Estudio de pérdida de presión – Generador – Centro de datos
Estudio de pérdida de presión - Generador - Centro de datos
Año
2024
Cliente
NC
Ubicación
Marcoussis
Tipología
Centro de datos - Proceso industrial
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Pérdidas de carga en las salas de generadores de un centro de datos
La importancia de los generadores en los centros de datos
En un centro de datos, los generadores son la última línea de defensa si falla el suministro eléctrico principal.
Su funcionamiento óptimo garantiza la continuidad de las operaciones incluso en caso de corte del suministro eléctrico.
Sin embargo, el rendimiento de estos grupos electrógenos puede verse comprometido por varios factores, entre ellos las pérdidas de carga en los locales donde están instalados.
Por tanto, un estudio en profundidad de las pérdidas de carga en estos locales es de vital importancia para garantizar la disponibilidad y fiabilidad de los grupos electrógenos y, por extensión, del centro de datos en su conjunto.
Cómo caracterizar las pérdidas de carga en una sala
Laenergía de un volumen de aire puede expresarse como una suma de presiones, que constituyen la presión total del volumen de aire:
- La presión debida al peso de la columna de aire: ρgh,
- Presión dinámica ligada a la velocidad del aire: ρv²/2,
- Presión estática vinculada a la presión interna del aire: P.
La pérdida de carga de un componente es la diferencia de presiones totales (suma de la presión estática, la presión dinámica y la presión debida al peso) entre su entrada y su salida.
Las pérdidas de carga en un local se deben a la resistencia que encuentra el fluido (aire) al circular por los distintos componentes del sistema de distribución (como conductos, codos, válvulas, rejillas, etc.).
Estas resistencias reducen la presión del fluido a lo largo de su recorrido.
En el caso de los grupos electrógenos, se colocan deflectores acústicos antes y después de los GE para limitar la contaminación acústica de estos últimos, que también generan importantes caídas de presión adicionales.
Comprender y gestionar estas pérdidas de presión es esencial para garantizar la eficacia y el buen funcionamiento de los sistemas de ventilación, aire acondicionado, calefacción y fontanería.
Minimizar las pérdidas de presión en los sistemas de distribución de fluidos es esencial para maximizar la eficiencia energética, reducir costes y garantizar un rendimiento óptimo del sistema.
Es un aspecto clave del diseño y la gestión de las salas de generadores de los centros de datos.
¿Por qué realizar un estudio CFD de pérdidas de carga?
Realizar un estudio CFD de la pérdida de carga es de vital importancia en muchas áreas de la ingeniería, incluido el estudio de los centros de datos.
Al permitir la modelización numérica detallada de los flujos de fluidos dentro de un sistema, este enfoque proporciona información crucial sobre las zonas de pérdida de carga, turbulencia y estancamiento.
Al comprender estos fenómenos, es posibleidentificar los puntos débiles de la instalación,optimizar el diseño para minimizar las pérdidas de energía,mejorar la eficacia del sistema ygarantizar un rendimiento óptimo en diversas condiciones de funcionamiento.
Además, un estudio CFD permite predecir y simular los efectos de posibles modificaciones antes de aplicarlas físicamente, lo que proporciona un método rentable de evaluar distintas estrategias de mejora y resolución de problemas.
En el caso de los grupos electrógenos, este tipo de estudiogarantizará su buen funcionamiento en cualquier circunstancia.
Reducir las caídas de presión también permite conseguir velocidades de descarga más altas a nivel del tejado, reduciendo así el riesgo de bucle con enfriadores de aire.
¿Cuál es el origen de las pérdidas de carga?
La mayoría de las pérdidas de presión generadas en las tuberías de extracción de los generadores de los centros de datos son pérdidas de presión singulares. Las pérdidas de presión singulares se producen por cambios bruscos en la geometría de las tuberías, como curvas, estrechamientos o ensanchamientos repentinos.
