Por menos de 100 Reais, garanta o fornecimento ininterrupto de energia para seu sistema de CFTV.
Uma solução mais simples e mais eficiente que os melhores no-breaks do mercado. E com 10 horas de autonomia!
É preciso instalar um no-break?
Sim, com certeza.
Qualquer sistema de segurança, seja de CFTV, alarme, controle de acesso, choque, etc. só se torna eficiente se for dimensionado para operação 24/7, mesmo se faltar energia.
Daí a necessidade do no-break.
No caso de um sistema de CFTV, todas as câmeras, DVRs ou NVRs, conversores de sinal ativos, switches e qualquer outro equipamento que necessite de uma fonte de energia para operar deverá estar conectado ao sistema de no-break.
Como o no-break funciona?
Basicamente, o no-break ou UPS em inglês (Uninterrupted Power Supply – Fornecimento de energia sem interrupção), é instalado entre a entrada de alimentação dos equipamentos do sistema de CFTV e o ponto de energia elétrica.
Além de fornecer a alimentação para os equipamentos, o no-break também carrega um banco de baterias. Quando ocorre uma interrupção no fornecimento de energia, o no-break imediatamente passa a utilizar a carga das baterias para continuar fornecendo energia para o sistema.
Potência do no-break
A potência do no-break deve ser dimensionada conforme o consumo dos equipamentos em VA (Volt – Amperes).
Por exemplo, um no-break de 600 VA é suficiente para alimentar um conjunto computador / monitor / impressora.
Como calcular a potência do no-breakPara cada equipamento, multiplique a tensão de alimentação pela corrente de consumo.
Exemplo: Câmera 12 VDC, 0,5 A = 12 x 0,5 = 6 W
DVR 12 VDC, 3 A = 12 x 3A = 36 W
Portanto, um DVR com 16 câmeras de 0,5 A consome 36 + (16×6) = 132 W
Para se obter a capacidade mínima do no-break em VA, divida 132 por 0,7 = 188 VA
Autonomia do no-break
Quando o no-break começa a utilizar as baterias para fornecer energia para os equipamentos, obviamente, elas começam a se descarregar.
Esse tempo que as baterias levam para se descarregar, suspendendo o fornecimento de energia, é chamado de autonomia do no-break.
Os no-breaks para computadores – normalmente com baterias internas – costumam ter uma autonomia de cerca de 15 minutos, mais do que suficiente para salvar seus trabalhos e desligar o computador, pois esse é o objetivo deles: Evitar que você perca seu trabalho atual quando faltar energia.
Esse tipo de raciocínio não se aplica para um sistema de segurança, que deve se manter operante até que o fornecimento de energia seja restabelecido.
O que se sugere é uma autonomia de no mínimo 10 horas, mais do que suficiente para a maioria das situações. Neste caso, os no-breaks costumam utilizar um banco de baterias externo, devido à maior capacidade de corrente exigida.
Classes de no-break
Existem 2 classes de no-breaks:
– No-breaks off-line, mais simples e baratos.
– No-breaks online, mais sofisticados e confiáveis, nos quais se baseia a solução aqui oferecida.
Os no-breaks off-line são os mais utilizados em sistemas de CFTV.
No-break standby (off-line)
Neste no-break, uma chave automática fica normalmente comutada para receber a entrada de energia da rede e passá-la para os equipamentos. Na falta de energia essa chave comuta para receber a alimentação das baterias através de um circuito inversor.
Na verdade esse tipo de equipamento não poderia ser chamado de no-break, pois existe uma breve interrupção no fornecimento de energia no momento da comutação. Então o nome mais adequado para ele seria short-break (pequena interrupção).
Porém, por ser muito pequena, em torno de 5 milissegundos, essa interrupção acaba sendo compensada pelo circuito eletrônico das fontes de alimentação.
O problema é que um no-break standby em condições normais de fornecimento de energia, ou seja, na maior parte do tempo, não evita que as flutuações de tensão diárias diminuam a vida útil dos equipamentos.
Por isso ele é recomendado mais para pequenos equipamentos de escritórios e residências.
No-break de dupla conversão (online)
O no-break de dupla conversão é assim chamado pois a energia elétrica de entrada, que é AC (corrente alternada) é convertida em DC (corrente contínua) e reduzida para 12 V para alimentar as baterias.
As baterias, por sua vez, são ligadas à um circuito inversor que reconverte a tensão DC de 12 V novamente em AC, também elevando-a novamente para o nível da tensão de entrada que no exemplo abaixo é de 110 VAC.
