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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMADE MXICO
FACULTAD DE INGENIERA
INSTALACIN ELCTRICA PARA UN DATA CENTER
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:
INGENIERO ELCTRICO ELECTRNICO
PRESENTAN:GARCA TORRES MARCO ANTONIO
LPEZ LPEZ LUIS
SNCHEZ RAMREZ SELESTINO
DIRECTOR DE TESIS:
ING. GUILLERMO LPEZ MONROY
MXICO, CIUDAD UNIVERSITARIA. 2015.
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NDICE
Introduccin.
Captulo 1. Antecedentes.
Captulo 2. Centro de datos y equipos.
2.1. Concepto de centro de datos.
2.1.1. Importancia en las empresas.
2.1.2. Tipos de centros de datos por servicio provisto.
2.2. Clasificacin de los centros de datos por confiabilidad.
2.2.1. Clasificacin Tier de los data center.2.2.1.1. Tier I. Centro de datos bsico.
2.2.1.2. Tier II. Centro de datos redundante.
2.2.1.3. Tier III. Centro de datos concurrentemente mantenible.
2.2.1.4. Tier IV. Centro de datos con tolerante a fallas.
2.2.2. Clasificacin Icrea de los data center.
2.2.2.1. Icrea nivel 1.
2.2.2.2. Icrea nivel 2.
2.2.2.3. Icrea nivel 3.
2.2.2.4. Icrea nivel 4.
2.2.2.5. Icrea nivel 5.
2.3. Funcionamiento de los centro de datos.
2.4. Concepto de comunicaciones.
2.4.1. Medios almbricos.
2.4.1.1. Par trenzado.
2.4.1.2. Cable coaxial.
2.4.2. Fibra ptica.
Captulo 3. Implementacin del centro de datos.
3.1. Diseo arquitectnico.
3.2. Diseo civil.
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3.3. Diseo mecnico.
3.4. Requerimientos previos al diseo elctrico.
3.4.1. Seleccin del generador.
3.4.2. Alumbrado de emergencia.
3.4.3. Respaldo con sistema UPS (uniterrumptible power supply).
3.4.4. Uso de unidades DPU.
3.4.5. Puesta a tierra.
Captulo 4. Equipamiento elctrico.
4.1. Transformador4.2. Planta de emergencia.
4.3. Tablero de transferencia.
4.4. Tableros elctricos.
4.5. UPS (uniterrumptible power supply).
4.6. Banco d bateras.
4.5. PDU.
Captulo 5. Climatizacin de centros de datos.
5.1. Equipamiento de aire acondicionado.
Captulo 6. Implementacin elctrica y de aire acondicionado del data center.
6.1. Necesidades de implementacin de un data center.
6.2. Filosofa de operacin.
6.3. Dimensionamiento de equipo elctrico.
6.3.1. Transformador principal.
6.3.2. Planta de emergencia.
6.3.3. Tanque de combustible.6.3.4. Tablero general.
6.3.5. UPS.
6.4. Aire acondicionado.
6.4.1. Carga trmica generada por los equipos.
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6.4.2. Carga trmica generada por equipo ups.
Captulo 7. Diseo de las instalaciones elctricas.
7.1. Instalacin elctrica para la sala de ups en un data center.
7.1.1. Clculo del alimentador elctrico para equipos de comunicacin en el
site.
7.1.2. Clculo del alimentador elctrico para un sistema de alimentacin
ininterrumpida (UPS) en el site.
7.2. Instalacin elctrica para el equipo de aire acondicionado en un data center.
7.2.1. Clculo del alimentador elctrico para equipos de aire acondicionadoen el site.
7.3. Instalacin elctrica para la sala de fuerza en un data center.
7.3.1. Clculo del alimentador elctrico para el centro de control de motores
generales en un data center.
7.3.2. Clculo del alimentador elctrico para el sistema de alumbrado en un
data center.
7.3.3. Clculo del alimentador elctrico para el sistema de contactos en un
data center.
7.3.4. Clculo del alimentador elctrico para el tablero general en un data
center.
Captulo 8. Diseo de sistema de puesta a tierra.
8.1 Sistema de tierra aislado.
8.2 Sala de fuerza
8.3 Sistema de proteccin contra descargas atmosfricas
Glosario.Conclusiones.
Bibliografa.
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INTRODUCCIN.
El intercambio de informacin, la comunicacin, siempre ha sido una de las
principales necesidades de la humanidad, desde los tiempos remotos que se tiene
conocimiento hasta nuestros das. Hoy en da, aun cuando la tecnologa avanza a
pasos agigantados y la comunicacin entre las personas ha experimentado grandes
cambios, el intercambio de informacin no ha mermado su importancia si no que al
contrario ha cobrado tal relevancia que muchas personas, empresas,
corporaciones, etc. han invertido muchos de sus recursos en la infraestructura,
destinada al procesamiento de la informacin. Y con toda la informacin que da a
da inundan la sociedad se muestra la necesidad de un control y administracin
eficientes de la misma; las estaciones de trabajo han encontrado una solucin a
esta fuerte demanda, a la que han llamado Centro de Procesamiento de datos o
simplemente Centro de Datos.
Qu fsicamente es una gran sala o edificio, cuya finalidad es el resguardo de
equipamiento electrnico destinado a procesar toda la informacin por objeto, como
lo pueden ser: servidores, sistemas de almacenamiento de datos, equipos para
comunicaciones, gabinetes para soportar los equipos, conmutadores, firewalls,
routers, El tamao, y nmero de centros de datos, as como el equipo depender
de la entidad, ya que cada elemento cumple funciones especficas delimitadas por
la propia entidad. Entindase por entidad aquella organizacin, empresa o
corporativo; donde sin importar cul sea su mbito de trabajo, necesitan de un lugar
donde llevar a cabo el procesamiento y administracin de su informacin, seapblica o privada. Las caractersticas de cada uno de sus centros de datos sern
marcadas por las necesidades de cada lugar en especfico.
El centro de datos es una parte fundamental de la entidad de trabajo, llegando a ser
tan imprescindible su funcionamiento que existen grandes corporaciones de trabajo
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que simplemente paran sus actividades cuando tienen fallas en sus centros de
datos; reflejado esto, como prdidas econmicas, donde la magnitud vara de
acuerdo a las actividades realizadas.
As mismo caractersticas como accesos, vigilancia, monitoreo, sistemas contra
incendio, proteccin de agentes contaminantes, puertas de proteccin, sistemas de
copias de seguridad, sealizaciones, dependern de las actividades de la entidad
de trabajo.
Los factores ms importantes que caracteriza a un centro de datos, es garantizar el
servicio, la continuidad del mismo, la disponibilidad con sus clientes, empleados,
proveedores, en general cualquier persona que dependa de la operacin del centro.
Uno de los factores, ya mencionados y del cual es el centro de estudio del presente
trabajo es la continuidad del servicio. Actualmente las reglas y normas que
gobierna las caractersticas para valorar el nivel de disponibilidad del centro de
datos se encuentran reunidas en el estndar TIA-942. Que es la normatividad
vigente e incluye los 4 tipos de distintos grados de disponibilidad del servicio e
infraestructura de un centro de datos. Este concepto sirve para ratificar el grado de
redundancia que existe en los sistemas de operacin.
Hablar de continuidad del servicio, implica tomar en cuenta muchos factores, los
cuales por su relevancia y objetivo del presente trabajo, los hemos separado para
tratarlos de manera objetiva, aunque todos ellos en conjunto forman parte del centro
de datos.
Existen elementos que nos ayudan, no ha estar exentos de cualquier fallo o corte
de energa, pero si a elevar de manera muy considerable la confiabilidad del
sistema. Los elementos que componen un centro de datos es: el sistema de
refrigeracin, sistemas de energa ininterrumpible, tableros elctricos,
canalizaciones elctricas, PDUs, sistemas de generacin de energa elctrica,
sistemas de alumbrado. Todos ellos tienen algo en comn, cuyo objeto de estudio
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se muestra en el presente escrito, la energa elctrica como suministro de cada
uno de los equipos para su operacin.
Si bien antes no se haban considerado como ejes fundamentales, ahora merecen
ser de las principales atenciones para la construccin y el funcionamiento de los
centros de datos. Ya que por cada unidad de Watt utilizado de manera eficiente se
reflejar en el mejor funcionamiento y operacin de equipo consumible de energa
elctrica; de la misma manera, cada da mejoran los elemento en cuanto a su
eficiencia, todo esto se ver reflejado en un concepto, que hoy en da es merecedor
de gran atencin para las organizaciones y de cualquier individuo en pro del cuidado
del medio ambiente, hablamos del ahorro y eficiencia energtica.
El suministro de energa elctrica es la vena que recorre cada parte de cada
elemento, su correcta manipulacin y uso, nos entrega resultados satisfactorios en
nuestro objetivo, mantener vivo el centro de datos. Como veremos ms adelante, la
correcta instalacin de cada elemento y el adecuado seguimiento de las
normatividades, como lo es el estndar TIA.942 para el diseo del centro de datos,
y la NOM-001-2012 en materia de instalaciones elctricas, nos darn la pauta para
el correcto diseo y funcionamiento del centro de datos.
