¿Por qué simular el interior de una sala de servidores?
La simulación CFD interna de las salas de servidores es el núcleo histórico de EOLIOS: más de 350 centros de datos estudiados en 20 países. Trabajamos para todo tipo de sala, del data hall hyperscale a la sala de empresa o de colocation, en diseño como en los centros existentes, que auditamos y modelizamos. Porque la climatización de una sala IT puede estar correctamente dimensionada en potencia y aun así fallar localmente: todo se juega en la distribución del aire.
Los balances térmicos globales garantizan que la potencia frigorífica instalada cubre la potencia disipada. No dicen nada de lo esencial: la temperatura del aire que entra realmente en cada servidor. Entre la unidad de climatización y el rack, el aire se mezcla, esquiva, recircula; dos racks vecinos pueden aspirar aire con 10 °C de diferencia. Es ese recorrido invisible el que la simulación CFD hace visible.
Lo que el cálculo global no ve
- Puntos calientes locales. Un rack en lo alto de una fila puede superar el rango ASHRAE mientras la media de la sala es conforme.
- Desperdicios aeráulicos. El aire frío que alcanza el retorno sin haber atravesado un servidor es energía gastada para nada.
- Efectos de implantación. Una baldosa perforada desplazada, un rack vacío sin obturación o una bandeja de cables bastan para cambiar el comportamiento.
- Comportamiento en fallo. El tiempo disponible antes del sobrecalentamiento al parar una unidad no se adivina, se calcula en transitorio.
Lo que asegura la simulación CFD interna
Diagnóstico
- Temperatura del aire a la entrada de cada rack
- Puntos calientes localizados y explicados
- Bypass y recirculaciones cuantificados
Análisis
- Peor avería buscada, redundancia validada
- Corte de corriente seguido minuto a minuto
- Densificaciones y consignas probadas
Diseño
- Urbanización de los pasillos y trazado
- Confinamiento arbitrado sobre tu geometría
- Mix aire / DLC validado, no solo dibujado
El rango ASHRAE, referencia contractual
Las recomendaciones ASHRAE TC 9.9 fijan el rango de aspiración de los equipos de clases A1 a A4 entre 18 y 27 °C. Es el criterio que la simulación verifica rack por rack, mucho más exigente que una media de sala.
La aeráulica de una sala de servidores
La organización de referencia separa los flujos en pasillos fríos, donde el aire nuevo se insufla frente a las caras delanteras de los racks, y pasillos calientes, que recogen el aire expulsado por detrás. El plénum de suelo técnico, las baldosas perforadas y las unidades CRAC/CRAH cierran el circuito.
Esta separación nunca es perfecta. Dos fenómenos la degradan, y son ellos los que la CFD cuantifica con precisión.
La lectura térmica: bypass, recirculación y puntos calientes
El bypass
- El aire frío alcanza directamente el retorno sin atravesar un servidor: baldosas mal colocadas, sobrepresión excesiva, fugas del suelo. Energía de refrigeración perdida.
La recirculación
- El aire caliente refluye hacia las aspiraciones, por encima de los racks o por las U libres: es el mecanismo de formación de los puntos calientes, sobre todo en lo alto del rack.
«¿Sabes qué temperatura entra realmente en tu rack más expuesto?»
La lectura en presión: el diferencial pasillo frío / pasillo caliente
El aire circula siempre de la zona de alta presión hacia la zona de baja presión. Mantener el pasillo frío en ligera sobrepresión respecto al pasillo caliente, del orden de unos pocos pascales, garantiza que el aire fresco atraviese efectivamente los racks en lugar de esquivarlos. El campo de presión es la clave de lectura de una sala: es lo primero que la CFD restituye.
Unos pocos pascales bastan para hacer bascular una sala de un régimen a otro, y ahí está todo el sentido del ajuste: muy poca presión del lado frío y el aire caliente refluye a las aspiraciones, demasiada presión y el aire frío cortocircuita los servidores para volver al retorno. El indicador de abajo resume esta lectura, la que nuestros ingenieros aplican desde el primer cálculo, unidad por unidad y baldosa por baldosa.
