta para seu PC quando nem sempre isso é verdadeiro. Desse modo redigi esse tópico tentando mostrar uma visão o mais simplificada possível dessa questão. Portanto simplificação será o nosso foco daqui por diante nessa complicada questão.

Inicialmente separemos os no-breaks em dois principais tipos ou modos de operação:

No break off-line, ou short-break: Esse tipo de no-break é o mais comum, o mais barato e na maioria das vezes aquele adotado para suportar nosso PC de casa ou do trabalho.

Numa visão muito simplificada esse short-break teria uma topologia mais ou menos como se pode ver abaixo:




Me perdoem se a visão simplificada já é "complicada".
Veja que esse short-break tem um conversor CA para CC, de baixa corrente de saída, responsável para a reposição de carga na bateria, ação essa que pode levar determinado tempo medido em horas até..
A rede elétrica comercial passa por um estabilizador e é entregue nas tomadas de saída sempre que o circuito de controle entender que essa energia comercial esteja apresentando seu valor de tensão dentro de padrões considerados normais, com elevada tolerância até, da ordem de +- 20%.
O controle nessa hora seleciona a saída de energia provinda do estabilizador e ao mesmo tempo mantém o outro conversor, esse de CC para CA, desabilitado.
Quando a rede elétrica comercial for considerada anormal, quer por tensão não adequada ou mesmo por falta dessa tensão, de um modo rápido o já citado conversor CC para CA será habilitado e sua saída será selecionada para ser levada às tomada de saída do short-break.
Esse início de geração de energia, a partir das baterias, bem como a comutação da saída toma um tempo da ordem de alguns milisegundos, insuficientes para que seus equipamentos sintam ou se desliguem. Desse modo fica provida a energia ininterrupta para os mesmos.

Vantagem: Esse tipo de no-break, os short-breaks com operação off-line, tem um custo bastante baixo o que torna viável sua adoção no mercado residencial.

Desvantagens:
- Mesmo a rede elétrica sendo considerada normal, o estabilizador interno busca compensar desvios maiores dessa tensão da rede. Ele faz isso exatamente do mesmo modo com que estabilizadores comerciais o fazem, e com todos os seus problemas inerentes, já citados ai: Razões pelas quais os estabilizadores atrapalham a fonte do PC.

- No modo bateria, o problema passa a ser a forma de onda gerada por esse short-break. Para baratear seu custo essa geração não é feita no mesmo formato senoidal da energia da rede elétrica, e sim em uma aproximação grotesca da mesma, chamada forma de onda "quasi senoidal", "pseudo senoidal", "senoidal por aproximação", todos nomes menos duros que o correto que seria forma de onda retangular. Esse tipo de forma de onda definitivamente não é adequada para algumas aplicações que envolvam transformadores, motores ou qualquer outro dispositivo que tenha comportamento indutivo. Essa forma de onda nesses dispositivos pode levar ao aquecimento excessivo e fogo não raras vezes. Para fontes de PC, televisores, etc ela é minimamente tolerável, justificando o nome do dispositivo, short-break, fazendo alusão ao uso pelo mínimo tempo que permita o desligamento de seus equipamentos até o retorno da energia comercial.. Equipamentos alimentados por esse tipo de forma de onda costumam apresentar um ruído peculiar, diferente, provindo de suas fontes. O aparecimento do ruído portanto é normal. Anormal e de exceção é alimentar seus equipamentos com essa forma de onda retangular.. A distorção harmônica presente nesse tipo de forma de onda sequer é declarada pelo fabricante pois alcança facilmente a casa dos 80%.
Visão das formas de onda senoidal e retangular:




No break on-line, de dupla conversão, com geração senoidal pura: Esse tipo de no-break é mais usado para suportar aplicações que exija tempo zero de comutação (sem interrupção mesmo), uso continuado na falta de energia, baixa distorção harmônica na tensão gerada. Geralmente adotado para suportar servidores e/ou aplicações de vital importância.

Numa visão muito simplificada esse no-break teria uma topologia mais ou menos como se pode ver abaixo:



Ele dispõe de um conversor CA para CC, de alta corrente, capaz de alimentar a geração de energia ao tempo todo bem como manter as baterias em flutuação, sempre prontas para uso.
Outro conversor CC para CA, chaveado em alta frequência, e modulado em PWM "desenha" a geração de forma de onda senoidal em 60 Hz, a qual é entregue à saída o tempo todo, esteja presente a energia comercial ou não.
Para se ter uma idéia de como o conversor PWM de alta frequência trabalha veja ai nessa figura:



Um sinal senoidal puro, 60 Hz, é comparado com um gerador de alta frequência, de onda triangular. O resultado dessa comparação é digital e tem o formato visto na parte inferior da figura. Essa forma de onda é entregue aos transistores de saída que terão a função de agregar potência ao sinal e ao mesmo tempo, com ajuda de um transformador, elevar a tensão para aquela tensão nominal da rede AC da saida. A tensão média representada por aquela forma de onda digital da parte inferior da figura é exatamente a forma de onda senoidal, 60 Hz, com distorção harmônica da ordem de 3% que vai alimentar a saída do no-break.
Esse tipo de forma de onda é o mesmo da rede elétrica comercial e desse modo o no-break pode operar sem nenhuma restrição..
O controle da tensão da energia da saída do no-break é dinamicamente regulado pela variação da largura de pulso daquele sinal de alta frequência que vai para os transistores. Desse modo se tem nas saídas desse no-break uma tensão alternada, gerada localmente e portanto sem os ruídos, interferências, surtos e problemas inerentes a rede elétrica comercial e ainda, com estabilidade de sua tensão sem ter de colocar estabilizador. A estabilidade de sua tensão é garantida na geração controlada.

São denominados de "dupla conversão" pela existência de uma conversão de CA para CC e em seguida nova conversão de CC para CA. A bateria estrategicamente colocada no centro dessa dupla conversão garante a continuidade da geração, mesmo que falte a primeira conversão..

Vantagens:
- O geração de energia desse no-break opera continuamente, esteja a rede comercial oferecendo tensão correta ou não. Se a rede elétrica, por exceção, não tiver condições de alimentar esse gerador ou conversor CC/CA PWM, a bateria faz esse suprimento de energia..

- A forma de onda gerada é senoidal pura, melhor até que aquela da rede elétrica por não conter os ruídos, transientes, surtos inerentes a essa rede elétrica comercial.

- O tempo de autonomia desse no-break só depende da quantidade de energia armazenada em suas baterias. Não raramente eles são alimentados por grandes bancos de baterias alargando essa autonomia para horas ou dias até..

Desvantagem: Seu preço é a grande desvantagem desse tipo de no-break. Facilmente podem custar mais do que seu PC.

Como diferenciar um do outro?: Como saber ou diferenciar um tipo do outro, uma vez que os fabricantes os tratam todos como no-breaks pois a expressão short-break embora adequada carrega consigo uma conotação um pouco pejorativa. Algumas dicas:
- Os verdadeiros no-breaks on-line, de dupla conversão, em suas características não apresentarão tempo de comutação pois nesse tipo de no-break esse tempo é zero;
- A quantidade de baterias: O short-break, off-line, usa tipicamente uma a duas baterias, ou seja, 12 ou 24 Volts para armazenamento da energia. Os no-breaks on-line, de dupla conversão, tipicamente usam no mínimo três baterias ou seja, de 36 Volts para cima;
- Distorções harmônicas da ordem de 5% ou menos são característica de geração senoidal com certeza, típica de no-breaks, e não dos short-breaks;
- A própria declaração do modo de operação on-line é sinal de um no-break de dupla conversão.
- O próprio preço acaba sendo um modo de diferenciar os mesmos. No-breaks comuns, off-line, com geração de forma de onda retangular tem seus preços na faixa de R$200 a R$ 1.000.. Os no-breaks on-line, de dupla conversão tem seus preços acima de R$ 1.000 geralmente.

Mitos e Lendas: Muitos mitos e lendas se criaram em cima desse tema, até mesmo por não ser de amplo domínio:
1) A melhor solução para variações de tensão é um no-break: Isso pode ser mito, inverdade, quando se tratar de um short-break (operação off-line) pois se por causa de tensão anormal da rede comercial ele passar a comutar a todo instante para a bateria, logo logo ficará sem energia na mesma, e então, nem mel nem porongo, se terá de abortar a operação por falta de energia na bateria. Isso é verdadeiro entretanto para os no-breaks on-line, de dupla conversão.

2) O no-break gera energia limpa e perfeita para seu equipamento: Isso também é mito, inverdade se seu no-break for um short-break (modo de operação off-line). Como já vimos o short-break na presença da energia comercial nada mais é do que um estabilizador, e vai deixar passar ruído, surtos e demais anomalias da rede elétrica, se não forem tratadas com uma boa filtragem e proteção. A geração de energia a partir das baterias só acontece quando a rede elétrica estiver fora das especificações. Ai essa geração é naquele formato de onda retangular, nem um pouco adequado.