Su principal objetivo de las normas y estndares, es salvaguardar la integridad fsica
del personal que labora en la entidad y de evitar en lo mayor posible, riesgos que
causen dao al equipo elctrico, generando as condiciones seguras de trabajo.
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CAPITULO 1. ANTECEDENTES.
Los centros de datos tienen sus races en las grandes salas de ordenadores de los
primeros tiempos de la industria de la computacin. Los sistemas informticos
tempranos eran complejos de operar y mantener, y requeran un ambiente especial
en el que pudieran operar. Para la operacin completa de un centro de datos la
cantidad de cableados era muy elevado por lo que se fueron concibiendo gran
cantidad de soluciones, como bastidores estndar para montar el equipo, suelos
elevados y bandejas de cables (que vienen de arriba o debajo del piso elevado).
Asimismo, una nica unidad central requiere una gran cantidad de energa, con la
necesidad de control de temperatura y humedad para la correcta operacin de los
equipos. La seguridad era importante las computadoras eran caras, y se utilizaba a
menudo para fines militares. Por lo tanto, se disearon pautas de diseo bsicos
para controlar el acceso a la sala de ordenadores.
Durante el auge de la industria del microordenador, y especialmente durante la
dcada de 1980, las computadoras comenzaron a ser desplegadas en todas partes,
en muchos casos con poca o ninguna atencin acerca de los requisitos de
funcionamiento. Sin embargo, como la tecnologa de la informacin (TI) para realizar
las operaciones comenzaron a crecer en complejidad, las empresas crecieron
conscientes de la necesidad de controlar los recursos de TI. Con la llegada de Linux
y la consiguiente proliferacin de los sistemas de libre acceso Unix, compatibles PC
de funcionamiento durante la dcada de 1990, as como MS-DOS, finalmente,
dando paso a un sistema operativo Windows capaz multitarea, los centros de datos
comenzaron a encontrar su lugar en las antiguas aulas de informtica. Estos fueronllamados "servidores" como los sistemas operativos de tiempo compartido como
Unix se basaban en gran medida en el modelo cliente - servidor para facilitar el
intercambio de recursos nicos entre varios usuarios. La disponibilidad de equipos
de red de bajo costo, junto con las nuevas normas para la red de cableado
estructurado, hizo posible el uso de un diseo jerrquico que puso a los servidores
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en una sala especfica dentro de la empresa. El uso del trmino " centro de datos ",
como se aplica a las salas de ordenadores especialmente diseados, comenz a
ganar reconocimiento popular de este tiempo.
El auge de los centros de datos se produjo durante la burbuja de los punto com.
Las empresas necesitan conectividad a Internet rpida y un funcionamiento
ininterrumpido para implementar sistemas y establecer una presencia en Internet.
La instalacin de dicho equipo no era viable para muchas empresas ms pequeas.
Muchas empresas comenzaron a construir instalaciones muy grandes, llamados
centros de datos de Internet (IDC), que proporcionan a las empresas una gama de
soluciones para el despliegue y operacin de los sistemas. Las nuevas tecnologas
y las prcticas fueron diseadas para manejar las necesidades de funcionamiento
de este tipo de operaciones a gran escala. Estas prcticas eventualmente emigraron
hacia los centros de datos privados, y se adoptaron en gran parte debido a sus
resultados prcticos. Los centros de datos de la computacin en nube se llaman
centros de datos en la nube (CDC). Pero hoy en da, la divisin de estos trminos
casi ha desaparecido y que se estn integrando en un trmino "centro de datos".
Con un aumento en la absorcin de la computacin en nube, las organizaciones
empresariales y gubernamentales estn examinando los centros de datos en un
grado mayor en reas como la seguridad, la disponibilidad, el impacto ambiental y
el cumplimiento de las normas. Los documentos estndar de los grupos de
profesionales acreditados, como la Asociacin de la Industria de
Telecomunicaciones, especifican los requisitos para el diseo de centros de datos.
Las mtricas operativas conocidas para la disponibilidad del centro de datos sepueden usar para evaluar el impacto en el negocio de una interrupcin. Todava hay
un mucho de desarrollo que se realiza en la prctica la operacin, y tambin en el
medio ambiente de diseo del centro de datos. Los centros de datos suelen ser muy
caros de construir y mantener.Todava hay mucho desarrollo que se hace en la
prctica, el funcionamiento, y tambin en el diseo para el medio ambiente.
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CAPITULO 2. CENTRO DE DATOS Y EQUIPO.
En nuestro mundo actual las comunicaciones estn cambiando continuamente
debido a la gran demanda de usuarios que requieren de conectividad en dispositivos
fijos y mviles, lo cual hace a las diversas empresas o grupos de trabajo requieran
invertir en nuevas tecnologas, una parte fundamental para que los usuarios tengan
acceso a la manipulacin de datos, ya sean redes pblicas o privadas;
independientemente de que sean clientes de cualquier empresa o compaa
proveedora. Es la infraestructura de su red, la cual contempla diversos factores,
desde el cableado telefnico, instalaciones elctricas, redes de telecomunicaciones,
as como equipos de comunicaciones en diversas reas de operacin.
Toda esta infraestructura suele ubicarse en un rea especfica en donde todos
los elementos que forman parte de una red de datos y de telecomunicaciones
son concentrados en este lugar puesto que ah se concentra la mayor parte
de la informacin que viaja a travs de varios medios de transmisin desde el
cable coaxial hasta la comunicacin inalmbrica y satelital. Esta rea se le
conoce como centro de procesamiento de datos, tambin llamado DATA
CENTER; el cual, hoy en da, es la parte esencial para el desarrollo y negocio
de ciertas empresas. Dada la importancia de este centro de procesamiento de
datos, existe una gran cantidad de elementos destinados a la funcionalidad de este
centro. De los cuales e puede destacar: el monitoreo y vigilancia para su seguridad,
el acondicionamiento de la temperatura del inmueble, la iluminacin del lugar, y
muchos otros que varan de acuerdo a las necesidades de operacin y flexibilidad
del centro de datos, los cuales su vern ms adelante. Aunado a esto, existennormatividades a las cuales se tiene que apegar para garantizar el correcto
funcionamiento y operacin de centro de datos, adems de que hoy en da, se estn
desarrollando nuevas tecnologas de operacin para fomentar el ahorro de energa
elctrica en estos centros, partiendo en el uso eficiente de equipos necesarios que
cualquier empresa necesita.
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Este captulo muestra la importancia de los centros de datos en el mbito de las
redes de transmisin de datos, los diversos tipos y equipos que lo forman. As como
su ubicacin e importancia en el mbito empresarial en las compaas y el mbito
geogrfico en el contexto de redes de datos. Mencionando la importancia del papel
que juega el cableado estructurado en estos lugares y su relacin con las diversas
caractersticas elctricas que requieren para su instalacin; as como el seguimiento
de normas que sern tiles en el captulo 5 para la propuesta de diseo elctrico en
un SITE empresarial.
2.1. CONCEPTO DE CENTRO DE DATOS
Un centro de datos es el lugar fsico en donde se concentran los equipos de
telecomunicaciones y recursos necesarios para el procesamiento de la informacin
de una organizacin, tambin llamado DATA CENTER que es como comnmente
se le conoce en las organizaciones y empresas que lo utilizan.
Generalmente se encuentra en un edificio o sala de gran tamao usada para
mantener en l, una gran cantidad de equipo elctrico y electrnico; la razn
principal para su implementacin y diseo se ve reflejada en el acceso a la
informacin y operaciones necesarias de las empresas que lo utilizan para enviar y
recibir su informacin confidencial y pblica a travs de Internet.
Un centro de datos, segn se define en la norma ANSI/TIA-942, que es el estndar
de Infraestructura en Telecomunicaciones para Centros de Datos, como: un edificio
o parte de un edificio cuya funcin esencial es albergar una sala de informtica y
sus reas de asistencia"1. Las funciones principales de un centro de datos son
centralizar y consolidar recursos de tecnologa de la informacin, alojar operaciones
1TIA. Estndar;Telecommunications infrastructure standard for data center. TIA-942. April 2005.Telecommunications industry association
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de red, facilitar el comercio electrnico y brindar servicio continu a operaciones de
procesamiento de datos crticos para la misin.
Los factores ms importantes para que se lleve a cabo la construccin de un DATA
CENTER son garantizar la continuidad de servicio a clientes, empleados,
ciudadanos, proveedores y empresas que estn ligados a la empresa responsable
que opera el centro de datos. Por tanto es importante mantener la proteccin de los
equipos desde su instalacin elctrica hasta el sistema de aire y enfriamiento de
estos. Por lo tanto, un DATA CENTER oCentro de Datoses un edificio o parte de
un edificio, cuya principal funcin consiste en albergar una sala de equipos de
cmputo, en donde es posible localizar equipos de comunicaciones tales como
servidores, routers, switches, firewall, etc. La mayor parte de estos localizados en
soportes llamados racks. Tambin existen diversos equipos de abastecimiento y
transmisin de energa elctrica, como plantas de suministro de energa, UPSs,
equipos de acondicionamiento ambiental y sistemas de video vigilancia, los cuales
forman este lugar, que es el centro principal de la informacin.