Qué reconstruye el modelo CFD
El modelo reproduce la sala tal como es, o tal como será: geometría, equipos y regímenes de funcionamiento. Resuelve luego las ecuaciones de la mecánica de fluidos sobre millones de celdas para restituir los campos de velocidad, temperatura y presión en cada punto.
Los ingredientes del modelo
- Geometría completa. Racks, pasillos, suelo técnico y su ocupación (cables, fluidos), falso techo, obstáculos.
- Equipos activos. Unidades CRAC/CRAH o InRow con sus caudales y consignas, ventiladores de los servidores, baldosas perforadas con su permeabilidad.
- Cargas reales. Potencia disipada rack por rack, incluidos los racks heterogéneos o parcialmente equipados.
- Dispositivos de confinamiento. Puertas, techos, paneles de obturación, cortinas, con sus fugas reales.
- Fugas realistas. Ningún confinamiento es estanco: el modelo integra una tasa de fuga documentada, repartida alrededor de los racks y en las uniones del confinamiento.
- Masa térmica. Solera, estructura de acero de los racks, servidores, unidades de frío y falso techo: indispensable en cuanto se pasa al cálculo transitorio.
La calidad del resultado depende de la fidelidad de esas entradas. En una sala existente, una campaña de medidas (temperaturas, caudales, termografía, ensayos de humo) permite calibrar el modelo: el gemelo digital reproduce primero el estado observado, y luego sirve de banco de pruebas fiable para las modificaciones. Esta etapa no es en absoluto obligatoria: en un proyecto nuevo, el modelo trabaja directamente a partir de los planos y de los datos del fabricante.
«El caudal de aire de una rejilla de suelo técnico puede variar más de un 50 % según su ubicación, la configuración de la sala y su distancia respecto a los sistemas de climatización.»Más información: el gemelo digital del centro de datos
ASHRAE, CAT, SIT: los criterios que cuentan
Una sala no se juzga «en media». Los referenciales CFD de los grandes operadores de colocation e hyperscale se basan en dos temperaturas normalizadas, que cada caso simulado debe respetar.
Temperatura del aire que entra en cada servidor, en su cara delantera. Es el criterio más exigente: no tolera ningún punto caliente, por muy localizado que sea, ni siquiera en lo alto del último rack de la fila.
Temperatura medida en el centro del pasillo frío, a la altura de los sensores de supervisión (BMS). Es el criterio legible en explotación, aquel en el que se apoyan las consignas de regulación.
Los umbrales exactos varían de un operador a otro y dependen del modo de refrigeración: más estrictos para las arquitecturas con enfriadoras, ampliados para el free cooling y la refrigeración evaporativa. Todos se inscriben en el marco público ASHRAE TC 9.9: el rango recomendado de 18 a 27 °C, y luego los rangos admisibles de las clases A1 a A4 que autorizan excursiones controladas. En todos los casos, la conformidad se juzga con N unidades de frío, estando consumida la redundancia, en la humedad como en la temperatura; en transitorio se aplica una tolerancia superior, pero estrictamente cronometrada.
La restitución por tramos de SIT
El informe no se limita a un mínimo y un máximo: cada rack se clasifica por tramo de SIT, caso por caso. Esta lectura muestra de un vistazo cuántos racks son conformes, cuántos viven en el margen y dónde se concentran los rebasamientos.
Escenarios: la cascada de casos, del nominal a la peor avería
El régimen nominal
El primer cálculo establece la cartografía de referencia: temperatura del aire a la entrada de cada rack, caudales realmente suministrados por cada baldosa, equilibrio de las presiones. Revela los puntos calientes existentes y jerarquiza las correcciones: ajuste de las baldosas, obturación de las U libres, reequilibrio de los caudales, confinamiento, hasta los ajustes finos como la implantación de las rejillas, las consignas de los CRAC/CRAH o la temperatura del agua helada.
Las preguntas tipo que la simulación resuelve
- Emergencia. ¿Soportarán los climatizadores de emergencia la carga en caso de avería de una unidad principal?
