outubro 10, 2025
Data centers, parte dois: resfriamento a ar e resfriamento líquido em data centers
Contribuição de Josh Goldberg, analista técnico de mercado e de negócios
Resfriamento a ar vs. resfriamento líquido
Para os data centers, o resfriamento é vital! Como disse um estudo, “Imagine trazer energia suficiente para 36.000 casas em um único edifício”. O resfriamento do data center se enquadra em duas categorias diferentes: resfriamento a ar e resfriamento líquido. Ambos são empregados atualmente no campo; no entanto, o resfriamento líquido provavelmente será o tipo de resfriamento mais dominante no futuro.
As demandas de energia para centros de computação que suportam inteligência artificial (IA), mineração de dados e criptomoeda exigiriam resfriamento líquido para acompanhar suas demandas de energia. Os projetos atuais de ar-condicionado para salas de computadores (CRAC) e de manipulador de ar para salas de computadores (CRAH) só conseguem lidar com até 15 kW de consumo de energia por rack de servidor, mas podem chegar a 50 kW por rack se forem combinados com resfriamento líquido em um sistema híbrido. A densidade média de energia por rack nos data centers está atualmente em torno de 17 kW por rack, com projeções que chegam a 30 kW por rack até 2027, à medida que mais sistemas de IA começam a ficar on-line. Sistemas de IA como o ChatGPT têm uma densidade de energia de 80 kW por rack, e a NVIDIA acaba de anunciar um chip que pode exigir até 120 kW por rack, tornando o resfriamento líquido essencial para acompanhar essas demandas de energia no futuro.
As unidades CRAC e CRAH de resfriamento a ar são projetadas para forçar o ar resfriado a passar por uma sala de servidores e por unidades para resfriar os servidores de forma eficiente. O calor é então transferido para fora da sala para uma serpentina de resfriamento que é preenchida com água (em um sistema CRAH) ou com um refrigerante como glicol (em um sistema CRAC). O calor é então transferido para um resfriador, onde é ejetado para fora do edifício, enquanto a água resfriada ou o glicol é reciclado de volta para as serpentinas de resfriamento. Esses sistemas de resfriamento podem ser econômicos para data centers pequenos ou de um único edifício, e o design foi bem otimizado ao longo dos anos.
O resfriamento a líquido é um desenvolvimento mais recente e há várias maneiras diferentes de usá-lo. Você pode usar o resfriamento a líquido de várias maneiras. O primeiro método é o resfriamento ativo ou passivo pela porta traseira, em que o líquido refrigerante circula por bobinas localizadas na parte traseira dos servidores. O resfriamento passivo pela porta traseira conta com os próprios ventiladores dos servidores para empurrar o calor para as bobinas de resfriamento, enquanto o resfriamento ativo pela porta traseira tem ventiladores suplementares posicionados perto das bobinas de resfriamento que atraem ativamente o calor para as bobinas. Outro tipo de resfriamento líquido bombeia o líquido de arrefecimento para uma unidade que está em contato direto com o chip, e o tipo final de resfriamento líquido envolve a imersão completa da placa de circuito no fluido de resfriamento.
Todos os projetos de refrigeração líquida diferem dos edifícios refrigerados a ar em termos de encanamento e consistem em três circuitos de encanamento diferentes. O sistema de água do condensador (CWS) transfere calor do sistema de água das instalações (FWS). O FWS percorre todo o edifício e transfere o calor do sistema de resfriamento tecnológico (TCS). O TCS é cuidadosamente monitorado e entra em contato com os servidores de uma das maneiras descritas acima. Ele pode usar uma variedade de refrigerantes, desde óleos minerais até fluorocarbonos, enquanto o FWS e o CWS utilizam água.
Conforme mencionado no primeiro artigo desta série, as diretrizes gerais do FWS estipulam que a água deve atender aos padrões de “qualidade de água potável”, pois também é usada para fins como banheiros, bebedouros e salas de descanso. O CWS passa entre o resfriador do FWS e a torre de resfriamento, portanto, precisa simplesmente ser mantido livre de incrustações e sujeira. O TCS, como você pode suspeitar, tem diretrizes mais rigorosas, pois fica entre os servidores e a unidade de distribuição de refrigerante (CDU) que troca o calor do TCS para o FWS. A tabela abaixo mostra as diretrizes da ASHRAE para os líquidos do FWS e do TCS.