Como a tensão senoidal é regenerada no conversor, sua forma de onda é limpa e bastante estável. Muito melhor do que a energia fornecida pela rede elétrica.
Por esse motivo, esse tipo de no-break é mais utilizado em aplicações críticas, tais como servidores, hospitais e outros equipamentos que precisam operar 24 horas por dia.
Sistemas de CFTV também precisam operar 24 horas por dia e, portanto, também deveriam utilizar esse tipo de no-break que,
por ser muito caro*, acaba se tornando proibitivo para aplicações em CFTV.
* Devido à maior complexidade de seu circuito, no-breaks de dupla conversão não conseguem ter um preço competitivo quando projetados para potências menores, sendo mais encontrados nas potências de 5 a 10 KVA.
Em busca do no-break ideal
Como vimos acima, por falta de opção mais viável, sistemas de segurança estão usando no-breaks offf-line, que não são adequados para aplicações 24/7.
O ideal seria utilizar algo parecido com os no-breaks online, porém a um custo igual ou inferior a um no-break off-line. Esse era o desafio.
Um fato que chamou minha atenção é que equipamentos utilizados em sistemas de segurança (câmeras, controladores de acesso, sensores, etc.) têm uma característica peculiar se comparados à outros tipos de equipamentos: Todos eles são alimentados em 12 VDC, ou seja, sempre existirá uma fonte de alimentação 12 VDC, ligada à saída do no-break.
A solução pode estar aí…
Analisando o circuito de um no-break online conectado à uma fonte 12 VDC:
Vemos que a alimentação passa pelas seguintes etapas até chegar nos equipamentos:
a. Entra 110 VAC;
b. O circuito 1 reduz a tensão para 12V e a transforma em corrente contínua (DC);
c. A tensão 12 VDC carrega o banco de baterias e é aplicada na entrada do inversor;
d. O circuito 2, que é o inversor, transforma novamente a tensão em AC e também a eleva novamente para 110 VAC, aplicando-a na entrada da fonte 12 VDC;
e. O circuito 3, que é uma fonte de alimentação, converte novamente a tensão em corrente contínua (DC) e a reduz novamente para 12 V
Reparem as palavras novamente que eu propositadamente grifei em negrito.
Se os equipamentos de segurança trabalham com 12 VDC, para que precisamos de um inversor? Para transformar novamente a tensão 12 VDC em 110 VAC para que a fonte depois transforme-a novamente em 12 VDC? Por que não alimentar os equipamentos diretamente na bateria, eliminando os circuitos 2 e 3?
Ficaria um no-break muito mais simples e eficiente, pois circuitos eletrônicos não são 100% eficientes; uma parte da energia que passa por eles é dissipada em calor. Sendo assim, quanto menos circuitos tivermos, mais eficiente, econômica (menor consumo de energia) e ecológica será a solução.
O circuito final ficaria assim:
Ao invés de um no-break e uma fonte, seria necessário apenas um carregador de bate
O fusível de proteção é necessário para evitar que um curto na instalação coloque os terminais das baterias em curto.
Para dimensioná-lo, divida o valor da corrente de consumo das câmeras por 0,75. Se não coincidir com um valor de mercado, escolha o valor mais próximo acima.
Exemplo: Se sua instalação consome, no pior caso (IRs das câmeras acionados), uma corrente de 10 A, então escolha um fusível de no mínimo, 13,33 A. Provavelmente, o valor de mercado mais próximo será de 15 A.
Não esqueça de redimensionar o fusível sempre que acrescentar mais itens no sistema, pois a corrente de consumo irá aumentar.
Dimensionando o no-break ideal
Agora só faltava dimensionar esse carregador de baterias e definir a capacidade das baterias (Ah);
Como essa não é a minha especialidade, pedi a ajuda de um colega, engenheiro eletrotécnico, que é considerado um dos maiores entendidos em baterias no Brasil.
As informações que ele me passou foram:
– Qualquer fonte de alimentação pode ser utilizada como carregador de baterias, desde que sua saída seja regulável e esteja ajustada para a tensão de carga das baterias. Uma boa sugestão são aquelas fontes tipo gaiola, que são oferecidas com capacidades entre 5 a 30 A e sua saída pode ser ajustável entre 10,6 a 14 VDC através de um trimpot.
– A tensão de cada elemento das baterias estacionárias varia de 1,75 a 2,25 VDC. Como são seis elementos, o trimpot da fonte (V ADJ na foto acima) deve ser ajustado para uma tensão de saída de 13,5 VDC.
Fonte como carregador de baterias?
À essa altura você deve estar pensando: – Não vai funcionar! Quando a bateria estiver totalmente carregada, a fonte vai continuar enviando corrente, o que vai acabar queimando a bateria!
