Los data centers son el núcleo vital de innumerables empresas cuyo éxito se basa en la operatividad eficiente y continua de sus sistemas informáticos. Dada la alta concentración de hardware de alto rendimiento en estos espacios, es crucial mantener una temperatura óptima y proteger los equipos del calor y el exceso de humedad con sistemas de refrigeración.
Los operadores de centros de datos buscan constantemente nuevas estrategias para optimizar la eficiencia de sus sistemas de refrigeración existentes o para adoptar soluciones de enfriamiento más innovadoras. Esto no solo responde a la necesidad de mantener la operatividad de los equipos, sino también a la demanda de soluciones sostenibles y económicamente viables en un sector en constante evolución.
De acuerdo con cifras de MarketsandMarkets, se prevé que el mercado de refrigeración de centros de datos seguirá experimentando un crecimiento significativo, pasando de 12.7 mil millones de dólares en 2023 a 29.6 mil millones de dólares para 2030. Hoy veremos cuáles son los tipos de refrigeración más comunes en esta industria, cuáles son la última tendencia y por qué.
La importancia de los sistemas de refrigeración en un data center
Los data centers modernos y en general todos los edificios de misión crítica requieren niveles de funcionamiento extremadamente altos, con expectativas de disponibilidad de hasta un 99.99%, lo que se traduce en un tiempo de inactividad anual de tan solo unos minutos. La refrigeración y el aire acondicionado son esenciales para disipar el calor generado por el equipo de TI en funcionamiento ininterrumpido, evitando el sobrecalentamiento y previniendo fallos que pueden resultar en pérdidas financieras significativas.
Los centros de datos suelen estar equipados con sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) que mantienen los servidores operativos incluso durante los cortes de energía eléctrica, pero si los sistemas de refrigeración se detienen temporalmente, este escenario eleva drásticamente los niveles de calor. La temperatura recomendada en un centro de datos se sitúan entre los 70 y 75°F (21-24°C), pero puede alcanzar los 105°F (40°C) en 18 segundos y 135°F (57°C) en 35 segundos durante un corte de los sistemas de enfriamiento.
Los centros de datos modernos gestionan una amplia gama de operaciones críticas, desde transacciones financieras hasta interacciones en redes sociales y, seguramente, se harán cargo de numerosas actividades más en el futuro. Esto significa que, a medida que la demanda aumenta, también lo hace la escala y complejidad de estas instalaciones, intensificando la búsqueda e innovación de soluciones de refrigeración más eficientes.
Tipos de sistemas de enfriamiento en un data center
Existen muchas opciones para mantener la temperatura adecuada de los equipos en un centro de datos, y estas van a depender mucho del tamaño del data center, los requerimientos específicos de los equipos y las instalaciones, el presupuesto del cliente e incluso del clima de la región. A grandes rasgos, podemos dividirlos en sistemas de enfriamiento con aire y sistemas de enfriamiento a base de líquidos. Veamos las particularidades y tecnologías principales de cada uno de ellos.
Enfriamiento por aire para data centers
El enfriamiento por aire utiliza aire acondicionado, ventiladores y conductos para circular aire enfriado por métodos convencionales, enfriando el aire caliente producido por el equipo informático. Es el método más tradicional y sirve como base para muchas estrategias de enfriamiento en centros de datos, debido a su fácil implementación en instalaciones tanto pequeñas como grandes.
Dentro de esta categoría, se distinguen varios subtipos:
Enfriamiento con aire recirculado
El aire caliente generado por los servidores se conduce hacia unidades de tratamiento de aire donde se acondiciona, filtra y enfría antes de redirigirlo nuevamente hacia los servidores.
Sistemas de aire acondicionado de precisión (PAC)
Estos sistemas están diseñados para espacios dedicados a la tecnología y procesamiento de datos, como salas de servidores, centros de datos, estaciones de telecomunicaciones y otros entornos donde la continuidad y la protección de los procesos y equipos son esenciales.