3) Os no-breaks de dupla conversão exigem muito das baterias pois elas operam o tempo todo: Mito. Quem opera o tempo todo, fornecendo energia para o conversor CC/AC PWM (segunda conversão) é o conversor AC/DC (primeira conversão). As baterias são mantidas em flutuação e prontas para fornecer energia quando solicitadas. É igual a bateria de seu carro quando você liga o farol a noite.. Quem oferece energia para o farol é o alternador, a bateria só passa a ter de entragar energia se faltar o alternador (desligar o motor por exemplo). No mais a bateria está em flutuação (estado em que a bateria só admite a corrente de fuga da mesma, ou seja, está carregada e em equilíbrio).

4) Numa queda de energia seu equipamento poderá ficar danificado sem um no-break: É uma afirmativa forte e não necessariamente verdadeira. Arquivos do sistema operacional podem sim ficar corrompidos numa queda de energia. Discos rígidos de há muito tempo tem proteção contra defeitos em seu hardware nos casos de desalimentação brusca e não aterram mais cabeças na mídia como faziam há 30 anos atrás.. A desalimetação causa problemas no hardware na imensa maioria das vezes não pela ausência da energia e sim pelos surtos de tensão gerados nesse momento do desligamento não previsto, ao longo da rede, ao mesmo tempo. Vocês devem conhecer o princípio da geração de surto de tensão no desligamento de uma carga indutiva. Uma pilha de 1,5 Volts, quando de seu desligamento de um indutor, gera uma tensão suficientemente alta para dar um pequeno choque (brincadeira do livro que dá choque). É o surto de tensão provocado pelo desligamento de uma carga indutiva. Imagine a rede elétrica, ao perder a energia, milhares de cargas indutivas por ela alimentadas poderão gerar surtos potencialmente danosos. Isso dai se resolve com proteções contra surtos, varistores, dispersores a gás, elementos que se encontram dentro de bons filtros de linha/proteções contra surtos. Não é necessário se colocar no-break para proteger contra esses surtos. A velocidade com que um surto desse acontece é muito maior do que o tempo de comutação de um short-break por exemplo.
Já os no-breaks de dupla conversão são bastante úteis na tarefa de não repassar esses surtos a carga.
De qualquer modo, seja seu futuro no-break on-line ou off-line, saiba e esteja preparado para troca das baterias do mesmo, que são insumos, a cada dois ou três anos. Geralmente não se pensa nisso na hora de comprar o no-break...

As principais "markatruas" (mistura de marketing com falcatrua) desse tema: Aproveitando-se do baixo domínio da questão, de parte do público em geral, alguns fabricantes com suas equipes de marketing às vezes passam dos limites no mascaramento de seus produtos. Ai vão algumas pérolas:
1) Regulação on-line: Propositalmente colocar que seu no-break (na verdade short-break) tem "regulação on-line", justo para fazer constar a expressão "on-line" nas características do seu equipamento, confundindo o futuro comprador. Ora, regulação on-line nesse caso significa que seu estabilizador corrige ou escolhe a melhor tensão de uma série de taps, sem ter de desligar seu equipamento, o faz on-line portanto.. Como se fosse minimamente admissível ter de desligar seu equipamento para fazer isso;

2) Nomes pomposos para a forma de onda retangular: Chamar a forma de onda retangular de quase senoidal, de senoidal por aproximação ou de pseudo senoidal é certamente uma licença poética, justamente para fazer aparecer a palavra senoidal, junto as características do short-break;

3) Declaração da potência em VA somente: Embora não esteja necessariamente errado, declarar a potência do no-break em VA somente e não fazer constar o fator de potência do mesmo, muitas vezes leva a compra de um equipamento subdimensionado. Declarar o FP somente no manual do no-break, o qual se tem acesso somente após comprar o mesmo, é praticamente o mesmo que esconder esse dado. Alguns no-breaks tem FP de 0,5 e desse modo sua potência em Watts será somente a metade da potência declarada em VA's;

Final: Existem algumas outras combinações de no-break com short-breaks, menos importantes que não foram o foco desse apanhado já largo.. A inteção desse tópico é passar ao leitor a idéia de que não é errado se ter um no-break, seja ele short-break, para sustentar poucos minutos de seu PC em locais aonde é muito frequente a falta de energia, ou um no-break de dupla conversão, on line portanto, quando se necessita de qualidade, larga autonomia e confiabilidade no fornecimento de energia de modo ininterrupto.
A adoção de um short-break, off line, funciona como remédio de tarja preta. Sabe-se que tem efeitos colaterais mas é um modo de resolver o problema da interrupção de energia.
Desse modo por favor.... Muita cautela em afirmar, como se vê muito por ai afora, que esse tipo de no-break, o short-break, é o que há de bom para solução de todos os seus problemas energéticos e deveria ser adotado indiscriminadamente.

Luiz André Faller, Porto Alegre, 13 de março de 2011

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