Cada vez es más frecuente usar las redes de datos, habitualmente construidas en base a cables de par trenzado tipo UTP ó FTP, también para alimentar remotamente equipos o dispositivos usando tecnologías tipo PoE (Power Over Ethernet) o similar.
En este documento se valorarán y considerarán las caídas de tensión introducida por los cables de par trenzado, y se darán recomendaciones sobre su uso.

Introducción
Desde hace años y cada vez con más frecuencia, se usan las redes de datos implementadas en oficinas con cableado estructurado formados por cables de par trenzado, también para alimentar dispositivos preparados para recibir alimentación a través de su puerto de comunicaciones, evitando de esta forma la necesidad de implementar un cableado en paralelo para la alimentación de estos dispositivos.
En Junio del 2003, se aprobó el estándar IEEE 802.3af por el que se establecen las características de los equipos y tecnología PoE, aunque existen otros protocolos propietarios de algunos fabricantes que persiguen el mismo objetivo, usar el propio cable de red para alimentar el equipo conectado, es decir, la tele-alimentación.
Hoy en día esta tecnología está muy implantada y existen multitud de aplicaciones y dispositivos preparados para ser alimentados a través del propio puerto de red.

Algunos ejemplos se muestras a continuación:
- Teléfonos IP
- Cámaras IP
- Puntos de Acceso WiFi
- Sistemas de Acceso y Monitorización
- Terminales Punto de Venta
- Iluminación
- Automatización industrial y de edificios

Las ventajas de PoE son:
? Alimentación y comunicaciones de datos sobre el mismo cable
? No es necesario alimentación externa
? Mayor control sobre el dispositivo
? El dispositivo puede ser movido a otro lugar fácilmente
? Gestión de alimentación y monitorización vía SNMP
? No es necesaria la actualización del cableado (Cat5 o superior)

Sin embargo, y con la proliferación de este tipo de dispositivos que cada vez consumen más energía la consideración de la caída de tensión que introduce el cable de red y con ello el mayor consumo del dispositivo, es un dato muy a tener en cuenta sobre todo en la instalación de un nuevo cableado, donde las características de este cableado pueden incurrir en una mayor o menor caída de tensión, por tanto en un gasto superior o inferior de energía eléctrica que en definitiva repercutirá en un ROI (Retorno de la Inversión) inferior o superior. En los siguientes puntos se analizarán entornos y ejemplos concretos donde, en función del cableado usado, el gasto de energía será mayor y menor.

Dispositivos PoE

Prácticamente todos los protocolos PoE, propietarios o no, trabajan con similares tensiones de alimentación, esto es, tensión entre 36 y 60 VDC, es decir una tensión media de unos 48 VDC. En cuanto a los consumos, pueden ser muy diversos dependiendo del tipo de dispositivo a alimentar. Para realizar los distintos ejemplos y escenarios, vamos a tener en cuenta distintos dispositivos con consumos muy dispares.

'

Cálculos Justificativos

Como se ha comentado anteriormente, todo este tipo de dispositivos permiten alimentación remota usando el cable de red de par trenzado (UTP ó FTP), implementando protocolos de alimentación tipo PoE o similares. Realizaremos los cálculos con dos tipos de cables. Uno de ellos será un cable tipo UTP de Cat5E de SYSTIMAX, modelo PowerSUM 3061A (referencia 107573545), con un diámetro de conductor AWG24 (0.511 mm) y resistencia DC de 9.38 O/100m. El otro cable será tipo UTP de Cat6 también de SYSTIMAX, modelo GigaSPEED XL 3071E (referencia 700216450), con un diámetro de conductor AWG23 ( 0.573 mm) y resistencia DC de 7.61 O/100 m.

Para determinar la caída de tensión que ofrece el cable, debemos considerar tanto la resistencia que ofrece como por otro lado la longitud del cable. Consideraremos un entorno de oficinas donde los cableados estructurados suelen tener una longitud media por cable horizontal de 50 m, incluidos los latiguillos de conexión de ambos extremos.

Por último, es importante considerar como se inyectará la potencia por el cable, es decir, de los 8 hilos disponibles (4 pares) cuantos pares se usarán y de qué forma. Lo habitual a día de hoy en los protocolos PoE más usados (802.3af, 802.3at) es usar dos pares, de tal forma que un par se usará para inyectar la señal positiva (DC+) y el otro par se usará para inyectar la señal negativa (DC-). Veamos un ejemplo concreto en la siguiente tabla.