A corrente elétrica só circula quando existe uma diferença de potencial entre 2 pontos. Quando a bateria estiver carregada, ela estará com uma tensão de 13,5 VDC, que é a mesma tensão da fonte.
Se as tensões são idênticas, a corrente elétrica deixará de circular entre a fonte e a bateria.
Por isso é extremamente importante que a fonte esteja regulada em 13,5 VDC.
ATENÇÃO: NUNCA UTILIZAR BATERIAS AUTOMOTIVAS EM NO-BREAKS!
Mais detalhes no quadro no final deste artigo
– A melhor condição de operação para uma bateria estacionária é quando os equipamentos conectados à ela consomem no máximo 10% de sua capacidade total, o que dá uma autonomia de 10 horas, tempo bastante razoável para se manter um sistema de segurança em operação durante uma queda de energia.
– O banco de baterias deve trabalhar com uma folga de 70%, pois não há como garantir que as baterias estarão com sua carga máxima quando ocorrer uma queda de energia.
Por exemplo, se a soma das correntes de consumo das câmeras mais o DVR for igual a 5 Ah, para que o banco de baterias trabalhe fornecendo 10% de sua capacidade, ele deve ser de no mínimo 10 x 5 Ah = 50 Ah. Mas, para se ter uma folga de 70% => 50 Ah / 0,7 = 71,42 Ah.
– Dimensionar a fonte de alimentação para trabalhar com até 80 % de sua capacidade máxima, para que sua vida útil não seja comprometida.
Por exemplo, uma fonte de 10 A deve trabalhar com uma carga máxima de 8 A.
Do exposto acima, podemos tirar as seguintes conclusões:
A corrente da carga (soma da corrente de consumo dos equipamentos) somada à corrente de carga da bateria não deve ultrapassar 80% da corrente da fonte.
Como a corrente de carga da bateria deve ser 10% da capacidade da bateria:
Corrente da carga + 10% da capacidade da bateria = 80% da capacidade da fonte (1)
Por outro lado, para que a autonomia seja de 10 horas, o consumo da carga vezes 10 não deve ultrapassar 70 % da capacidade da bateria (2)
Colocando os enunciados acima como fórmulas, sendo L, a corrente da carga; B, a capacidade da bateria e F, a capacidade da fonte, todos em Amperes, temos:
(1) L + 0,1 B = 0,8 F
(2) 0,7 B = 10 L => B = 10 L / 0,7
Substituindo B da equação (2) na equação (1) teremos:
L + 0,1 x ( 10 L / 0,7) = 0, 8 F => L + L / 0,7 = 0,8 F => F = 1,7 L / 0,56 (3)
Então, somando todos as correntes de consumo dos equipamentos a serem alimentados, saberemos a valor da carga L, que aplicado na equação (3) nos informará a capacidade mínima da fonte.
Para se saber a capacidade do banco de baterias, basta informar o valor da carga na equação (2).
Exemplo 1:
Calcular a capacidade mínima da fonte de alimentação e do banco de baterias necessário para alimentar por 10 horas um sistema de CFTV composto por:
– 1 DVR 16 canais que consome 3 A (A fonte externa do DVR não será utilizada, pois ele será ligado diretamente ao sistema no-break) ;
– 4 câmeras IR 50 m, que consomem 0,5 A cada;
– 12 câmeras IR 15 m, que consomem 0,3 A cada.
Solução:
1 – Determinar L (consumo total do sistema): L = 3 + (4 x 0,5) + (12 x 0,3) => L = 8,6 Ah
2 – Obter a capacidade mínima da fonte, aplicando o valor de L na fórmula (3): F = 1,7 x 8,6 / 0,56 => F = 26,1 A
3 – Pela fórmula (2) obter a capacidade do banco de baterias: B = 10 x 8,6 / 0,7 => B = 123 Ah
Portanto, para esse sistema, deve-se utilizar uma fonte de 30 A conectada à 2 baterias de 65 ou 70 Ah* ligadas em paralelo.
* ATENÇÃO: Escolha sempre uma bateria de capacidade igual ou pouco superior ao valor obtido no cálculo.
O fusível de proteção será de no mínimo 11,46 A (8,6 A / 0,75)
Exemplo 2:
Tenho uma fonte de 10 A sobrando, que gostaria de usar como no-break. Como calcular qual é a corrente máxima da carga que ela pode suportar e qual a capacidade das baterias que terei que comprar?
