Centros de Datos, Segunda Parte: Refrigeración por Aire y Refrigeración por Líquido en los Centros de Datos

Refrigeración por aire vs. Refrigeración por líquido

Para los centros de datos, ¡la refrigeración es vital! Como dice un estudio: «Imagina llevar suficiente energía para 36.000 hogares a un solo edificio». La refrigeración de los centros de datos se divide en dos categorías diferentes: refrigeración por aire y refrigeración líquida. Ambas se emplean actualmente en este campo; sin embargo, la refrigeración líquida será probablemente el tipo de refrigeración más dominante en el futuro.

La demanda de energía de los centros informáticos que soportan inteligencia artificial (IA), minería de datos y criptomonedas requeriría refrigeración líquida para satisfacerla. Los diseños actuales de aire acondicionado para salas de ordenadores (CRAC) y climatizadores para salas de ordenadores (CRAH) sólo pueden gestionar hasta 15 kW de consumo energético por bastidor de servidor, pero pueden aumentar hasta 50 kW por bastidor si se combinan con refrigeración líquida en un sistema híbrido. La densidad de potencia media por bastidor en los centros de datos es actualmente de unos 17 kW por bastidor, y se prevé que alcance los 30 kW por bastidor en 2027, a medida que se vayan conectando más sistemas de IA. Los sistemas de IA como ChatGPT tienen una densidad de potencia de 80 kW por rack, y NVIDIA acaba de anunciar un chip que podría requerir hasta 120 kW por rack, por lo que la refrigeración líquida es esencial para seguir el ritmo de estas demandas de potencia en el futuro.

Las unidades CRAC y CRAH de refrigeración por aire están diseñadas para hacer pasar aire refrigerado por una sala de servidores y a través de las unidades para enfriar los servidores de forma eficiente. A continuación, el calor se transfiere fuera de la sala a una batería de refrigeración que está llena de agua (en un sistema CRAH) o de un refrigerante como el glicol (en un sistema CRAC). A continuación, el calor se transfiere a una enfriadora, donde se expulsa fuera del edificio, mientras que el agua enfriada o el glicol se reciclan de nuevo a las baterías de refrigeración. Estos sistemas de refrigeración pueden ser económicos para centros de datos pequeños o de un solo edificio, y el diseño se ha optimizado bien a lo largo de los años.

La refrigeración líquida es un desarrollo más reciente, y hay varias formas diferentes de utilizarla. El primer método es la refrigeración trasera activa o pasiva, en la que el líquido refrigerante circula a través de serpentines situados en la parte trasera de los servidores. La refrigeración pasiva por la puerta trasera depende de los propios ventiladores de los servidores para empujar el calor hacia las bobinas de refrigeración, mientras que la refrigeración activa por la puerta trasera tiene ventiladores suplementarios situados cerca de las bobinas de refrigeración que atraen activamente el calor hacia las bobinas. Otro tipo de refrigeración líquida bombea refrigerante a una unidad que está en contacto directo con el chip, y el último tipo de refrigeración líquida implica sumergir completamente la placa de circuito en el líquido refrigerante.

Todos los diseños de refrigeración líquida difieren de los edificios refrigerados por aire en cuanto a la fontanería y constan de tres circuitos de fontanería diferentes. El sistema de agua del condensador (CWS ) transfiere calor desde el sistema de agua de las instalaciones (FWS). El FWS recorre todo el edificio y transfiere calor desde el sistema de refrigeración tecnológica (TCS). El TCS se controla cuidadosamente y entra en contacto con los servidores de una de las formas descritas anteriormente. Puede utilizar diversos refrigerantes, desde aceites minerales hasta fluorocarbonos, mientras que el FWS y el CWS utilizan agua.

Como se mencionó en el primer artículo de esta serie, las directrices generales del FWS estipulan que el agua debe cumplir las normas de «calidad del agua potable», ya que también se utiliza para fines como baños, fuentes y salas de descanso. El CWS discurre entre el enfriador del FWS y la torre de refrigeración, por lo que simplemente hay que mantenerlo libre de incrustaciones y suciedad. El TCS, como cabría sospechar, tiene unas directrices más estrictas, ya que va entre los servidores y la unidad de distribución de refrigerante (CDU ) que intercambia el calor del TCS con el FWS. La tabla siguiente muestra las directrices ASHRAE para los líquidos FWS y TCS.

Asahi/America Productos destacados

Los centros de datos tienen una métrica que se está convirtiendo en una consideración de diseño cada vez más importante. La «eficacia en el uso del agua» (WUE) viene determinada por la eficiencia con que un centro de datos utiliza el agua en relación con su consumo de energía, y existe una gran presión en favor de un uso más eficiente del agua para ejercer menos presión sobre los suministros municipales de agua locales. Una de las piedras angulares para mejorar la eficiencia de un sistema de refrigeración es disponer de un control de caudal bueno y fiable.