Ejemplo de pares usados en PoE Como ambos hilos del par usados para la inyección de potencia se conectar en paralelo en el dispositivo alimentador o fuente de alimentación y por tanto también en el dispositivo alimentado, debemos considerar que la resistencia del par será justo la mitad de la resistencia mostrada por cada hilo. Pero a su vez sumando las longitudes de cada par para obtener la resistencia DC total de los hilos de alimentación, resultará que la resistencia a considerar será justo la mostrada por cada hilo, es decir, 9.38 O/100m para el cable de Cat5e y 7.61 O/100m para el cable de Cat6. Como hemos considerado una longitud media de 50 m, la resistencia DC a considerar deberá ser 4.69 O para el cable de Cat5e y 3.8 O para el cable de Cat6.

Exposición de Resultados- AVAYA 1608 IP Deskphone

El teléfono IP de AVAYA consume una potencia de 4.93W si se conecta directamente a la fuente de alimentación, es decir, sin el cable de par trenzado de por medio. Con la tensión de alimentación media considerada, 48VDC, el consumo de este dispositivo será de (P=V*I) 0.1027 amperios. Por tanto, la corriente que circulará por el cable será de 0.1027 amperios, que sobre una resistencia de 4.69 O del cable de Cat5e, la potencia consumida por este cable sería de (P=R*I2) 0.05W . El cable de Cat6 dispone de una resistencia de 3.8 O, por lo que la potencia consumida será de 0.04W. Dicho esto, se puede concluir que el consumo total del teléfono IP de AVAYA será de 4.98W si el sistema de cableado es de Cat5e y de 4.97W si el sistema de cableado es de Cat6.

Exposición de Resultados - CISCO Unified IP Conference Station 7937G

El teléfono IP de CISCO consume una potencia de 7.85W si se conecta directamente a la fuente de alimentación, es decir, sin el cable de par trenzado de por medio. Con la tensión de alimentación media considerada, 48VDC, el consumo de este dispositivo será de (P=V*I) 0.1635 amperios. Por tanto, la corriente que circulará por el cable será de 0.1635 amperios, que sobre una resistencia de 4.69 O del cable de Cat5e, la potencia consumida por este cable sería de (P=R*I2) 0.125W . El cable de Cat6 dispone de una resistencia de 3.8 O, por lo que la potencia consumida será de 0.101W. Dicho esto, se puede concluir que el consumo total del teléfono IP de CISCO será de 7.97W si el sistema de cableado es de Cat5e y de 7.95W si el sistema de cableado es de Cat6.

Exposición de Resultados - CISCO Aironet 1600 802.11N 3x3

El punto de acceso WiFi de CISCO consume una potencia de 12.95W si se conecta directamente a la fuente de alimentación, es decir, sin el cable de par trenzado de por medio. Con la tensión de alimentación media considerada, 48VDC, el consumo de este dispositivo será de (P=V*I) 0.27 amperios. Por tanto, la corriente que circulará por el cable será de 0.27 amperios, que sobre una resistencia de 4.69 O del cable de Cat5e, la potencia consumida por este cable sería de (P=R*I2) 0.342W . El cable de Cat6 dispone de una resistencia de 3.8 O, por lo que la potencia consumida será de 0.277W. Dicho esto, se puede concluir que el consumo total del punto de acceso WiFi de CISCO será de 13.29W para cableado de Cat5e y de 13.23W si el sistema de cableado es de Cat6.

Exposición de Resultados - SONY Full HD PTZ 1080 HD, 1920x1080

La cámara IP de SONY consume una potencia de 25W si se conecta directamente a la fuente de alimentación, es decir, sin el cable de par trenzado de por medio. Con la tensión de alimentación media considerada, 48VDC, el consumo de este dispositivo será de (P=V*I) 0.521 amperios. Por tanto, la corriente que circulará por el cable será de 0.521 amperios, que sobre una resistencia de 4.69 O del cable de Cat5e, la potencia consumida por este cable sería de (P=R*I2) 1.27W . El cable de Cat6 dispone de una resistencia de 3.8 O, por lo que la potencia consumida será de 1.03W. Dicho esto, se puede concluir que el consumo total de la cámara IP de SONY será de 26.27W si el sistema de cableado es de Cat5e y de 26.03W si el sistema de cableado es de Cat6.

