Dcd2011 tco-rev-final-00

UPSestáticoxRotativo

Título

Simulação do Custo Total de Propriedade de um Datacenter padrão (1000 KVA)

Palestrante

Eng: Luis Tossi

DCD– AnalisedeTCOIntrodução

•Este trabalho irá apresentar o de TCO de um datacenter modelo de500 m2 de área de produção, com uma densidade de carga

de 2 KVA/m2. •O estudo será dividido em 2 partes, sendo a primeira com uma solução Convencional com uso de UPS estático + GMG;•A segunda parte irá apresentar o estudo de TCO de uma solução com UPS rotativo;

DCD– AnalisedeTCOPremissasbásicas

•Não serão utilizados valores em moeda corrente mas sim porcentagem dovalor total investido. •Os custos de manutenção/reposição serão mostrados em porcentagem do Valor de aquisição/ano do insumo analisado e não do custo total do investimento;•O valor de custos de reposição de peças também serão expressos emporcentagem do custo de aquisição dos equipamentos em análise;•Custos de energia elétrica serão expressos em moeda corrente;•Não iremos computar custos de projetos. •Custos de gerenciamento de instalação estão diluídos proporcionalmente nos insumos utlizados;•Serão mostrados os custos de instalação (incluindo materiais e mdo) em porcentagem dos custos total do investimento inicial;

DCD– AnalisedeTCO•A primeira instalação a ser analisada será um sistema dual N+N de 1000 KVA.

•Este sistema será composto de uma usina de 4 geradores de 1250 KVA (3+1) com transferência automática (via ATS) – redundantes, formando alimentação em anel.

•A Parte de média tensão utilizará transformadores de 13,8 KV para 480 V;

•Transformadores 2 + 1 de 1000/1200 KVA cada;

•As cargas serão em sua maioria dual power com apenas 1 PDU de 225 KVA paracargas single power;

•Os PDUS serão modularizados em 6 x 225 KVA;

DCD– AnalisedeTCOUnifilar1-Padrão

DCD– AnalisedeTCOGMG

•Custo de aquisição de equipamentos 25 % do capex investido (incluindo Quadros de Transferência, proteções e chaves ATS)

•Custo de instalação de GMG (incluindo cabos/barramentos) infra estrutura e mdo.

5 % do Capex investido;

•Manutenção de GMG e componentes associados;

•Contrato de manutenção preventiva (trimestral) / corretiva (atendimento em 4h)sem peças inclusas (1,5 % do custo GMG )

•Custos de materias em manutenções planejadas ano (0,5 % do Custo GMG);

•Custos de materias não planejados ano (0,5 % Custo GMG)

•Custo total de manutenção GMG = 2,5% x 25% (Capex) = 0,625%

DCD– AnalisedeTCOTransformadoreseQuadrosdeMédia/Baixatensão

•Custo de aquisição de equipamentos 22% do capex investido (transformadores, quadros de média tensão, subestacão, quadros de baixa Tensão)

•Custo de instalação de trafos e quadros (incluindo cabos/barramentos até distrIbuição de BT) infra estrutura e mdo. em 5% do Capex investido;

•Manutenção de Média/Baixa tensão e componentes associados;

•Contrato de manutenção preventiva + corretiva e operação de utilidades elétrica (com plantonistas p/ operação), sem peças inclusas ( 3 % do custo MT/BT). Operação Elétrica + refrigeração.

Não incluso manutenções das especialidades (UPS+GMG+MT+outros).

•Çustos de materias associados as manutenções planejadas ano (0,25 %Custo AT/BT);

•Custos de materiais não planejados ano (0,25% Custo MT/BT)

•Custo total de Manutenção = 3,5% x 22% (Capex) = 0,77% Capex total

DCD– AnalisedeTCOUPS

•Custo de aquisição de equipamentos 9% do capex investido (4 x UPS de 500 KVA com autonomia de 10 min por sistema a plena carga;

•Custo de instalação de UPSs e quadros (incluindo cabos/barramentos, quadros de saída das UPS e quadros de By Pass ) infra estrutura e mdo. em 4 % do Capex investido;

•Manutenção de UPS e componentes associados;

•Contrato de manutenção preventiva (trimestral) / corretiva (atendimento em 4h)sem peças inclusas ( 5 % do custo do sistema UPS / ano).