Las válvulas de bola Asahi/America Tipo-21 SST y las válvulas de diafragma Tipo-14 ofrecen un control de caudal superior gracias a su diseño de ingeniería. El gráfico siguiente muestra el caudal de algunas de nuestras válvulas más populares. Cuanto más suave sea la subida de la línea en el gráfico, más predecible y controlable será el caudal de la válvula.

El diseño de la válvula de bola Tipo-21 SST incorpora tecnología de soporte del asiento, lo que permite un control del caudal más preciso y uniforme, especialmente a caudales más bajos. La válvula de diafragma Tipo-14 tiene un diseño de tipo vertedero que permite un control muy preciso del caudal. Además, ambas válvulas pueden equiparse con accionamiento eléctrico de la serie 19.

Un accionamiento fiable y controlable es la piedra angular de los sistemas de refrigeración y agua de un centro de datos. El sistema de dinámica de fluidos computacional (CFD) es una herramienta utilizada por los ingenieros para predecir cuándo y dónde podrían desarrollarse puntos calientes debido al aumento de la demanda de los servidores. Entonces pueden ajustar la refrigeración de esas zonas en función de la demanda prevista, garantizando que los servidores del centro de datos funcionen sin problemas. Para que un sistema CFD funcione correctamente, necesita dos piezas críticas. La primera son válvulas con control de caudal preciso y repetible, como la válvula de bola SST Tipo-21 y la válvula de diafragma Tipo-14. La segunda es un accionamiento sensible y de bajo mantenimiento que pueda integrarse en el sistema de control de un centro de datos, como los actuadores eléctricos de la Serie 19.

Todos los actuadores eléctricos de la serie 19 pueden integrarse en el sistema de control de un centro de datos y ofrecen varias características de ingeniería que proporcionan factores de seguridad adicionales que los ingenieros de centros de datos deben tener en cuenta. Estos actuadores ofrecen un cableado simplificado para la gama de tensiones disponibles (95-265 VCA o 24 VCA/VDC). Todos cuentan con una carcasa NEMA 4X, que garantiza que las piezas internas estén protegidas contra el agua dirigida por mangueras, el polvo y los residuos, y un embellecedor de acero inoxidable para su uso en entornos corrosivos. Además, los actuadores de la serie 19 también incorporan un calentador interno controlado termostáticamente para evitar la acumulación de humedad en los componentes internos. Por último, ofrecen opciones como la modulación y la apertura/cierre a prueba de fallos, ideal para un control preciso de la válvula con una función de seguridad a prueba de fallos integrada para un sistema CFD.

Los fluoropolímeros como Super Proline® PVDF y Ultra Proline® ECTFE ofrecen el máximo rendimiento y una protección superior frente a productos químicos agresivos, como ácidos concentrados, lejía y ozono, utilizados para tratar el agua de las instalaciones y los circuitos de refrigeración. Si el emplazamiento del centro de datos dispone de almacenamiento in situ de ácido sulfúrico para el tratamiento del agua, Ultra Proline® es ideal para las tuberías desde el depósito de almacenamiento hasta el sistema. Ofrece una resistencia superior a concentraciones de ácido sulfúrico de entre el 95% y el 98,5%, junto con una resistencia natural a los rayos UV, lo que lo hace ideal para la fontanería de depósitos de almacenamiento exteriores. Super Proline® es un PVDF de grado suspensión que presenta un rendimiento mejorado en comparación con los productos de PVDF de grado emulsión. Para mejorar el flujo laminar, el PVDF suele utilizar la fusión a tope con cordón reducido o la fusión sin cordón. El PVDF es un producto naturalmente libre de aditivos, ideal para el agua y el refrigerante de grado técnico que se encuentran en los circuitos de refrigeración tecnológica de los sistemas de refrigeración líquida de los centros de datos.

Permanece atento en las próximas semanas a la tercera entrega de nuestra serie sobre Centros de Datos, en la que hablaremos del suministro eléctrico en los centros de datos. Mientras tanto, te animamos a que consultes nuestros recursos, incluido este folleto de referencia rápida sobre soluciones para centros de datos.

AVISO DEL EDITOR: Ten en cuenta que la información de este artículo sólo tiene fines educativos y no sustituye a ninguna información técnica ni especificación de producto de Asahi/America. Consulta al departamento técnico de Asahi/America en el 1-800-343-3618 o en [email protected] sobre todas las aplicaciones de productos en lo que respecta a la selección de materiales en función de la presión, la temperatura, los factores medioambientales, los productos químicos, los medios, la aplicación, etc.