Un Centro de Proceso de Datos (CPD), Centro de datos o DATA CENTERcomo se
ha definido engloba las dependencias, equipos y sistemas que hacen posible que
los datos sean almacenados, tratados y distribuidos al personal o procesos
autorizados para su consulta y manipulacin.
Fig. No 1. Vista de un centro de datos.
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2.1.1. IMPORTANCIA EN LAS EMPRESAS
Generalmente los centros de datos suelen ser el principal motor para las todos
aquellos grupos de trabajo, independientemente sean de cualquier tipo; pequeas,
medianas y grandes empresas. Puesto que para que lleven a cabo sus procesos de
negocio e interaccin con el mundo global necesitan estar conectados a travs de
internet, el cual se forma gracias a la conexin de equipos de comunicaciones
mediante ciertos protocolos de comunicacin y medios de transmisin de datos. El
propsito principal que juega el centro de datos en las empresas, es el alojamientode los activos de datos en un entorno en el cual se cubran las necesidades tales
como la potencia elctrica, HVAC (temperatura, ventilacin y aire acondicionado),
telecomunicaciones, redundancia y seguridad. Para que todo esto funcione es
importante mencionar que sin la energa elctrica sera difcil o imposible el
funcionamiento de un DATA CENTER; es esta, la razn principal por la que ahora
en estos tiempos las empresas de Tecnologas de la Informacin as como las que
brindan soluciones en cuanto a la calidad de los centros de datos realizan nuevos
diseos como el fomentar el uso de ahorro de energa as como la creacin de
DATACENTER ecolgicos. Tambin de ahorrar energa elctrica mediante la
creacin de multiequipos que reducen el consumo de la misma energa, al incluir
diversas funciones y equipos de comunicaciones en uno solo, incluso con la
propiedad de utilizar virtualizacin lo cual lo hace ms eficaz.
Cada vez es ms comn escuchar acerca de tecnologas de la informacin, y es
que su uso no solo se limita al rea de actividades econmicas, sino que es producto
de la misma globalizacin, desde las grandes corporaciones hasta el corazn de los
hogares. Es por ello que el procesamiento de datos, ya sea pblico o privado, ha
tenido un cambio vertiginoso en el campo de trabajo. As mismo como crece el
trfico y procesamiento de datos, lo hacen, las necesidades de ofrecer la
continuidad, confiabilidad y flexibilidad del servicio. Para lograr que todo esto sea
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posible se requiere, en buena parte, de la cal idad y de la cont inuidad del servic io
elctr ico; para cubrir todas las necesidades que conlleva.
2.1.2. TIPOS DE CENTROS DE DATOS POR SERVICIO PROVISTO
Ahora que se ha definido el concepto de centro de datos, es importante mencionar
que a estos centros se les conoce tambin como DATA CENTER(de su nombre
original en ingls), centro de procesamiento de datos (CPD) o bien centros decmputo inteligente; en todos estos casos ambos conceptos significan lo mismo
debido a que todos involucran los siguientes elementos:
Sistemas Elctricos de Potencia (Plantas de Emergencia y UPS).
Sistemas de Puesta a Tierra y Pararrayos. (Cableado Elctrico
Regulado).
Cableado de Telecomunicaciones. (Racks, Gabinetes, Voz y datos).
Equipos de Red (Servidores, Mainframes, Conmutadores Telefnicos,etc.),
Tiering yRedundancia.
Monitoreo, Administracin y Seguridad
Los centros de datos se dividen en dos tipos o categoras basado en la clase de
servicio que estos proveen:
- Dominio Privado y Dominio Empresarial o Corporativo.- Dominio Pblico y Dominio de Internet o hosting.
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De dominio privado.
Este tipo de DATA CENTERes manejado por el departamento de TI de la propia
organizacin, y provee las aplicaciones, el almacenamiento y Web hosting
necesitadas para mantener las operaciones plenas.
De dominio Empresarial.
Este tipo de centro de datos sirve las necesidades de una nica compaa, campus
u operacin global, puesto que es el lugar fsico que provee los servicios de
comunicacin y de datos a una nica empresa o compaa. El centro de datos es
un recurso clave, muchas organizaciones simplemente paran sus actividades
cuando sus empleados y clientes no pueden acceder a los servidores, sistemas de
almacenaje y dispositivos de red que residen ah. Literalmente algunas empresas,
como grandes bancos, lneas reas, consignadores de paquetes y agentes de
bolsas de lnea, pueden perder millones de dlares en una sola hora de tiempo de
inactividad, dadas estas consecuencias los atributos clave son la confiabilidad y
flexibilidad.
De dominio pblico.
Estos tipos proveen servicios yendo desde colocacin de equipos hasta Web-
hosting de administracin. Los clientes tpicamente acceden sus datos y
aplicaciones va internet.
De Internet o hosting.
Son posedos y operados por compaas de servicios que comercializan acceso-
web, hosting y otros servicios basados en Internet. Un amplio rango de estosservicios puede ser definido por:
- Colocacin
- Colocacin administrada
- Hosting totalmente administrada
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- Outsourcing de Servicios
2.1.2 CLASIFICACIN DE LOS CENTROS DE DATOS POR CONFIABILIDAD.
En la actualidad, la confiabilidad y continuidad del servicio en los centros de datos
ha sido eje de mltiples atenciones; es por ello que institutos, organizaciones,
proveedores, etc, se han dado a la tarea de crear referencias para determinar el
grado de confiabilidad del centro de datos, y que estas sean aceptadas
internacionalmente. La necesidad, tanto del cliente como del proveedor del serviciopara conocer el estado del centro de datos ha culminado en clasificaciones, donde
deben de cumplir con ciertos criterios y caractersticas que avalen su confiablidad.
Las dos normas ms importantes para establecer el nivel al cual pertenece el centro
de datos, estn proporcionados por: el estndar TIA 942, creado por la asociacin
de la industria de telecomunicaciones y el estndar 131-2013 de la norma
internacional para la construccin y procesamiento de centros de datos.
2.2.1 CLASIFICACIN TIER DE LOS DATA CENTER.
Asociacin de la industria de telecomunicaciones (TIA, por sus siglas en ingls).
Esta norma cuenta con un estndar el cual describe las caractersticas y
condiciones que debe cumplir un centro de datos para ser clasificados por su nivel
de operacin, por ello existe el concepto llamado Tier que se refiere al nivel de
fiabilidad de un centro de datos asociados a cuatro niveles de disponibilidad
definidos. El Tier de un DATA CENTERes una clasificacin ideada por el Uptime
Institute el cual fue formado en el estndar ANSI/TIA-942 y que bsicamente
establece que a mayor nmero en Tier, habr mayor disponibilidad. Las cuatro
clasificaciones Tier que se conocen en estos tiempos son las siguientes.
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2.2.1.1 TIER I. CENTRO DE DATOS BSICO.
Es una instalacin que no tiene redundados sus sistemas vitales (climatizacin y
suministro elctrico) y que por tanto perder su capacidad de operacin ante el fallo
de cualquiera de ellas, puede tener o no tener, pisos elevados, generadores
auxiliares o UPS. De esta manera, las operaciones de mantenimiento derivaran en
tiempo de no disponibilidad de la infraestructura. Una interrupcin imprevista o
fracaso de cualquier sistema de abastecimiento para el centro de datos, tendrn un
impacto en el entorno crtico. Lo cual provocar que al menos una vez al ao el
DATA CENTER est fuera de servicio por reparaciones y mantenimiento en las
componentes que deben ser redundantes. Si no se realiza mantenimiento
peridicamente, aumentar el riesgo de interrupcin no planificada y agravar la
interrupcin.
Fig. No. 2 Configuracin elctrica TIER 1. TIA-942
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2.2.1.2 TIER II. CENTRO DE DATOS REDUNDANTE.
Los DATA CENTER de esta categora tienen redundados sus sistemas vitales,
como la refrigeracin, pero cuentan con un nico camino de suministro elctrico.
Tienen componentes redundantes (N+1), a diferencia de los DATA CENTER
bsicos, este tipo cuenta con suelos elevados, pisos falsos, generadores auxiliares
y UPS, los cuales estn conectados a una nica lnea de distribucin elctrica y de
refrigeracin. Se trata por tanto de instalaciones elctricas con cierto grado de
tolerancia a fallos y que permiten algunas operaciones de mantenimiento onlinepor medio de los sistemas operativos que permiten el monitoreo de ciertos
parmetros elctricos para su revisin y eficiencia. Tambin puede requerir de la
interrupcin del servicio en la lnea de distribucin y otras partes de la infraestructura
para llevar a cabo el mantenimiento. Por lo que el entorno es susceptible de
interrupciones por actividades planificadas y no planificadas, como pudieran ser
errores humanos o en los componentes de la infraestructura.