•Çustos de materias associados as manutenções planejadas ano (% do Custo do sistema UPS)

•Troca de baterias a cada 5 anos – 15% do valor inicial do conjunto;•Troca de capacitores a cada 7 anos – 3 % do valor inicial do conjunto;•Troca de ventiladores a cada 4 anos – 2% do valor inicial do conjunto;•Custos de materiais não planejados ano 0,5 % do valor inicial do conjunto;

DCD– AnalisedeTCOUPS

•Para cada 15 anos de uso de um sistema UPS exposto teremos um custo de manutenção total de:75 % (CM) + 2 x 15% (Baterias) + 2 x 3% (Capacitores) + 3 x 2% (ventil) + 7,5% (outros) = 124,5% do valor inicial investido em 15 anos.Uma média de 8,3% ano apenas em manutenções e reposições. Custo manutenção UPS = 8,3% x 9 % (capex total) = = 0,747 % Capex Total

DCD– AnalisedeTCOPDUSeMonitoração

•Custo de aquisição de equipamentos 4 % do capex investido (6 x PDUS de 225 KVA, Todos com disjuntores, plug in, trafo Isolador abaixador de 480V/120V, fator K20,Com Irush 5 x In, sistema de monitoração por circuito) uma chave STS de 400 A e seu respectivo PDU SW 225 KVA. Uso de RPPS de 75 a 125 KVA.

•Custo de instalação de PDUs e quadros RPPS (incluindo cabos/barramentos) infra estrutura e mdo já incluso nos custos de materiais e mdo de BT/MT;

•Manutenção de PDUs e componentes associados;

•Contrato de manutenção preventiva (trimestral) / corretiva (atendimento em 4h)sem peças inclusas ( 0,5% do Custp PDUs).

•Çustos de materias associados as manutenções planejadas ano (0,5% do PDUs)

•Custo Manutenção PDUS = 1% x 4% (Capex)= 0,04% Capex

DCD– AnalisedeTCORefrigeração– Precisão+Conforto

•Custo de aquisição de equipamentos 10 % do capex investido (10 x 30 TR FAN COIL) + Chillers + componentes associados+ sistema de AC de conforto + automação/controle + + acessórios)

•Custo de instalação e mdo de todo o sistema de refrigeração incluindo materiais8 % do capex.

Custo de manutenção do sistema de refrigeração:

•Contrato de manutenção preventiva (trimestral) / corretiva (atendimento em 4h)sem peças inclusas ( 3% do Custo Ar ano).

•Çustos de materias associados as manutenções planejadas ano (2% do Custo Ar)

•Custo de Manutenção ARCON = 5% x 10% (Capex) = 0,5% Capex total/ano

DCD– AnalisedeTCOTCOCapex+Opex

•Custo total de implantação (100%) elétrica + Refrigeração:•Média tensão + Trafos + BT = 27% •GMG e transferências = 30%•UPS + Quadros = 13 %•PDUS + quadros = 4%•Ar Condicionado = 18%•Demais utilidades (combate, Acesso, Instalações, etc) + Comission. = 8%

•Custos operacionais ano (porcentagem do Capex Total): •Manutenção/Operação de Eletrica + GMG + utilidades = 0,77% •Manutenção UPS + PDUS = 0,787%•Manutenção GMG = 0,625%•Manutenção ARCON = 0,5%

• Custos totais de manutenção de facilities ano = 2,682% do investimento inicial

DCD– AnalisedeTCOEficiênciaenergética

•Analise de eficiência energética:

•Vamos considerar o uso de UPSs de alta eficiência trabalhando no modo dupla conversão

•Carregamento total dos trafos de entrada em 66% (2+1).Perdas em trafos de entrada + cabos até alimentação de UPSs e Ar Condicionado = 1%= 0,001 x 2000 KVA = 20 KVAPerdas nas UPSs = 3% = 0,02 x 720 KVA = 21,6 KVAEnergia consumida na refrigeração do sistema UPS = 1,3x 21,6 KVA = 28,08 KVAPerdas nos PDUS 2% = 14,4 KVAPerdas na distribuição do datacenter (desprezivel)

Perdas totais em todo o circuito de alimentação

Perdas totais = 20 + 21,6 + 28,08 + 14,4 = 84,08 KVA x 0.9 = 75,67 KW

Total = 75,67 x 24 x 365 x 0,25 = R$ 165.721,00 / Ano.