Produto em destaque da Asahi/América
Os data centers têm uma métrica que está se tornando uma consideração de projeto cada vez mais importante. A “eficácia do uso da água” (WUE) é determinada pela eficiência com que um data center usa a água em relação ao seu consumo de energia, e há um grande impulso para um uso mais eficiente da água, a fim de colocar menos pressão sobre os suprimentos de água municipais locais. Um dos pilares para melhorar a eficiência de um sistema de resfriamento é ter um controle de fluxo bom e confiável.
As válvulas de esfera Asahi/America Tipo-21 SST e as válvulas de diafragma Tipo-14 oferecem controle de fluxo superior por meio de seu projeto de engenharia. O gráfico abaixo mostra a taxa de fluxo de algumas de nossas válvulas mais populares. Quanto mais suave for o aumento da linha no gráfico, mais previsível e controlável será a taxa de fluxo da válvula.
O projeto da válvula de esfera SST Tipo 21 apresenta tecnologia de suporte da sede, permitindo um controle de fluxo mais rígido e consistente, especialmente em taxas de fluxo mais baixas. A válvula de diafragma Tipo 14 tem um projeto do tipo barragem que permite um controle de fluxo muito preciso. Além disso, essas duas válvulas também podem ser equipadas com acionamento elétrico Série 19.
A atuação confiável e controlável é a base dos sistemas de resfriamento e água de um data center. O sistema de dinâmica de fluidos computacional (CFD) é uma ferramenta usada pelos engenheiros para prever quando e onde os pontos quentes podem se desenvolver devido ao aumento da demanda nos servidores. Eles podem então ajustar o resfriamento dessas áreas de acordo com a demanda prevista, garantindo que os servidores do data center funcionem sem problemas. Para que um sistema CFD funcione adequadamente, ele precisa de duas peças essenciais. A primeira são as válvulas com controle de fluxo preciso e repetível, como a válvula de esfera SST Tipo 21 e a válvula de diafragma Tipo 14. A segunda é a atuação responsiva e de baixa manutenção que pode ser integrada ao sistema de controle de um data center, como os atuadores elétricos da Série 19.
A linha de atuadores elétricos da Série 19 pode ser integrada ao sistema de controle de um data center e oferece vários recursos de engenharia que proporcionam fatores de segurança adicionais a serem considerados pelos engenheiros do data center. Esses atuadores oferecem fiação simplificada para a gama de tensões disponíveis (95-265 VAC ou 24 VAC/VDC). Todos eles apresentam um gabinete NEMA 4X, garantindo que as peças internas estejam protegidas contra água, poeira e detritos direcionados por mangueiras, e um acabamento em aço inoxidável para uso em ambientes corrosivos. Além disso, os atuadores da Série 19 também apresentam um aquecedor interno controlado termostaticamente para evitar o acúmulo de umidade nos componentes internos. Por fim, eles oferecem opções como modulação e abertura/fechamento à prova de falhas, o que é ideal para o controle preciso da válvula com um recurso de segurança à prova de falhas incorporado para um sistema CFD.
Fluoropolímeros como o Super Proline® PVDF e o Ultra Proline® ECTFE oferecem desempenho de primeira linha e proteção superior contra produtos químicos agressivos, como ácidos concentrados, alvejantes e ozônio, usados para tratar a água e os circuitos de resfriamento das instalações. Se o local do data center tiver armazenamento de ácido sulfúrico no local para tratamento de água, o Ultra Proline® é ideal para o encanamento do tanque de armazenamento para o sistema. Oferece resistência superior a concentrações de ácido sulfúrico de 95% a 98,5%, juntamente com resistência natural aos raios UV, o que o torna ideal para o encanamento de tanques de armazenamento externos. O Super Proline® é um PVDF de grau de suspensão que apresenta melhor desempenho quando comparado aos produtos de PVDF de grau de emulsão. Para melhorar o fluxo laminar, o PVDF normalmente usa a fusão de topo com filete reduzido ou a fusão sem filete. O PVDF é um produto naturalmente livre de aditivos, ideal para água e líquido de arrefecimento de grau técnico encontrados em loops de resfriamento tecnológico de sistemas de resfriamento líquido de data centers.
Fique ligado nas próximas semanas para a terceira parte de nossa série sobre data centers, na qual falaremos sobre o fornecimento de energia em data centers. Enquanto isso, incentivamos você a pesquisar nossos recursos relevantes, incluindo este folheto de referência rápida sobre soluções de data center!