Fig. No. 3.Configuracin elctrica TIER 2. TIA-942.
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2.2.1.3 TIER III. CENTRO DE DATOS CONCURRENTEMENTE MANTENIBLE
(DISPONIBILIDAD DE 99.982%)
Un DATACENTER Tier III adems de cumplir con los requisitos de un Tier II, tiene
niveles importantes de tolerancia a fallos en cualquiera de sus componentes que
inhabilite una lnea(suministro, refrigeracin) ya que posee mltiples lneas de
distribucin elctrica y de refrigeracin, pero nicamente cuenta con una puesta en
servicio. Con lo cual hay suficiente capacidad y distribucin para poder llevar a cabo
tareas de mantenimiento en una lnea mientras se brinda el servicio por otra. Noexiste suficiente capacidad, instalada de forma permanente para satisfacer las
necesidades de los componentes redundantes fuera de servicio. Cada componente
y cada elemento del entorno pueden ser retirados del servicio en forma planificada,
sin afectar a cualquiera de los entornos crticos, de esta manera se cumple el
requisito para el posible uso de un upgrade a Tier IV sin interrupcin del servicio.
Fig. No. 4. Configuracin elctrica TIER 3. TIA-942.
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2.2.1.4 TIER IV. CENTRO DE DATOS TOLERANTE A FALLAS
(DISPONIBILIDAD DE 99.995%)Esta es la clasificacin ms exigente que implica cumplir con los requisitos de Tier
III, adems de soportar fallos en cualquiera de sus componentes que inhabilite una
lnea (suministro, refrigeracin).Tiene conectados mltiples lneas de distribucin
elctrica y de refrigeracin con mltiples componentes redundantes 2(N+1), que
significa que cuenta con 2 lneas de suministro elctrico (UPS) cada una de ellas
con redundancia N+1.
Un centro de datos tolerante a fallos cuenta con varios sistemas independientesaislados que proporcionan redundancia en los componentes del entorno, y diversas
rutas de distribucin independientes. El fallo de cualquier componente del sistema
no repercutir en el funcionamiento crtico del ambiente.
Ms adelante en el captulo 5 se definir el concepto de redundancia en los sistemas
elctricos de distribucin de energa como lo son los sistemas de alimentacin
ininterrumpida UPS y plantas de emergencia.
Fig. No. 5. Configuracin elctrica TIER 4. TIA-942.
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2.2.2. CLASIFICACIN ICREA DE LOS DATA CENTER.
Asociacin nacional de expertos en centros de cmputo, (ICREA, por sus siglas en
ingls). Este organismo crea la norma internacional para la construccin e
instalacin de equipamiento de ambientes para el equipo de manejo de tecnologas
de informacin y similares, referido como ICREA Std-131-2013. El cual tiene como
propsito sealar los mbitos y caractersticas que se necesitan para la instalacin
y el funcionamiento de un centro de datos, sealando puntualmente la operacin
del centro. Este estndar delimita el grado de confiabilidad que tiene el cetro de
datos de acuerdo a una clasificacin en niveles, que van del 1 al 5; donde se estipulaaquellas condiciones mnimas que deben de cumplir los centros de datos para
adquirir cierto nivel de confiabilidad, donde a mayor nmero incrementa el grado de
la misma. Donde el termino N se refiere al grado de redundancia que puede tener
el sitio.
2.2.2.1. ICREA NIVEL 1
Esta topologa aporta un 95% de disponibilidad, con una configuracin bsica y
requerimientos mnimos. Posee elementos principales como un solo UPS, un
tablero de distribucin para el ups, un solo elemento para la climatizacin. Este tipo
de topologa ofrece el servicio con susceptibilidad a fallos de energa por parte de
la compaa. Sin continuidad en el servicio por mantenimientos.
Fig. No. 6. Configuracin elctrica ICREA 1.
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2.2.2.2 ICREA NIVEL 2
Este nivel ofrece una disponibilidad del 99%, posee un cierto grado de redundancia,
el cual permite tareas de mantenimiento en ciertos componentes sin la prdida del
servicio en la sala de comunicaciones. Entre las principales caractersticas
elctricas en los componentes, tenemos que poseer una redundancia en el UPS y
en los tableros derivados para la alimentacin de la sala de comunicaciones.
Fig. No. 7.Configuracin elctrica.ICREA 2.
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2.2.2.3 ICREA NIVEL 3
El nivel 3 otorga el nombre de sala confiable con ambiente certificado de clase
mundial, con una disponibilidad de 99.9 %, cabe sealar que en esta tipologa se
aceptaran grupos electrgenos porttiles para casos de mantenimientos, bajo
condiciones donde los eventos de falla en el suministro de energa no exceda los
15 minutos acumulables en 5 aos. Este tipo de arreglo, elctricamente permite dar
mantenimiento al grupo electrgeno sin la prdida del servicio.
Fig. No. 8. Configuracin elctrica.ICREA 3.
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2.2.2.4 ICREA NIVEL 4
La disponibilidad de esta topologa alcanza el 99.99 % convirtindola en una
excelente opcin para aquellos centros de datos, donde la disponibilidad del servicio
es muy alta, conocida tambin como: sala de cmputo de alta seguridad con
certificacin. No tiene puntos nicos de falla y permite darle mantenimiento a todos
los elementos de una alimentacin sin perder el servicio. Es importante hacer notar
que el grupo electrgeno es nico para la sala de telecomunicaciones.
Fig. No. 9. Configuracin elctrica. ICREA 4.
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2.2.2.5 ICREA NIVEL 5
Sala de cmputo de alta seguridad y alta disponibilidad de clase mundial. El arreglo
en los elementos elctricos permite una disponibilidad de 99.999 %, no tiene puntos
nicos de falla, permite darle mantenimiento a cualquier elemento del sistema
elctrico de la alimentacin al centro de datos sin perder el servicio.
El ups debe contar tres bancos de bateras independientes con capacidad del 50 %
cada uno.
Fig. No. 10. Configuracin elctrica. ICREA 5
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2.3. FUNCIONAMIENTO DE LOS CENTROS DE DATOS
Ahora que hemos visto las caractersticas y rasgos que conforman un DATA
CENTER es importante explicar la forma en la que operan en conjunto todas ellas,
y su relacin en cuanto al funcionamiento en la unificacin de las distintas reas
ingenieriles que lo conforman.
Fig. 11. Cuarto frio o Site en DATA CENTER.
Cabe sealar que para el proceso de diseo y construccin de un DATA CENTER,
las empresas constructoras tienen la prioridad de evaluar las necesidades de todo
el equipamiento, anticipar crecimiento futuro sobre el periodo de vida del mismo, as
como el diseo del plano elctrico y el sistema de cableado de telecomunicaciones
bsicamente la operacin y funcionamiento de un DATA CENTER se rige en
procesos ingenieriles en reas de sistemas como la seguridad informtica, en redes
de telecomunicaciones monitoreando las conexiones que hay en internet con los
equipos instalados en el lugar, as como en la parte de energa llevando los
mantenimientos requeridos.
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Pero Cmo realmente funcionan todos estos elementos mencionados
anteriormente en un mismo lugar? La respuesta no es tan sencilla de responder
puesto que cada elemento o equipo que forma parte del DATA CENTER, tiene
ciertas especificaciones para realizar, por ejemplo un servidor de base de datos
instalado en un site (cuarto frio) difiere de las funciones de un UPS, que tambin
est ubicado en el mismo lugar, a su vez ambos estn dentro de la misma rea que
forma solo una pequea parte del centro de datos. Por lo tanto, el funcionamiento
de un DATA CENTERest basado prcticamente en cuanto a las necesidades de
la propia compaa que es la que finalmente solicita la instalacin de ciertos equiposde comunicaciones y en base a estos realizar el anlisis costo-beneficio en cuanto
equipos de distribucin elctrica, lneas de alimentacin, sistemas de refrigeracin,
aire acondicionado y el correspondiente cableado estructurado.
Por lo tanto, la principal funcin de un centro de datos en un edificio o parte de este,
es concentrar y abrigar una sala de equipos de telecomunicaciones y sus reas de
soporte, ya que requiere una integracin total en los productos, siempre con el
objetivo de una solucin final.
2.4. CONCEPTOS DE COMUNICACIONES
Los sistemas de trasmisin de datos conforman el corazn de la los sistemas de
cmputo, ya que gracias a ellos es posible la comunicacin y la creacin de redes
avanzadas, cuyo objetivo radica en la difusin de la informacin de manera
controlada, depender de las caractersticas de cada sistema de transmisin para
el soporte, velocidad, calidad y cantidad de datos que se enve por este camino.
Pudiendo ser desde la conexin ms sencilla donde se emita informacin en nuestra
casa para enviar una impresin o hasta las ms sofisticadas interconexiones de
grandes grupos financieros.