Total em 15 anos = R$ 2.485.825,00 (PERDAS)

DCD– AnalisedeTCOUsodeUPSrotativas

•As premissas básicas da instalação não mudarão.

•Datacenter com carga instalada de 1000 KVA, majoritáriamente composto de Cargas Duais.

•Os geradores e UPSs serão substiuídos por 3 UPS rotativos de 1000 KVA ligados em paralelo Isolado (de acordo com o diagrama a seguir).

•A Parte de média tensão mantém a mesma;

•As cargas serão em sua maioria dual power com apenas 1 PDU de 225 KVA paracargas single power + 6 PDUS de 225 KVA para cargas duais.

•Ar condicinado utilizando a mesma solução anterior.

•Quadros de média tensão, baixa tensão, instalações e etc permancerão os mesmos,Excetos os que necessitam ser alterados para o uso da nova solução.

UPSESTÁTICA

Rede

GrupoGeradorDiesel

BancosdeCapacitores

ATSUPSEstática

PainéisdeDistribuição

Baterias +Arcond. +Combate Incêndio. +Iluminação especial

SaladeBaterias

Carga

NO-BREAKKS®

UPSROTATIVANO-BREAKKS®

BobinadeReatância

DCD– AnalisedeTCOUnifilar– Soluçãorotativa


•Nesta solução não são utilizadas UPS estáticos nem GMG.

•Os UPS rotativos utilizados neste modelo têm um ramo de UPS (sem interrupção)e também têm um ramo que alimenta cargas apenas pelo GMG (com interrupção)este ramo é utilizado para alimentar as cargas não críticas (ARCON, Iluminação, etc)

•Esta solução é chamada de paralelo isolado devido ao uso dos indutores de acoplamento.

•As cargas críticas sempre tem a opção de redundância de uma UPS e também do ;Terceiro UPS que se conecta quando necessário via os indutores de acoplamento.

•Quadros de média tensão, baixa tensão, instalações e etc permanecerão os mesmos,Excetos os que necessitam ser alterados para o uso da nova solução.

IP-BusStar,BaixaTensão,TierIII

DCD– AnalisedeTCOUnifilar– Soluçãorotativa


•Custo de aquisição de equipamentos 22% do capex investido (transformadores, quadros de média tensão, subestacão,quadros de baixa Tensão, barramentos e cabosde saida até distrIbuição de BT. )

•Custo de instalação de trafos e quadros (incluindo cabos/barramentos) infra estrutura e mdo. em 5% do Capex investido; Custo total inalterado em relação a solução anterior

•Custo de aquisição de equipamentos 4 % do capex investido (6 x PDUS de 225 KVA, Todos com disjuntores, plug in, trafo Isolador abaixador de 480V/120V, fator K20,Com Irush 5 x In, sistema de monitoração por circuito) uma chave STS de 400 A e seu respectivo PDU SW 225 KVA

•Custo de instalação de PDUs e quadros RPPS (incluindo cabos/barramentos) infra estrutura e mdo já incluso nos custos de materiais e mdo de BT/MT;Custo total inalterado em relação a solução anterior


•Custo de aquisição de equipamentos 10 % do capex investido (10 x 30 TR FAN COIL) + chillers e componentes associados + sistema de AC de conforto + automação/controle + acessórios)

•Custo de instalação e mdo de todo o sistema de refrigeração incluindo materiais8 % do capex.

Custo total inalterado em relação a solução anterior


•Custo de aquisição de 3 UPS rotativos de 1000 KVA + Quadros de IP + start up e comissionamento do Sistema em % do Capex total = 39%

•Custo de instalação e mdo de todo o sistema de UPS rotativos 4 % do capex.