Los sistemas PAC están especializados en crear y mantener sin interrupciones un ambiente óptimo que regula de manera constante y simultánea la temperatura, la humedad, la circulación del aire y la presión. Al enfocar el enfriamiento de manera precisa en las áreas que lo requieren, los sistemas de aire acondicionado de precisión garantizan el uso eficiente de la energía, evitando el derroche al enfriar solo las zonas necesarias.
Uso de aire frío exterior
Este sistema aprovecha las condiciones externas, principalmente el aire o el agua exterior más fríos. Enfriar los centros de datos utilizando aire exterior evita los mecanismos de enfriamiento tradicionales cuando las condiciones climáticas lo permiten. Utilizar recursos naturales minimiza drásticamente la huella de carbono de un data center, pero esta solución está limitada a regiones con climas o temporadas frías, por lo cual casi siempre requieren soluciones de enfriamiento de respaldo en caso de cambios imprevistos, además de mecanismos para controlar la humedad.
Sistema de enfriamiento líquido para data centers
Los sistemas de enfriamiento líquido utilizan refrigerantes con propiedades conductoras que circulan a través de una red de tuberías, absorbiendo el calor del equipo de TI y transportándolo lejos de los servidores.
A diferencia del enfriamiento por aire, que suele tener una demanda muy elevada de energía, las tecnologías de enfriamiento líquido aportan mayor eficiencia energética para enfriar servidores de alta densidad, y han ganado mucha popularidad en la última década, con casi el 40% de los centros de datos empleándolas de alguna manera.
De hecho, pese a que es más complejo de configurar y mantener en condiciones óptimas, el enfriamiento líquido está en tendencia en parte debido a que la densidad promedio del rack sigue aumentando hasta el punto en que el enfriamiento por aire ya no es rentable.
Hay dos tipos principales de enfriamiento líquido, directo al chip e inmersión del rack en un líquido refrigerante, y ambos pueden ser de una sola fase, en la que el líquido no cambia de forma, y de dos fases, en la que el líquido cambia de líquido a forma gaseosa.
Enfriamiento por inmersión
El enfriamiento por inmersión, que implica sumergir el equipo de TI en líquido no conductor o fluidos dieléctricos para disipar el calor, es una de las formas más efectivas y confiables de enfriar los centros de datos hoy en día. Además, esta es la opción más silenciosa.
Desafortunadamente, el enfriamiento por inmersión también es uno de los tipos de soluciones de enfriamiento más costosas para los centros de datos, especialmente cuando las empresas intentan adaptarlo en instalaciones diseñadas para sistemas de enfriamiento más tradicionales. Sin embargo, un número creciente de operadores de centros de datos eligen instalar enfriamiento por inmersión en nuevas instalaciones.
Además, el enfriamiento por inmersión tiene el potencial de reutilización de energía, permitiendo a los centros de datos reducir sus emisiones de carbono hasta en un 45% en comparación con los métodos de enfriamiento tradicionales.
Enfriamiento directo al chip
Este método, en el cual circula líquido directamente a los componentes dentro del equipo de TI que generan más calor, permite un enfriamiento preciso de chips o componentes individuales, lo que permite un control de temperatura específico y un rendimiento optimizado.
El enfriamiento directo al chip es sustancialmente más eficiente que enfriar el equipo usando aire, pero es menos disruptivo y costoso de instalar que el enfriamiento por inmersión, lo que lo convierte en una gran solución para las empresas que desean actualizar sus sistemas de enfriamiento sin una actualización completa de las instalaciones.
La importancia del monitoreo en el sistema de refrigeración de un centro de datos
El monitoreo tanto de temperatura como de humedad juega un papel clave en los sistemas de enfriamiento y en la optimización general de los centros de datos. Disponer de datos detallados sobre áreas específicas permite realizar ajustes precisos, por ello se prevé un incremento en la implementación de sensores avanzados capaces de medir con precisión las temperaturas y el flujo de aire dentro de las instalaciones.
Esta tendencia apunta hacia un enfoque más granular en el monitoreo, extendiéndose desde el ambiente general de la sala de servidores hasta el monitoreo específico de racks, conductos del sistema de ventilación, tuberías del sistema de enfriamiento, servidores e incluso componentes individuales.