Solução:
1 – Temos F = 10 A
2 -Aplicar F na fórmula (3): 10 = 1,7 L / 0,56 => L = 5,6 / 1,7 => L = 3,29 Ah
3 – Pela fórmula (2) obter a capacidade do banco de baterias: B = 10 x 3,29 / 0,7 => B = 47 Ah
Portanto, uma fonte de 10 A carregando uma bateria de 50 Ah pode suportar uma carga de até 3,29 Ah por 10 horas.
Essa configuração deve ser suficiente para alimentar, por exemplo, um DVR de 4 canais com 4 câmeras ligadas à ele.
Instalando baterias estacionárias
Os fabricantes recomendam que as baterias estacionárias sejam instaladas em ambientes com temperatura controlada (ar condicionado), já que sua temperatura padrão de funcionamento é em torno de 25°C.
A vida útil de uma bateria estacionária cai pela metade para cada 10 graus acima da temperatura padrão.
A utilização da tecnologia AGM (eletrólito imobilizado através da absorção no separador de fibra de vidro), que impede o vazamento do eletrólito, permite que algumas baterias estacionárias sejam montadas na posição deitada, em prateleiras, economizando espaço no chão da sala.
Lição de casa
Refaça os cálculos do exemplo 2 para fontes de 20 e 30 amperes.
Depois faça uma tabela com os 3 modelos de fontes (10, 20 e 30 A), a capacidade máxima de carga que cada uma pode suportar e a capacidade das baterias para cada uma.
Assim você já saberá de antemão qual configuração você deverá utilizar em seus próximos projetos.
Conclusão
A solução aqui apresentada tem várias vantagens em relação às 2 classes de no-breaks acima mencionadas:
– Não há interrupção no fornecimento de energia, como ocorre no no-break off-line (short break);
– Custo inferior à qualquer no-break de mercado;
– Funcionamento semelhante ao no-break online;
– Mais econômico, ecológico e eficiente que a configuração com o no-break online, pois tem 2 circuitos a menos;
É claro que essa solução só pode ser aplicada para equipamentos que trabalham com tensão 12 VDC. Porém, salvo alguns DVRs baseados em PC ou DVRS stand alone top de linha, a maioria dos equipamentos utilizados em sistemas de segurança trabalha com essa tensão.
Por que não se deve utilizar baterias automotivas em no-breaks
1 – As tensões são diferentes. Baterias estacionárias são formadas por células de 2,25 VDC cada, num total de 13,5 VDC para 6 células. Já as baterias automotivas são formadas por 6 células de 2,4 VDC cada, num total de 14,4 VDC.
2 – Baterias automotivas, mesmo as seladas, liberam gases tóxicos (hidrogênio e vapor de ácido sulfúrico), que se dispersam sob o capô dos automóveis. Porém, o no-break geralmente fica na sala de segurança, dividindo o mesmo espaço que os operadores do sistema.
3 – Baterias automotivas são projetadas para estarem sempre carregadas, em torno de 90 a 100% de sua capacidade total, função exercida pelo alternador. Quando ocorre uma queda de energia, o no-break submete as baterias à um regime de descarga que não foi previsto para ser suportado por baterias automotivas . Outra coisa que não foi prevista e que vai comprometer a vida útil da bateria do seu carro é você deixar o som ligado no último volume por várias horas com o carro parado… Já as baterias estacionárias são projetadas para ciclos de descarga profundos, podendo chegar a 20 % de sua carga total sem que sua vida útil seja prejudicada.
4 – Nas baterias automotivas, as placas ficam em uma solução de ácido sulfúrico, sendo importante a agitação dessa solução, o que acontece com a movimentação do veículo. Se forem utilizadas em no-break, a falta de agitação dessa solução causará sedimentação, prejudicando a vida útil da bateria.
5 – Pelos motivos explicados nos itens 3 e 4, a maioria dos fabricantes de baterias automotivas costuma dar de 12 a 18 meses de garantia para uso automotivo e apenas 3 meses para uso estacionário. O texto abaixo foi transcrito do manual de uma bateria automotiva: “Baterias utilizadas em sistema estacionário tais como: alimentação de TV, Rádio, Som, Etc., terão garantia de apenas 3 meses a partir da data de venda.”
6 – Baterias automotivas têm uma vida útil média de 2,5 anos. Baterias estacionárias duram em média 6 anos.
7 – Baterias automotivas têm que ser montadas no chão, lado a lado, o que ocupa grande espaço na sala. Baterias estacionárias podem ser montadas deitadas, em prateleiras, ocupando um espaço muito menor (consulte o fabricante para saber se a bateria adquirida atende essas condições).
Fonte e credibilidade: http://www.institutocftv.com.br/no-break.html