- Densificación. ¿Qué ocurre si se añade un rack de alta densidad en esta fila?
- Disposición. ¿Funcionaría mejor la sala con otra disposición IT u otro modo de refrigeración?
- Consignas. ¿Qué pasa con la conformidad si la temperatura del aire impulsado o del agua helada aumenta?
La cascada de casos de los referenciales hyperscale
Los pliegos CFD de los operadores hyperscale y de colocation no dejan elección de los escenarios: imponen un enfoque en cascada, en el que cada caso hereda del anterior y responde a una pregunta precisa. Nuestros estudios lo siguen de forma nativa.
Los escenarios de fallo
Una sala conforme en régimen nominal puede desestabilizarse en unos minutos en cuanto un equipo se detiene. La simulación evalúa primero las averías comunes de explotación: pérdida de uno o varios sistemas de climatización, parada de una unidad por mantenimiento, cierre de una compuerta. La búsqueda del peor caso es sistemática: no se retira una unidad al azar, se resimulan varias combinaciones de paradas, incluidas las averías eléctricas, ya que un solo cuadro puede dejar fuera de servicio varias unidades a la vez. Sobre el modelo calibrado se verifica que los climatizadores restantes aguanten la carga sin que ningún rack salga del rango admisible, se identifican las filas más expuestas y se valida concretamente la redundancia anunciada (N+1, 2N) en lugar de suponerla adquirida.
Los proyectos de evolución
Densificación, llegada de racks IA o HPC de alta potencia, paso al confinamiento, elevación de las consignas para mejorar el PUE: cada variante se prueba virtualmente sobre el modelo calibrado. Las decisiones se toman sobre mapas de temperatura comparados, no sobre reglas a tanto alzado. Una campaña de evolución no se detiene además en la sala IT: la carga adicional repercute en los SAI, los cuadros de baja tensión y las baterías, cuya refrigeración corresponde al estudio térmico de los locales técnicos. El mismo modelo permite finalmente secuenciar las obras: qué racks mover primero, qué unidades parar durante la migración, y en qué orden, sin salir jamás del rango admisible.
El estudio interno se articula finalmente con la simulación CFD externa del centro de datos: el reciclaje de los penachos de aire caliente en cubierta y las pérdidas de potencia de los aerorefrigeradores en condiciones extremas condicionan directamente la capacidad de refrigeración disponible en la sala. Los referenciales lo imponen además explícitamente: los casos internos se simulan bajo el peor escenario de la CFD externa, integrando el desclasamiento de los equipos de producción de frío que de ello se deriva.
Corte de corriente: los minutos que cuentan
El escenario más crítico se trata en régimen transitorio: ¿qué ocurre durante un corte de corriente en el sitio? El cálculo sigue la subida de temperatura minuto a minuto y cuantifica el tiempo disponible antes de alcanzar los umbrales críticos de los servidores. Integra la inercia del circuito de agua helada, la secuencia de conmutación a SAI y luego grupos electrógenos y el rearranque de los equipos de emergencia, señalando los servidores más desfavorecidos. Ese plazo objetivo se convierte en el dato clave de los procedimientos de explotación y del dimensionamiento de las emergencias.
La impulsión se hunde, la sala vive de su inercia: solera, estructura de los racks, volumen de agua helada.
Régimen establecido rotoSe adopta el peor caso: un grupo electrógeno se niega a arrancar, la carga pasa al grupo siguiente según la secuencia del sitio.
Fallo simpleRearranque de las enfriadoras, subida en régimen de bombas y ventiladores: tiempos de los ensayos del fabricante, no del catálogo.
Ramp-up medidoEl cálculo prosigue hasta el retorno al equilibrio, recarga de los volantes de inercia térmica incluida.