Los centros de datos de mayor tamaño presentan desafíos adicionales para el monitoreo debido a la variabilidad espacial de la temperatura. Por ello, es esencial contar con una red densa de sensores de temperatura para garantizar una vigilancia completa. La distribución del aire y el enfriamiento debe ser estratégicamente planificada para cubrir de manera uniforme toda la sala de servidores, teniendo en cuenta la variabilidad tanto vertical como horizontal.
El análisis de los cuatro ΔT, que son las diferencias de temperatura en puntos clave del proceso de enfriamiento, proporciona una visión integral de la eficiencia del sistema. Estos incluyen las diferencias de temperatura antes y después del equipo de TI, antes y después de los sistemas de enfriamiento, y las variaciones entre el aire que ingresa y sale tanto del equipo de TI como de los sistemas de enfriamiento.
La humedad también juega un papel crítico en el rendimiento de los sistemas de refrigeración en los centros de datos, ya que las soluciones de refrigeración pueden incrementarla o disminuirla. Niveles bajos de humedad pueden aumentar el riesgo de descargas electrostáticas, lo que a veces hace necesaria la implementación de humidificadores por aspersión o evaporativos. Por otro lado, niveles altos de humedad pueden conducir a la condensación y a la corrosión de los componentes metálicos del equipo.
La medición de la humedad debe adaptarse a las necesidades específicas de cada ubicación y aplicación dentro del centro de datos. Por ejemplo, la humedad relativa y el punto de rocío son parámetros importantes a controlar en salas, espacios abiertos, conductos y áreas exteriores. En contraste, la temperatura de bulbo húmedo es un dato relevante en torres de enfriamiento y humidificadores evaporativos, mientras que los sensores de entalpía son fundamentales para los sistemas economizadores de aire o de aire exterior.
Refrigeración industrial para data centers y eficiencia energética
Frente a las fluctuaciones en los costos de la energía y las presiones internacionales para reducir emisiones, la eficiencia energética en los centros de datos es cada vez más relevante en esta industria, dado que estos consumen más del 1% de la electricidad mundial. Tan solo la refrigeración puede representar hasta el 40% del consumo energético en estas instalaciones. Además, muchos sistemas de refrigeración gastan enormes cantidades de agua, lo cual, ante el panorama actual de escasez generalizada, es cada vez menos sostenible.
La eficiencia comienza seleccionando soluciones que sean realmente eficientes, como el enfriamiento verde; que aprovecha fuentes renovables y recursos naturales, y se complementa con mediciones precisas de las condiciones ambientales, ya que errores mínimos pueden elevar los costos.
Algunas tendencias para una mayor eficiencia son la alternación de pasillos fríos y calientes, con los racks de servidores en filas alternas, orientando las entradas de aire frío en una dirección y las salidas de aire caliente en la opuesta, maximizando la eficiencia al dirigir el aire enfriado precisamente donde se necesita y evitando la mezcla de flujos de aire a diferentes temperaturas.
Otra estrategia que parte desde el diseño es optimizar el flujo de aire mediante el uso de rejillas y barreras, reduciendo las zonas de aire estancado y minimizando la necesidad de compensar las zonas más cálidas, garantizando una refrigeración uniforme en toda la instalación.
Finalmente, adoptar un enfoque híbrido que combine diversos métodos de enfriamiento, como el aire y el líquido, junto con técnicas de enfriamiento directo e indirecto, y sistemas de enfriamiento libre o asistido, permite aprovechar las ventajas de cada método, disminuyendo la dependencia a uno solo y ofreciendo redundancia y adaptabilidad ante las cambiantes necesidades y condiciones de enfriamiento.
Page: diseño arquitectónico e ingenierías para data centers de última generación
En Page, comprendemos que la refrigeración en los centros de datos trasciende la simple instalación de ventiladores y sistemas de enfriamiento. Se trata de una sinergia entre el diseño arquitectónico y la ingeniería de vanguardia, donde la eficiencia y la efectividad se equilibran meticulosamente. Nuestro enfoque estratégico asegura que el equipamiento de TI opere óptimamente sin riesgo de sobrecalentamiento, al tiempo que minimizamos el impacto ambiental.
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