Estas pérdidas de presión se deben a varios factores:
- Formación de vórtices y zonas de turbulencia: Los cambios bruscos de geometría provocan perturbaciones en el flujo del fluido, lo que da lugar a la formación de vórtices y zonas de turbulencia.
Estas estructuras de vórtices provocan pérdidas de energía, lo que se traduce en pérdidas de carga adicionales. - Aceleración y deceleración del flujo: Cuando un fluido pasa de una sección de tubería más ancha a otra más estrecha (estrechamiento) o viceversa (ensanchamiento), experimenta un cambio de velocidad.
La aceleración o deceleración brusca del flujo provoca pérdidas de presión debido a la conversión de energía cinética en energía de presión. - Fricción de la pared: Las irregularidades en la superficie de las paredes internas de las tuberías, sobre todo cuando hay cambios de geometría, pueden provocar un aumento de la resistencia al flujo del fluido.
Esta resistencia provoca pérdidas de carga adicionales.
Es importante tener en cuenta que estas pérdidas de carga singulares pueden reducirse adoptando un diseño de tuberías adecuado, utilizando conexiones lisas y garantizando una transición gradual entre las distintas secciones de la tubería.
Un buen diseño hidráulico puede minimizar estas pérdidas de carga singulares y optimizar la eficacia del flujo en el sistema.
Simulación numérica de las pérdidas de carga
Proceso de modelización para el estudio CFD
El enfoque utilizado para crear el modelo 3D de una sala de planta para el estudio CFD se basó en los planos y el modelo 3D del proceso.
Se representó con precisión todo el proceso, incluidos los generadores, las trampas de sonido, las chimeneas, los elementos de la sala, los conductos y los plenums.
Utilizando software de modelado 3D, se crearon modelos geométricos de las piezas, integrando los equipos y obstáculos del proceso, respetando su ubicación real.
Estudios de velocidad y presión del aire
Una vez obtenidos los resultados de las simulaciones numéricas, se analizan las velocidades y presiones para identificar y calcular las caídas de presión de cada sala del mismo edificio del centro de datos.
Las caídas de presión se calculan a partir del estudio CFD evaluando las variaciones totales de presión a lo largo de la trayectoria del flujo de aire a través de las salas que contienen los generadores.
En este análisis, las simulaciones numéricas proporcionan datos detallados sobre la distribución de las velocidades de flujo, los gradientes de presión, los flujos de calor y las líneas de corriente dentro de estos espacios.
Estos datos se utilizan paraobtener la distribución de las pérdidas de carga a lo largo de la tubería.
Impacto de las trampas sonoras
Las trampas de sonido reducen considerablemente el nivel de decibelios a la salida del conducto.
Sin embargo, cuando el aire pasa a través de compuertas o trampas de sonido en un conducto, las caídas de presión aumentan debido a la obstrucción del flujo de aire y a los cambios bruscos de dirección, lo que favorece las turbulencias y aumenta la resistencia al flujo.
La geometría específica de estos dispositivos también puede provocar variaciones locales de velocidad y presión, contribuyendo a importantes caídas de presión.
Por tanto, es necesario encontrar un buen equilibrio entre la reducción de los decibelios y la reducción de las caídas de presión.
Optimizar el diseño de los conductos GE para limitar las pérdidas de carga
La configuración de las instalaciones provocaba pérdidas de carga excesivas.
Se modificaron para reducir la resistencia al flujo, sobre todo en las trampas de sonido y el conducto de descarga.
También se instalaron deflectores para que los cambios de dirección fueran menos bruscos.
Gracias a las modificaciones realizadas, las pérdidas de presión se han reducido en más de un 50%.
Esta reducción de las pérdidas de carga no sólo garantiza un funcionamiento eficaz de los generadores, sino que también permite alcanzar mayores velocidades del aire a la salida de los conductos, reduciendo así la posibilidad de que se prod uzcan bucles con los enfriadores de aire del tejado.