Equilibrio verificadoNada aquí es a tanto alzado. Cada fuente de inercia térmica se justifica: volumen del circuito de agua helada, volantes de almacenamiento, masa de la solera y de los racks. Los tiempos de rearranque de las enfriadoras y los generadores provienen de los ensayos en fábrica (FAT) cuando han tenido lugar; en su defecto, la simulación se retoma en cuanto los ensayos entregan los tiempos reales. Y cuando el sitio dispone de un frío continuo respaldado, el estudio transitorio sirve entonces para dimensionar su inercia en lugar de demostrar su necesidad. Estas reservas de frío son además objeto de estudios CFD de pleno derecho: la estratificación de los depósitos de almacenamiento térmico condiciona la energía realmente restituible en el momento del corte, y el comportamiento hidráulico del circuito de agua helada y de sus redes fija la velocidad con la que ese frío alcanza las salas.
«¿Cuántos minutos aguanta tu sala sin frío? La respuesta se calcula, no se adivina.»
Un criterio a menudo olvidado completa el análisis: la temperatura alcanzada en el pasillo caliente se compara con el umbral de disparo de las cabezas de sprinkler, para verificar que un corte eléctrico no pueda degenerar en un disparo intempestivo de la extinción de incendios por encima de los racks.
Confinamiento, alta densidad y liquid cooling
El confinamiento físico de los pasillos es la palanca más estructurante para separar los flujos. La elección de la configuración depende de la sala, de su altura, de su modo de retorno de aire y de sus restricciones de explotación: la CFD permite comparar las opciones sobre tu geometría real.
| Estrategia | Separación de flujos | Inversión | Restricciones | Caso típico |
|---|---|---|---|---|
| Pasillos alternos sin confinamiento | Limitada | Mínima | Recirculación en lo alto del rack | Salas poco densas, existente |
| Confinamiento de pasillo frío | Buena | Moderada | Volumen confinado por asegurar (incendio) | Suelo técnico con impulsión por baldosas |
| Confinamiento de pasillo caliente | Muy buena | De moderada a alta | Temperatura elevada en el pasillo confinado | Retorno en falso techo, salas nuevas: el estándar de los referenciales hyperscale |
| Refrigeración de proximidad (InRow) | Excelente | Alta | Red de agua helada en sala | Zonas de alta densidad, IA / HPC |
En todos los casos, la eficacia real depende de las fugas: paneles ausentes, pasos de cables, racks vacíos. La simulación las tiene en cuenta y evita sobrestimar la ganancia de un confinamiento teóricamente perfecto.
El confinamiento es también una palanca financiera: puede dar derecho a certificados de ahorro energético en el marco del programa dedicado al confinamiento de pasillos en sala informática. Un estudio CFD documentado, con ganancias cuantificadas antes/después, constituye una pieza sólida para instruir la solicitud.
Acoger la alta densidad y el DLC en una sala existente
La integración de racks de alta densidad o refrigerados por líquido (DLC, Direct Liquid Cooling) trastoca las salas existentes e impone una reflexión en dos tiempos. Primero un balance de capacidad: la simulación proyecta los recursos realmente disponibles (potencia eléctrica, producción de frío, caudales), no los inventa. Luego las restricciones físicas que el cálculo no aborda directamente: resistencia del suelo, zonas de circulación, operaciones de mantenimiento y rotación de las máquinas. Estas verificaciones previas condicionan el valor del estudio.
Llega entonces la decisión del «mix cooling»: hacer coexistir en la misma sala la refrigeración por aire, el DLC y las puertas frías. La CFD compara los repartos posibles y revela los efectos insospechados: vórtices y depresiones locales, disipación calorífica de las canalizaciones eléctricas, pérdidas de carga de las redes hidráulicas.
Salas híbridas: el aire y el líquido coexisten
El liquid cooling no suprime la aeráulica, la reconfigura. Una parte del calor sigue expulsándose al aire: electrónica periférica de los racks DLC, alimentaciones, intercambiadores de las CDU, y los racks clásicos que los referenciales imponen intercalar entre las posiciones líquidas. Los pliegos exigen así mantener un caudal de aire mínimo, fracción del caudal nominal definida por el referencial: la CFD verifica que ese caudal residual, suministrado por menos unidades, alcanza aún cada rack que sigue refrigerado por aire.