Exposición de Resultados - MHTL-PAN-2x2

También empiezan a aparecer en el mercado luminarias tipo LED que permiten ser alimentadas a través de un cable de par trenzado. En un punto más adelante se hablará de una de las soluciones comerciales disponibles en el mercado denominada RedWood. La luminaria de MHT consume una potencia de 48W si se conecta directamente a la fuente de alimentación, es decir, sin el cable de par trenzado de por medio. Con la tensión de alimentación media considerada, 48VDC, el consumo de este dispositivo será de (P=V*I) 1 amperio. Por tanto, la corriente que circulará por el cable será de 1 amperio, que sobre una resistencia de 4.69 O del cable de Cat5e, la potencia consumida por este cable sería de (P=R*I2) 4.69W. El cable de Cat6 dispone de una resistencia de 3.8 O, por lo que la potencia consumida será de 3.8W. Dicho esto, se puede concluir que el consumo total de la luminaria de MHT será de 52.69W si el sistema de cableado es de Cat5e y de 51.8W si el sistema de cableado es de Cat6.

Exposición de Resultados - LED 600 X 1200mm Recessed Davis

La luminaria de DAVIS consume una potencia de 80W si se conecta directamente a la fuente de alimentación, es decir, sin el cable de par trenzado de por medio. Con la tensión de alimentación media considerada, 48VDC, el consumo de este dispositivo será de (P=V*I) 1.67 amperios. Por tanto, la corriente que circulará por el cable será de 1.67 amperios, que sobre una resistencia de 4.69 O del cable de Cat5e, la potencia consumida por este cable sería de (P=R*I2) 7.83W. El cable de Cat6 dispone de una resistencia de 3.8 O, por lo que la potencia consumida será de 6.35W. Dicho esto, se puede concluir que el consumo total de la luminaria de MHT será de 87.83W si el sistema de cableado es de Cat5e y de 86.35W si el sistema de cableado es de Cat6.

Ahorros Anuales en Energía

Como se ha calculado en los puntos anteriores, la mayor resistencia de los cables de Cat5e frente a los cables de Cat6, repercute en una potencia consumida adicional. Esta potencia adicional es aproximadamente de un 20%. Valoremos a continuación los ahorros que puede ocasionar el uso de un sistema de Categoría6 sobre el uso de un sistema de Categoría 5e. Para ello debemos contemplar la diferencia de potencia consumida entre las dos soluciones de cableado, el tiempo sobre el que queremos realizar el cálculo, el coste de la energía y el número de dispositivos. La fórmula que resume todo sería algo como lo siguiente:

((Diferencia de Potencia consumida por el Cableado) x (horas por día x días por año) / 1000 (para convertir a KW)) x (Coste del Kw/h) x (Nº dispositivos) Tipo de Dispositivo Dif. Potencia Consumida Cat5e/Cat6 Horas x Día Días x Año Coste Kw/h Nº Dispositivos Ahorro Anual Ahorro 15 Años Ahorro años Teléfono IP AVAYA 0.01 24 365 0.18€ 500 7.88 € 118.2 € Teléfono IP CISCO 0.024 24 365 0.18€ 500 18.92 € 283.8 € Punto de Acceso WiFi CISCO 0.065 24 365 0.18€ 100 10.25 € 153.75 € Cámara IP SONY 0.24 24 365 0.18€ 100 37.84 € 567.6 € Luminaria LED MHT 0.89 12 330 0.18€ 1000 634.39 € 9515.85 € Luminaria LED DAVIS 1.48 12 330 0.18€ 1000 1054.94 € 15824.1 € Ahorros Energéticos entre Cat5e y Cat6.

Conclusiones

La tabla anterior muestra cómo, a medida que aumenta la potencia consumida por los dispositivos, el ahorro va siendo mucho más significativo. Cada vez existen más y más dispositivos alimentados por PoE y su potencia consumida va siendo cada vez mayor. Teniendo en cuenta la vida útil media de los cableados estructurados implantados en las oficinas, que suelen ser superiores a los 15 años, la ligera inversión inicial que supone instalar Cat6 frente a Cat5e se amortiza en pocos años, menores cuantos más dispositivos PoE existan y mayor consumo disponga. A esto hay que añadir que las tecnologías PoE tienden cada vez a alimentar dispositivos de mayor potencia, y sirva como ejemplo que en el seno de IEEE se está estudiando la posibilidad de enviar corrientes entre 800 y 1000mA por par (hasta 4 Amperios por cable), por lo que las diferencias en las caídas de tensión de las distintas categorías de cable, cada vez podrán llegar a ser más y más importantes. Es también muy importante considerar el calentamiento de los cables, sobre todo porque con el aumento de temperatura aumentará también la atenuación del cable y, por tanto, enlaces de longitud cercana a 90m pueden dejar de funcionar y tener pérdida de enlace por el exceso de atenuación que provoca la temperatura.