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Los medios de transmisin son todos aquellos caminos que podra llevar la
informacin para llegar de un punto a otro, constituido dentro de una misma red. Es
decir toda la infraestructura que se necesita para enviar la informacin a los distintos
equipos de la red, y cuyos datos viajan a travs de l, se conoce como medio de
transmisin. En la actualidad podemos clasificarlos en tres grandes grupos:
almbricos, pticos y electromagnticos.
2.4.1 MEDIOS ALMBRICOS
Tanto los medios almbricos como los medios pticos tambin se les conocen como
medio de trasmisin guiados.
Los medios almbricos principalmente utilizados en redes de datos son
principalmente a travs de hilos de cobre, el cual se haya conectado entre las
diferentes estaciones de emisin y recepcin para el intercambio de informacin.
Aquellas caractersticas que definan las instalaciones de los medios almbricos
dependern de las propiedades con que se necesiten efectuar aquellastransmisiones, es decir, diferentes factores determinaran la velocidad, el medio, la
aplicacin, los requerimiento y por supuesto el costo-beneficio. De aquella lnea de
trasmisin.
Existen dos principales medios almbricos travs de los cuales se puede efectuar
la trasmisin, ellos son: el par trenzado y el cable coaxial.
En la tabla a continuacin descrita2 se muestran distintas tecnologas de red de
Ethernet junto con el cable empleado, las velocidades mximas y el alcance
mximo.
2Gil Pablo, Pomares Jorge. Redes y trasmisin de datos. Publicaciones de la universidad de alicante.2010
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Tabla No. 1. Tecnologas de red
TECNOLOGAVEL. DETRANS.
TIPO DE CABLEDIST.MX.
TOPOLOGA
10 BASE 2 10 Mbps Coaxial fino (50 ) 200 m Bus (Conector BNC-T)
10 BASE 5 10 MbpsCoaxial grueso (50
)500 m Bus (AUI)
10 BASE T 10 Mbps2 pares trenzado (Cat
UTP 3) 100 m Estrella (Hub o Switch)
10 BASE F 100 Mbps fibra ptica 2000 m Estrella (Hub o Switch)
100 BASE T4 100 Mbps4 pares trenzado (Cat
UTP 3)100 m
Estrella Half duplex(Hub) yfull duplex (Switch)
100 BASE TX 100 Mbps2 pares trenzado (Cat
UTP 5)100 m
Estrella Half duplex(Hub) yfull duplex (Switch)
100 BASE FX 100 Mbps
fibra ptica
(Multimodo) 2000 m no se permite Hubs
100 BASE CX 100 Mbps2 pares trenzado
(STP)25 m Estrella (Hub o Switch)
1000 BASE T1000Mbps
4 pares trenzado (Cat5e o UTP 6)
100 m Estrella full dplex (Switch)
1000 BASE SX1000Mbps
fibra ptica(Multimodo)
550 m Estrella full dplex (Switch)
1000 BASE LX1000Mbps
fibra ptica(Monomodo)
5000 m Estrella full dplex (Switch)
10 G BASE SR 10 Gbps fibra ptica(Multimodo)
500 m Estrella full dplex (Switch)
10 G BASELX4
10 Gbpsfibra ptica(Multimodo)
500 m Estrella full dplex (Switch)
10 G BASE T 10 Gbps Par trenzado (UTP6) 55 m Estrella full dplex (Switch)
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2.4.1.1 PAR TRENZADO
Es uno de los elementos ms utilizados en las redes de rea local en la actualidad,
est constituido principalmente por dos cables de cobre, los cuales estn trenzados
entre s, de forma helicoidal. Aislados por un material dielctrico cada uno. El cable
par trenzado ms comn en la actualidad es aquel que se compone de 4 pares de
hilos; cada par se encuentra trenzado y recubierto por un material aislante. En este
tipo de cables se presenta el fenmeno de diafona3, debido a la cercana entre lo
pares y al asilamiento o blindaje imperfecto que hay entre ellos; generando de este
forma capacitancias parsitas que resultan en una interferencia que reduce la
calidad de la transmisin. Este fenmeno de interferencia por diafona se puede
reducir significativamente torciendo los pares.
El par trenzado se utiliza en aplicaciones, tanto analgicas como digitales. Por lo
tanto es el medio de trasmisin de datos ms usado en redes de telefona y en
comunicaciones dentro de edificios en redes locales (LANs por sus siglas en
ingles4), el xito que ha tenido es gracias a que es menos costoso que cualquier
otro medio de transmisin, pero siempre depender de las aplicaciones, ya que
permite menor distancia de transmisin, menor ancho de banda y menor velocidad
comparada con la fibra ptica.
Tipos de par trenzado:
UTP. Par trenzado no apantallado (Unshielded Twisted Pair), es de fcil
manipulacin y de menor precio, aunque suele ser afectado por
interferencia electromagntica, el estndar para conectores de cable UTP
es el RJ-45.
3En Telecomunicacin, se dice que entre dos circuitos existe diafona, cuando parte de las sealespresentes en uno de ellos. La diafona, en el caso de cables de pares trenzados se presentageneralmente debido a acoplamientos magnticos entre los elementos que componen los circuitos.4Local Area Network. Red de red local.
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STP. Par trenzado apantallado (Shielded Twisted Pair), tiene un
recubrimiento de una malla metlica, que provee de un aislamiento contra
interferencia electromagntica, que mejoran su eficacia, se suele utilizar con
conectores RJ-49.
Los principales tipos de cable UTP que se emplean se recopilan en la EIA, que es
el estndar donde se marca la normatividad para el uso de cableado en todo tipo de
espacios.5
Fig. No. 12. Par trenzado categora 6.
2.4.1.2 CABLE COAXIAL
El cable coaxial es un medio de transmisin guiado, el cual se compone de un
conductor central y este est forrado por una capa externa conductora, con un
conducto aislante que separa a estos dos conductores, para conservar sus
propiedades elctricas. Todo este se encuentra con una proteccin dielctrica que
5TIA/IEA 568-B1. Requerimientos generales. TIA/IEA 568-B2. Componentes de cableado mediantepar trenzado balanceado.
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reduce las emisiones elctricas. Esta estructura ha generado que sea considerado
como un excelente medio de trasmisin, con una gran eficacia.
En la trasmisin de datos se han empleado dos tipos de cable: coaxial grueso
(thick), coaxial fino (thin). La malla que lo recubre es una referencia a tierra,
absorbiendo las corrientes parsitas e impidiendo que se distorsione la informacin
que trasmite. Es ideal para cubrir grandes distancias y adems de poseer una buena
eficacia. Su gran inconveniente es el grosor, ya que al ser superior que el par
trenzado impide ngulos muy cerrados.
2.4.2. FIBRA PTICA
El principal problema que se han encontrado en la transmisin sin un medio guiado,
fue la atenuacin que provocaba las condiciones ambientales y depende de la
visibilidad directa. Como solucin a estos problemas se logra con la invencin de un
medio guiado, creados a partir de cristales de gran pureza, logrando una atenuacinmucha menor, mayor cantidad de transmisin de datos sin regeneracin alguna.
A travs del paso de los das se ha logrado perfeccionar las fibras pticas, as como
los generadores de luz con las caractersticas especficas para lograr su objetivo de
toda transmisin, la transmisin de datos a mayor densidad y distancia.
Empujando de esta manera tambin la revolucin en los sistemas pticos como lo
son los diodos emisores de luz y laser.
La fibra ptica es, relativamente, una nueva tecnologa de cable, que se utiliza para
la instalacin de redes locales. Su constitucin es principalmente a travs de un hilo
finsimo de vidrio, con un alto ndice de refraccin de la luz6 , alrededor de este
6Si la luz incidente no es perpendicular a la superficie, entonces la luz trasmitida no es paralela ala incidente. El cambio de direccin del rayo se denomina refraccin.
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ncleo hay un revestimiento tambin a base de vidrio pero con un ndice de
refraccin ms bajo que protege al ncleo de contaminacin y provoca un fenmeno
de reflexin interna. Este hilo con su respectivo revestimiento est protegido por
varias capas, las cuales fungen como aislamiento a la humedad y aislamiento
mecnico contra el medio.
Su aplicacin se debe principalmente a que soporta grandes distancias, posee un
gran ancho de banda, resulta inmune ante la interferencia electromagntica; as
como tambin su caracterstica de ser muy delgada, flexible y ligera en comparacin
con otros conductores.
Fig. No. 13. Fibra ptica de 12 hilos.
Las fibras pticas soportan un ancho de banda mayor y tiene una menor prdida de
seal. Al ser seales, cuya base es la luz, la interferencia electromagntica,
variaciones de voltaje y corrientes no la afectan, y no propagan descargas elctricas
hacia los equipos de la red.
En la imagen se muestran la composicin principal de un sistema de
comunicaciones base de fibra ptica, sus tres principales bloques son: el transmisor
el receptor y la gua. El transmisor consiste en la interfaz analgica o digital, una
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fuente lumnica y un acoplado de luz de fuente a fibra ptica. La gua consiste en si
en la propia fibra que es el medio de propagacin. El receptor consiste en un
detector acoplador de fibra a luz, un detector fotoelctrico y el respectivo convertidor
analgico digital con su interfaz analgica o digital.