•Custo total de implantação (100%) elétrica + Refrigeração:

•Média tensão + Trafos + BT = 27% •UPS Rotativo ( Sistema completo)= 43 %•PDUS + quadros = 4%•Ar Condicionado = 18%•Demais utilidades (combate, Acesso, Instalações, etc) + Comission. = 8%

•Como pode ser notado as porcentagens pouco variam, pois os custos totais se equivalem, ou seja, GMG + UPS = UPS Rotativo completo


•Manutenção de UPS e componentes associados;

•Contrato de manutenção preventiva (trimestral) / corretiva (atendimento em 4h)sem peças inclusas ( 1,6 % Custo de aquisição).

•Troca de materiais planejados do motor/alternador/acumulador (exceto troca do acumulador) em 15 anos– 6,5% do valor inicial do conjunto;

•Troca de peças do PLC e painel de controle em 15 anos – 1,5 % do valor inicial do conjunto – incluindo reposição de pecas por falhas;

•Troca do Acumulador em 15 anos – 13% do valor inicial do conjunto;


•Para cada 15 anos de uso de um sistema UPS exposto teremos um custo de manutenção total de:

24 % (CM) + 13 % (Acumulador) + 8 % (materiais + mdo) = 45% do valor inicial investido em 15 anos.

Uma média de 3% ano apenas em manutenções e reposições.

•Totalizando 3 % x 39 % = 1,17 % Capex Total


•Custos operacionais ano (porcentagem do Capex Total):

•Manutenção/Operação de Eletrica + utilidades = 0,77%

•Manutenção UPS + PDUS = 1,17 + 0,04 = 1,21%

•Manutenção ARCON = 0,5%

•Custo total de manutenção/operação ano = 2,48% capex. (Contra 2,682% da solução anterior)


•Custos de perdas em eficiência energética;

Uma UPS Rotativa não alimenta a carga durante a presença de rede, porém para manter-se funcionando consome 3% de sua potência nominal.

Cada lado de UPS terá uma perda de (1000kVA *3,5%) = 35 kVA*FP0,9 = 31,5kW Perdas ano 31,5 KW x 24 h x 365 = 275940KWh

Custos = 275940 x R$ 0,25 = R$ 68.985,00 (cada lado de UPS)

Para 15 anos de operação teremos R$ 2.069.550,00 em perdas energéticas.

Consumo de diesel de 224 litros/hora por UPS a carga nominal.

DCD– AnalisedeTCOEficiênciaenergética– Solução2

•Analise de eficiência energética:

•Carregamento total dos trafos de entrada em 66% (2+1).Perdas em trafos de entrada + cabos até alimentação de UPSs e Ar Condicionado = 1%= 0,001 x 2000 KVA = 20 KVA

Perdas nas UPSs = 3% = 0,03 x (720 + (720 x 1,3)) KVA = 0,03x 1656 = 49,68 KVA

Perdas da UPS até PDUs (desprezivel)

Perdas nos PDUS 2% = 14,4 KVA

Perdas totais = 20 + 49,68 + 14,4 = 84, KVA x 0.9 = 75,67 KW

Total = 75,67 x 24 x 365 x 0,25 = R$ 165.721,00 / Ano.

Total em 15 anos = R$ 2.485.825,00 (PERDAS)

DCD– AnalisedeTCOConclusão- Comparação

DCD– AnalisedeTCOConclusão

•Os custos de investimentos nas duas soluções são praticamente idênticas, sendo a solução 2 1% mais em conta; •Os custos de manutenção e operação das duas soluções são praticamente iguais, porém existe uma pequena diferença para a solução com UPS rotativa, de 0,2% ao ano.•Ambas as soluções oferecerão uma disponibilidade bastante similar.•Se forem utilizadas UPS estáticas de alta eficiência, trabalhando em Digital interative, a solução com UPS estática (98%) é mais eficiente que a opção com UPS rotativo (97%).

DCD– AnalisedeTCO

•Agradecimentos pela colaboração

•Clemar Engenharia– Eng. Indio Lucio ( [email protected])•EuroDiesel – Eng. Fernando Wendt ([email protected])•Gerencial Engenharia – Eng. José Luiz De Martini ( [email protected])•HDS Sistemas de Energia – Daniel Strithorst ([email protected])•Stemac – Fabio Amandio ([email protected])•TC Solutions - Jayme Cosceli ([email protected])

•Palestrante – Eng. Luis Tossi•[email protected]•Fone – 41 9205 7090

Dcd2011 tco-rev-final-00

Engineering

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