Plataforma de Alimentación y Gestión de Iluminación tipo LED- RedWood

Redwood es una plataforma para la alimentación, control y gestión de la iluminación LED, usando para ello el cableado estructurado. Habitualmente los sistemas de iluminación que permiten ser monitorizados y controlados, disponen de uno o dos circuitos adicionales al de alimentación, para tal propósito.

Con Redwood, el cableado para la alimentación de las luminarias, el control y la gestión de las mismas será único, un cableado estructurado de Cat5e o superior.
Ejemplo de Instalación de Iluminación con Redwood usando Cableado Estructurado

La solución Redwood está formada por los siguientes elementos:

- Redwood Engine. Se trata del dispositivo alimentador y que además posee la capacidad para medir los consumos de cada puerto/luminaria y el software para la gestión de la plataforma.

'

- Redwood Director. Dispone de un puerto BACnet y de una API que permite la integración de la plataforma con otras instalaciones del edificio como el sistema de aire acondicionado, la gestión de salas de reuniones o la integración con sistemas de seguridad.

- Redwood Sensor. Sobre el mismo cableado que proporciona la energía y gestiona las luminarias, se puede intercalar un sensor con capacidades para medir temperatura, luminosidad y detectar presencia. - Redwood Adapter. Se trata de un sensor con idénticas características al mencionado en el punto anterior, pero que además actúa como Gateway, tal y como se describe en el siguiente punto.

- Redwood Gateway. Con objeto de poder detectar y activar cada una de las luminarias, es necesario un Gateway que vendrá programado de fábrica con las tensiones/corrientes de funcionamiento de la luminaria a la que presta servicio.

- Redwood Scene Control Switch: En algunos entornos, como en salas de reuniones, se puede incorporar un controlador de escenas de tal forma que tan sólo pulsando un botón se pueda crear un escenario previamente configurado para adaptar la iluminación de la sala a las necesidades del momento. Este mismo dispositivo permite encender y apagar todas las luminarias de la sala así como regular su intensidad manualmente.
- Redwood Relé: También es posible controlar luminarias cuya alimentación es a 230 VAC. Para ello, se podrá usar un relé que será controlado a través del Gateway al que irá conectado.

El siguiente esquema muestra un detalle de los distintos componentes de la solución. En ningún caso, las luminarias serán de Redwood sino que serán de los fabricantes habituales de luminarias del mercado. Aunque ya existen luminarias preparadas para ser integradas en la plataforma, a priori se podría integrar cualquier luminaria con alimentación en corriente continua (VDC).

Las capacidades de alimentación, control y gestión de esta plataforma, ofrecen beneficios o reducciones en el consumo de la iluminación que oscilan entre un 70 y un 90% respecto al coste energético de un sistema de iluminación de similares características, pero basado en luz fluorescente. La plataforma software para el control y monitorización de las luminarias, reside tanto en el Redwood Engine como en el Director, y se accederá bien en local mediante el puerto de consola o bien en remoto si el Engine/Director está en red, usando un navegador convencional. Este software ofrece las posibilidades de medir el consumo de toda la instalación o bien parcialmente por zonas, así como la medición de temperatura de las zonas donde se han instalado sensores. También permite el control individual de cada luminaria o bien de una zona previamente establecida. En la siguiente imagen se muestra un ejemplo de dicho software.
El sistema también es compatible con la iluminación de emergencia requerida en la mayoría de las instalaciones de pública concurrencia. Para ello, la luz de emergencia tendrá su propio circuito de alimentación VAC pero pasará a través de un relé controlado por la plataforma Redwood, de tal forma que si fallase la alimentación VAC, el relé se abriría o simplemente no le llegaría VAC a las luminarias de emergencia, activándose de este modo la luz de emergencia.

Por Alberto Martínez, Technical Manager, Spain & Portugal, CommScope Enterprise

Más información