Fig. No. 14. Diagrama de sistema de fibra ptica.
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CAPTULO 3. IMPLEMENTACIN DEL CENTRO DE DATOS.
Requerimientos.
Al emprender el proyecto de un DATA CENTER es necesario realizar un
planteamiento adecuado sobre su diseo. Se debe contemplar la informacin, las
recomendaciones, estndares, as como las acciones que sern tomadas en cada
paso del proceso de diseo, tales como el cableado de comunicaciones, plan
arquitectnico y civil, seguridad, plan de equipamiento, y desde luego la instalacin
elctrica, por mencionar algunos.
En el planteamiento se deben de contemplar puntos importantes que afectan al
diseo, por ejemplo, las especificaciones del equipo de telecomunicaciones, el
espacio suficiente para contener al DATA CENTER, as como a las reas que
brindarn soporte, la capacidad elctrica necesaria, as como brindar las facilidades
necesarias en diferentes ingenieras y disciplinas.
A continuacin se mencionan algunos puntos importantes de otras disciplinas para
que sean contemplados, ya que impactan en el diseo de la instalacin elctrica.
Requerimientos generales.
El proyecto de un DATA CENTERdeber ser consistente con lo que respecta a los
requerimientos, debe contar con un espacio y un ambiente controlado, trayectorias
de instalaciones y servicios, flujo de aire necesario para abatir la carga trmica, y
contar con las especificaciones del equipamiento electrnico y de
telecomunicaciones; ello con el fin de determinar su impacto en el diseo de la
instalacin elctrica.
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3.1 Diseo Arquitectnico.
Diseo Interior. Es necesario que la ubicacin del DATA CENTER est libre de
restricciones, aquellas que puedan limitar la operacin, mantenimiento o expansin,
tales como elevadores, muros externos, etc, as como contemplar una adecuada
accesibilidad para equipos con sobredimensiones.
Tamao. El requerimiento de espacio est ntimamente ligado con el plan de
equipamiento e ingenieras, no solamente del equipo de telecomunicaciones
(Gabinetes y/o Racks), sino tambin es necesario contemplar las reas de soporte,
tales como la sala de fuerza; as como espacios para equipos de aire acondicionado,
en general, deber proveer el espacio necesario para el equipamiento en general,
as como los sistemas elctrico, mecnico, etc. En el diseo arquitectnico es
necesario se verifique la capacidad y escalabilidad del edificio, el cual deber ser
diseado para contemplar el rea necesaria para la redundancia del sistema
elctrico, aire acondicionado, etctera, as como tomar en cuenta el rea para el
acomodo de un futuro crecimiento. La altura mnima entre piso tcnico y plafn
deber ser de es de 2.6 metros, segn el artculo 260.2.4 de la Norma Internacional
para la construccin de centros de procesamientos de datos.
Es necesario considerar que el equipo que no corresponda al DATA CENTER,
deber de estar contenido en cuartos o salas separados; por ejemplo equipo
elctrico (Sala de Fuerza), sala para equipo de aire acondicionado, rea para grupo
electrgeno, etc., ello con el fin de evitar el ingreso de personal y material que afecte
el funcionamiento del DATA CENTER.
Diseo Exterior. En cuanto a la ubicacin geogrfica del DATA CENTERse debe
buscar la edificacin que mejor se adapte a las necesidades, ya sea para alquilar o
comprar. Las dependencias deben de disponer de una doble acometida elctrica,
muelle de carga y descarga, montacargas, puertas amplias y almacenes.
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El DATA CENTER debe construirse considerando los riesgos naturales de la
ubicacin, nivel de riesgos por sismos, huracanes, inundaciones, vientos, y
volcanes debern tomarse en cuenta al momento de adquirir el terreno, o bien al
contratar los servicios de hospedaje.
Adems de los riesgos naturales, es importante considerar los riesgos que puedan
generar los elementos colindantes con el DATA CENTER.Existen estndares que
sugieren las distancias mnimas y mximas entre el DATA CENTERy los elementos
de riesgo y de soporte.
Entre los elementos de alto riesgo se encuentran: aeropuertos, plantas nucleares,
tanques de almacenamiento de combustibles, gasolineras, zonas de conflictos
sociales, entre otros.
Por otro lado, los elementos de soporte que deben tenerse a cortas distancias son:
estacin de bomberos, polica, hospitales, entre otros.
Permetros de Seguridad.
Un DATA CENTERdebe de contar con una barda perimetral de al menos 3 metros
de altura. Misma que podra reforzarse con cables electrificados, sensores de
movimiento, y otros sistemas avanzados de deteccin de intrusos.
Adems, el acceso a vehculos, podr reforzarse con un sistema de esclusas para
su revisin interna y externa, as como el de los pasajeros y sus herramientas,
mediante detectores de metales. La identificacin de los visitantes con documentosoficiales, y registro del motivo de la visita autorizada, ser de vital importancia para
controlar el acceso al DATA CENTER.
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DISEO ARQUITECTNICO
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3.2. Diseo Civil.
El diseo del edificio deber contemplar los requerimientos estructurales de
instalacin, considerando la masa del equipo en general, as como el equipo
elctrico: UPS, bancos de bateras, transformadores, etc, as como el esfuerzo
mecnico ejercido por su operacin. El equipamiento deber estar montado en
elementos de soporte adecuados para minimizar los efectos de la vibracin. La
construccin del edificio deber ser provista de una proteccin contra el efecto de
radiacin electromagntica, por lo que es recomendable realizar la construccin con
acero.
3.3. Diseo Mecnico.
El edificio para el DATA CENTERrequiere un rea asignada para el equipo tal como
unidades condensadoras, torres de enfriamiento, as como ventiladores, los cuales
acondicionarn y controlarn la temperatura ptima para el funcionamiento del
equipo elctrico y electrnico. Si el equipo de aire acondicionado fueses existente,
se aplicar un mnimo de 10 metros cuadrados por tonelada de refrigeracin
incluyendo el DATA CENTERy las reas de soporte.
3.4 Requerimientos previos al diseo elctrico.
Al elegir la ubicacin del edificio para el DATA CENTER, la compaa
suministradora deber proveer la capacidad elctrica necesaria para su
funcionamiento y su futuro crecimiento, as como garantizar una buena calidad de
la energa suministrada, asimismo es importante verificar que no comparta la utilidad
con instalaciones industriales que contribuyan con armnicos o transitorios a la red
elctrica.
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3.4.3 Respaldo con sistema UPS (uniterrumptible power supply).
El Sistema del UPS deber proporcionar el respaldo suficiente (en capacidad y
tiempo) para que el sistema del generador pase del estado de reposo a tomar la
alimentacin elctrica de la carga sin sufrir interrupcin alguna. El sistema de UPS
consiste en contemplar UPS individuales o mdulos de UPS en paralelo, de igual
manera se aplica a los bancos de bateras provistas para el sistema de ups. El
criterio tpico para la capacidad de ups vara entre 0.38 y 2.7 kW por metro cuadrado
y deber contemplarse al menos un 20% adicional en la capacidad del ups por
crecimiento a futuro asimismo para no exceder la capacidad durante el pico de
demanda mxima.
Para acondicionar el ambiente y temperatura de las salas de UPS y bateras, se
realizar por medio de equipo de aire acondicionado de precisin, ello debido a que
una desviacin de 5 grados en la temperatura acorta la vida de las bateras a un
ao o menos.
3.4.4. Uso de unidades PDU (Distribucin de fuerza a equipo de
Telecomunicaciones).
Se debe de considerar el uso de unidades de distribucin de fuerza PDU (Power
Distribution Unit) para la distribucin de energa al equipo electrnico de
telecomunicaciones crtico en el DATA CENTER, el cual resulta ms efectivo que
el uso de tableros y transformadores. Los tableros de distribucin que alimentan a
los DPU pueden ser montados en una sala de fuerza remota. En la mayora de losDATA CENTERcada rack es alimentado elctricamente por un circuito dedicado
por lo menos, el cual contar con una canalizacin dedicada de igual manera.
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3.5 PUESTA A TIERRA.
El calibre del conductor de puesta a tierra deber ser al menos de 4 AWG de cobre
desnudo, enterrado a 1 metro de profundidad. El aterrizaje de las columnas de acero
del edificio deber estar conectado a la malla del general del sistema de tierras.
Ninguna seccin del sistema de puesta a tierra deber exceder 5 [Ohms].
En cuanto al interior del DATA CENTER,en la sala de comunicaciones, consiste en
una malla de 9 por 10 metros y el calibre no deber ser menor al calibre 6 AWG o
equivalente. El conductor de cobre podr ser desnudo o preferentemente aislado
para evitar contactos intermitentes e involuntarios.
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CAPTULO 4. EQUIPAMIENTO ELCTRICO
A continuacin se indica el equipamiento elctrico que es susceptible de eleccin
en la instalacin elctrica de un DATA CENTER.