El modelo integra las CDU, las redes hidráulicas que pasan por el pasillo caliente por encima de los racks con sus límites de carga por ramal, las unidades de frío por aire desactivadas para liberar espacio, y la ocupación inducida en el plénum. El reparto aire/líquido de cada fila se arbitra sobre mapas de temperatura, posición por posición, incluidos los despliegues futuros que la sala deberá absorber.
Más información: la refrigeración electrónica (DLC, inmersión)El método EOLIOS
EOLIOS es una oficina de ingeniería de ingenieros especializados en el diseño climático de los centros de datos. Para nosotros, la CFD interna no es un ejercicio de visualización: es una herramienta de diseño, respaldada por una práctica diaria de las salas IT.
Nuestros equipos diseñan y fiabilizan salas de servidores para los actores del hyperscale, de la colocation y de las infraestructuras de empresa, en Francia y a nivel internacional. Intervenimos en todo el ciclo de vida: dimensionamiento climático desde el boceto, urbanización de los pasillos, validación de la redundancia en escenario extremo, commissioning con bancos de carga, y luego acompañamiento de la explotación mediante el gemelo digital. Esta doble cultura, diseño y explotación, nos permite traducir cada simulación en planes de acción realistas, compatibles con las operaciones de explotación y la continuidad del servicio. Inversores, integradores y explotadores se apoyan en nuestros estudios para arbitrar sus decisiones de arquitectura climática y documentar sus compromisos de disponibilidad.
Porque la herramienta no lo hace todo: sin la lectura de un explotador, una simulación sigue siendo una imagen. Cada estudio desemboca en recomendaciones concretas y directamente aplicables (estrategias de regulación, modos degradados, indicadores de seguimiento), jerarquizadas según dos prioridades constantes: la continuidad del servicio y la eficiencia energética.
Nuestros estudios responden de forma nativa a los pliegos CFD de los operadores hyperscale y de colocation: cascada de casos impuesta, criterios CAT/SIT, contenidos mínimos de informe, entregables en inglés cuando el referencial lo exige. Y porque un proyecto no espera: nuestra potencia de cálculo dedicada nos permite garantizar simulaciones de urgencia, con primeros resultados en unos días cuando la necesidad del cliente lo exige.
Conforme a los referenciales CFD de los hyperscalers
- Cascada de casos impuesta: densidad media todas las unidades, peor caso N buscado, alta densidad en las peores posiciones, mezcla de densidades, transitorio, liquid cooling.
- Planos de temperatura, velocidad y presión a 1 m y 2 m del suelo, por encima del falso techo y en corte frente al pasillo más desfavorable, con mínimo, máximo y media.
- Caudales y temperaturas restituidos rejilla por rejilla, fichas técnicas de las baldosas y difusores anexadas al informe.
- Tabla de síntesis SIT por tramos y por caso, schedule de las unidades de frío en modo normal y degradado.
Los resultados adoptan la forma de imágenes y animaciones 3D comprensibles por todos los actores del proyecto, del inversor al explotador, utilizables tanto en reunión como en dosier técnico. Cuando la confidencialidad lo exige, los modelos solo pueden leerse mediante un lector dedicado facilitado por EOLIOS.
El desarrollo de un estudio
- Auditoría y recopilación. Planos, inventario de racks y potencias, consignas HVAC; en el existente, medidas in situ y ensayos de humo.
- Modelización 3D. Sala, plénum, equipos y confinamiento, con una malla adaptada a las zonas sensibles.
- Calibración. El modelo reproduce el estado medido antes de cualquier extrapolación.
- Escenarios. Nominal, fallos en transitorio, variantes de implantación y de densificación.
Lo que entregamos
- Cartografías 3D de temperatura, velocidad y presión, rack por rack.
- Tabla de conformidad ASHRAE de las temperaturas del aire a la entrada, con tabla SIT por tramos caso por caso.
- Cuantificación del bypass y de la recirculación, plan de acción jerarquizado.
- Restitución rejilla por rejilla de los caudales y temperaturas de impulsión.
- Curvas de subida de temperatura por escenario de fallo y tiempos disponibles.