4.1 TRANSFORMADOR.
Se denomina transformador a un dispositivo elctrico que permite aumentar odisminuir la tensin en un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la
potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal
(esto es, sin prdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las mquinas reales
presentan un pequeo porcentaje de prdidas, dependiendo de su diseo y tamao,
entre otros factores.
El transformador es un dispositivo que convierte la energa elctrica alterna de un
cierto nivel de tensin, en energa alterna de otro nivel de tensin, basndose en el
fenmeno de la induccin electromagntica. Est constituido por dos bobinas de
material conductor, devanadas sobre un ncleo cerrado de material ferromagntico,
pero aisladas entre s elctricamente. La nica conexin entre las bobinas la
constituye el flujo magntico comn que se establece en el ncleo. El ncleo,
generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de lminas apiladas de acero
elctrico, aleacin apropiada para optimizar el flujo magntico. Las bobinas o
devanados se denominanprimarioy secundariosegn correspondan a la entrada osalida del sistema en cuestin, respectivamente. Tambin existen transformadores
con ms devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor
tensin que el secundario
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4.2 PLANTA DE EMERGENCIA.
Una planta de emergencia, o tambin llamado grupo electrgeno, es una mquina
que consta de un motor-generador, cuya finalidad es transformar la energa trmica
de la combustin de un combustible en energa mecnica y esta a su vez
transformarla en energa elctrica, a travs de un generador elctrico.
Su funcin es suministrar energa elctrica; la condicin bajo la cual opere, est
gobernada por las necesidades de la entidad que la requiera, es decir se puede
ocupar para proporcionar energa en lugares donde no hay red elctrica o no existe
la acometida para el suministro de la energa elctrica. Tambin es muy comn y
es la finalidad del presente proyecto; la instalacin de plantas de emergencia, se
proponen como suministro de energa elctrica como respaldo, cuando se tiene falla
de energa elctrica, en el sistema principal, en nuestro caso, por parte de la
compaa suministradora CFE. Por tal motivo se entiende que su uso es por
tiempos relativamente cortos.
El nmero y capacidad de la o las plantas de emergencia, ser definida por la carga
que se debe respaldar, existiendo en el mercado una gran variedad para cada uso
determinado. Entre los principales parmetros que haremos referencia ser:
potencia del motor, comnmente especificada en HP, capacidad de suministro de
la planta, especificada en kW.
Clasificacin de plantas de emergencia por su operacin.
Stand By (emergencia): Salida disponible con carga variable durante la interrupcin
del suministro comercial. La potencia entregada promedio es aproximadamente el
70% del valor nominal. El periodo de operacin es en promedio entre 200 y 500
horas por ao.
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Prime (continuo): Potencia disponible con carga variable durante tiempo ilimitado.
La demanda tpica es del 100% de la capacidad total con la capacidad del 10% de
sobrecarga para uso de emergencia en un lapso no mayor de 1 hora en periodos
de 12 horas. El tiempo de sobrecarga no debe exceder 25 horas por ao.
Sus principales componentes son:
Tanqu e de combu st ible: El tamao depende del tiempo de respaldo que se
requiera, as como dela potencia de la planta. Existen plantas a base de gasolina y
disel, este ltimo resulta ser el ms comn, debido a que desarrolla mayor
potencia, tiene mayor relacin de compresin y mayor eficiencia.
Motor de combu st in interna: Es donde se lleva a cabo la combustin para
generar la potencia mecnica posible para hacer funcionar el generador.
Sis tema elctr ic o: Consta del sistema de arranque, que a su vez necesita de una
marcha, y bateras que proporcionan la energa suficiente para iniciar el
funcionamiento del motor y ponerlo en marcha.
Generador:Cuya finalidad es producir corriente elctrica a travs de la interaccinelectromagntica de sus bobinas y el campo magntico.
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Fig. No. 15. Planta de emergencia 900 KW. SELMEC.
4.3 TABLEROS DE TRANSFERENCIA.
Ante la necesidad de la continuidad del servicio, el tablero de transferencia resultaser una opcin en la que mltiples inmuebles han encontrado lo ideal.
Cuando se tiene un corte inesperado por parte de la compaa y tenemos a nuestro
servicio una planta de emergencia; esta puede operar de forma manual o
automtica, lo ideal es que se de esta ltima. El tablero de trasferencia es un
dispositivo elctrico, el cual tiene la opcin de alimentar a una carga de dos distintas
fuentes, como lo son la compaa suministradora, conocida como alimentacin o
energa normal y una planta de emergencia, tambin llamada alimentacinemergencia.
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Fig. No 16. Tablero de Transferencia ASCO
Hoy en da, en el mercado existen mltiples opciones, cada una con su
caracterstica nica que la hace ideal para su propsito. Pero generalmente se
componen de contactores, que al cerrarse alimentar la carga travs de la
alimentacin requerida. Una parte esencial del tablero de transferencia es su lgica
(mecnica o electrnica) para asegurar que ambas fuentes no cierren al mismo
tiempo.
4.4 TABLEROS ELCTRICOS.
Los tableros elctricos son equipos pertenecientes a los sistemas elctricos y estn
destinados a cumplir con algunas de las siguientes funciones: medicin, control,
maniobra y proteccin.
Constituyen uno de los componentes ms importantes de las instalaciones
elctricas y por ende estn siempre presentes en ellas, independientemente de su
nivel de tensin, su tipo o tamao. Los tableros adquieren las ms variadas formas
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y dimensiones de acuerdo con la funcin especfica que les toque desempear,
como pueden ser aquellos que se emplean en los distintos tipos de inmuebles
(viviendas, sanatorios, escuelas, estadios deportivos, industria, etc.)
Se puede afirmar que no es posible la ejecucin y funcionamiento de ningn tipo de
instalacin elctrica sin la utilizacin de alguna clase de tablero. Es por ello que
consideraremos que el conocimiento en sus diversos aspectos, es de fundamental
importancia para los que tienen que trabajar en las instalaciones elctricas.
Requerimientos para tableros
Los aspectos fundamentales que definen y califican un tablero para uso en una
instalacin elctrica son:
Seguridad de quien lo opera.
Continuidad del servicio.
Funcionalidad elctrica y mecnica.
Solidez estructural.
Intercambiabilidad de sus componentes.
Terminacin superficial.
Grado de proteccin mecnica.
Estas son las caractersticas ms importantes, cualquiera sea la clasificacin dentro
de la que se encuentre el tablero.En cada caso las normas respectivas recomiendan o especifican las pautas de
diseo y ensayo para garantizar niveles satisfactorios de seguridad y calidad.
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Forma constructiva.
La forma constructiva de los tableros est dada fundamentalmente por su
funcionalidad, el montaje y las condiciones ambientales del lugar en donde se va a
montar. A los fines de ir centrndonos en nuestro tema podemos decir sin lugar a
dudas que un tablero elctrico est compuesto de dos partes.
Gabinete, armario o caja (nombres dados indistintamente a la estructura).
Componentes.
Pueden ser: los aparatos de maniobra (llaves, interruptores, interruptores de
escalera, etc.), los aparatos de proteccin (fusibles e interruptores automticos) y
los aparatos de medicin (medidores de energa elctrica, ampermetros,
voltmetros, transformadores de intensidad, etc.)
Normatividad.
Las normas industriales para gabinetes elctricos existen para promover laseguridad, alentar la eficiencia en el diseo y definir los niveles mnimos de
rendimiento del producto. Por estos motivos, en las industrias elctricas de Europa
y Norteamrica se hacen cumplir varias normas. En el mercado mundial, es posible
que se sigan estas u otras normas o que no haya normas en absoluto, lo que puede
conducir a amplias variaciones en el rendimiento y el precio de los productos. En
muchos casos, el cliente final no sabe de las normas o no las entiende claramente
y, por lo tanto, no insiste en que sus proveedores proporcionen productos quecumplan con ellas. El enfoque exclusivo en precios bajos sin entender por completo
ni exigir normas industriales puede verse como un costo inicial bajo del producto,
pero podra finalmente conducir a altos costos de mantenimiento, falla del producto
y en el peor de los casos, problemas de seguridad de los trabajadores.
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Norma 60529 de la International Electrotechnical Commission (IEC)
La IEC es la organizacin lder en el mundo que elabora y publica normas
internacionales para todas las tecnologas elctricas, electrnicas y afines, lo que
se llama colectivamente electrotecnologa.
La norma IEC 60529 incluye una lista de cdigos, llamados nmeros caractersticos
(Characteristic Numerals), que se usan para identificar niveles de proteccin contra
el ingreso. Normalmente conocida como la Proteccin IP, estos cdigos reflejan la
capacidad del gabinete elctrico de proteger contra el acceso a partes electrificadas
por parte de personas, herramientas, humedad, polvo o suciedad
La Norma 250 de la National Electrical Manufacturers Association (NEMA)
NEMA promueve la competitividad de todos los productos de la industria elctrica
de los EE.UU. a travs del desarrollo, la defensa en las legislaturas federal y estatal
y las agencias ejecutivas, y la recoleccin y el anlisis de datos econmicos.
Similar a la IEC 60529, la norma NEMA 250 cubre gabinetes para equipo elctrico.
Igual que la IEC 60529, NEMA 250 se ocupa de la proteccin contra el ingreso, pero
difiere en que tambin se ocupa de las especificaciones que detallan los criterios
mnimos de la construccin, el rendimiento, de pruebas, la resistencia a la corrosin
y mucho ms. Aun cuando su comienzo est basado en los Estados Unidos, NEMA
es una organizacin global que trabaja para promover las normas elctricas en todo
el mundo.
Normas Underwriter Laboratories (UL) 50, 50E
Underwriters Laboratories es una organizacin de certificacin independiente de
seguridad de productos que ha probado productos y escrito normas de seguridad
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durante ms de un siglo. UL evala anualmente ms de 19,000 tipos de productos,
componentes, materiales y sistemas, y ms de 21 mil millones de marcas de UL
aparecen anualmente en los productos de 72,000 fabricantes.
Las normas UL 50, 50E se basan en las normas NEMA 250. Mientras que se ocupan
de muchos de los mismos puntos, NEMA simplemente indica la intencin del diseo
pero no exige el cumplimiento a travs de las pruebas de un tercero y visitas de
cumplimiento en el sitio.
Se puede construir un producto de acuerdo a las normas NEMA, pero el
cumplimiento del rendimiento real est a discrecin del fabricante. Sin embargo la
certificacin UL es una confirmacin formal de que se ha cumplido con la
construccin y el rendimiento exigidos despus de que se hayan efectuado anlisis
y pruebas. Resumiendo, ambas, NEMA y UL definen normas, pero slo UL hace
cumplir sus normas mediante pruebas y la inspeccin de terceros.
Clasificacin.
Una clasificacin bastante elemental es la que podra surgir de la funcin que deben
cumplir, as podramos decir que pueden estar destinados a: distribucin, medicin,
control, comando y proteccin de la energa elctrica, como tambin para usos
especiales o particulares. Si aceptamos estas funciones, se debera pensar que
estas pueden no ser exclusivas o puras, es decir, que en un mismo tablero se puede
encontrar ms de una funcin o la combinacin de ellas.
Tablero principal
Es el que recibe la alimentacin de la energa elctrica directamente desde los
bornes del medidor, alimentando las lneas seccionales y de los circuitos. Valen las
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consideraciones hechas para los de medicin en cuanto a cantidades de
componentes.
Tablero seccionado
Es el que, siendo alimentado por las lneas seccionales, puede derivar en otras
lneas tambin seccionales o de circuito. Estos tableros pueden estar separados o
bien integrados, dependiendo de las caractersticas constructivas del inmueble.
Tablero de medicin
Es el que aloja al medidor de la energa elctrica, que en el caso de una vivienda
unitaria contiene uno solo de estos instrumentos o equipos. Cuando se trata de
viviendas mltiples, contiene la misma cantidad de medidores que de unidades
habitacionales ms el de los servicios generales o sea los destinados a ascensores,
luces de los pasillos, bombas del sistema de agua, rampas para automviles, etc.Es necesario destacar que en los inmuebles destinados a viviendas mltiples este
tipo de tablero puede contener el tablero principal o ser parte de l. Los medidores
de la energa elctricas cuentan con gabinetes especiales para su montaje. Estos
pueden ser metlicos o de material plstico. Al respecto es necesario destacar que
las diversas empresas distribuidoras de la energa elctrica tienen distintas
exigencias en cuanto a la disposicin de los elementos y dimensiones mnimas.
Estos gabinetes se fabrican para montar un solo medidor, como sera el caso deuna vivienda individual o bien mediante una composicin de los mismos para armar
un tablero de medidores en un edificio de viviendas mltiples.
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Tablero de baja tensin.
En este caso es posible encontrar los siguientes tipos: medicin de la energa
elctrica, que puede ser simple o mltiple dependiendo del nmero de usuarios o
viviendas, tablero principal y tablero seccionado.
Fig. No. 17. Tablero de baja tensin. Square D.
4.5 UPS
La unida de energa ininterrumpida, UPS por sus sigla en ingls (Uninterruptible
Power Supply). Es un dispositivo elctrico que provee una energa con dos grandes
cualidades: libre de disturbios e inmune a los cortes de energa externos.
Aunque el avance tecnolgico ha generado enorme cantidad de modelos,
capacidades y caractersticas; en esencia se compone de 4 bloques: rectificador,banco de bateras, un inversor y un swicth esttico de transferencia.
El sistema de bateras se carga continuamente, siempre que haya una alimentacin
elctrica, ya sea por parte de la compaa o un grupo electrgeno; cuando se
produce una falla en la alimentacin elctrica del ups, un circuito de disparo
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transfiere la carga del sistema de alimentacin alterno al sistema de bateras, casi
instantneamente, logrando que no se pierda la energa elctrica y que, en nuestro
caso, el centro de datos contine operando.
Existen diversos tipos, en cuanto a la configuracin interna y tiempo de respuesta,
en los que no adentraremos, ya que no es la finalidad de la tesis; pero destacamos
sus principales modos de operacin.
Normal: El equipo recibe directamente energa de la fuente principal y entrega
energa regulada desde el inversor. Batera. A causa de una falla presentada en la
fuente principal, el equipo estar recibiendo energa instantneamente del banco de
bateras. Cabe sealar que es importante considerar el alcance de las bateras en
tiempo de respaldo.
By pass: La carga es alimentada directamente de la fuente principal sin proteccin
de bateras. Esta condicin de operacin del sistema podra ser causada por una
falla en el inversor del equipo, capacidad excedida del equipo o transferencia
manual del equipo; que intencionalmente se haya realizado por mantenimiento.
Fig. No. 18. UPS de 650 kVA. EATON
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4.6 BANCO DE BATERIAS
Las bateras forman una parte importante de los centros de datos, ya que tienen
como funcin principal almacenar la energa que se utiliza en el disparo de los
interruptores, UPSs, plantas de corriente directa, etc, por lo que deben hallarse
siempre en ptimas condiciones de funcionamiento. Dichas bateras forman parte
de los servicios auxiliares de la subestacin.
En las subestaciones se pueden instalar bateras del tipo cido alcalino.
Antiguamente se instalaban en la mayora de los casos las de primer tipo por ser
las ms baratas y tenan una larga vida til, la cual es ligeramente inferior a las
alcalinas. Una ventaja de las del tipo cida es su caracterstica constructiva que
permite conocer el estado de la carga que almacena la batera en funcin de la
densidad del electrolito, pero tienen otros inconvenientes, como el mantenimiento,
se necesita disponer de locales ms amplios y que renan ciertas condiciones.
En la actualidad se emplean los acumuladores alcalinos (nquel-cadmio), perotodava es posible encontrar los primeros. Las bateras se instalan en un cuarto
cerrado, que forma parte del edificio principal de la subestacin, y lo ms cerca
posible de los tableros para reducir al mximo la longitud de los cables y por lo
tanto la posibilidad de la aparicin de sobretensiones, por acoplamiento capacitivo
o inductivo.
4.7 PDUS (POWER DISTRIBUTION UNIT)
Se trata de un equipo dispuesto con una entrada y mltiples salidas para alimentar
a los servidores dentro de un centro de datos, dependiente de la aplicacin este
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equipo puede estar construido dentro de un gabinete donde se alojan transformador
reductor y tableros derivados.
Fig. No. 19. PDU. 480220 V. Emerson.
Estos equipos ofrecen generalmente las facilidades para realizar la distribucin,
proteccin, monitoreo versatilidad, espacio, etc, dentro de los centros de datos loque lo hacen un componente de gran importancia.
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CAPTULO 5. CLIMATIZACIN EN CENTROS DE DATOS.
La climatizacin es un proceso de tratamiento del aire para establecer las
condiciones ambientales apropiadas para fines domsticos, comerciales,
industriales, de salud y ocio, mediante el control de la temperatura, humedad,
calidad y distribucin del aire en un determinado ambiente, teniendo como objetivo
tanto el confort de personas y animales, como satisfacer las necesidades de
determinado proceso o producto.Los sistemas de climatizacin dependen de varios factores:
Su funcin (climatizacin de confort; industrial)
poca del ao (sistemas de invierno; verano; integrados verano/invierno)
Tipo de equipos: sistemas centrales, individuales o combinados
Cargas trmicas.
La determinacin de las cargas trmicas es necesaria para la evaluacin de las
necesidades de calefaccin y refrigeracin en el local a climatizar, as como para la
seleccin de los equipos de acondicionamiento.
Ganancia o prdida de calor es la cantidad instantnea de calor que entra o sale
del espacio a acondicionar. Carga real o efectiva es, por definicin, la cantidad
instantnea de calor aadida o eliminada por el equipo. La ganancia instantnea yla carga real rara vez sern iguales debido a la inercia trmica o efecto de
almacenamiento o acumulacin de calor en las estructuras del edificio que rodean
el espacio acondicionado.
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Fuentes de carga trmica
E