La simulación CFD para los centros de datos

La ecuación térmica de lo digital: lo que realmente ha cambiado

Casi toda la electricidad que entra en un centro de datos sale de él en forma de calor. El tema no es, por tanto, "producir frío", sino evacuar una potencia térmica cada vez más concentrada en un volumen que, en cambio, no ha crecido.

La demanda de infraestructuras digitales ha cambiado de orden de magnitud. Según la Agencia Internacional de la Energía, los centros de datos consumieron alrededor de 415 TWh en 2024, casi el 1,5 % del consumo eléctrico mundial, con un crecimiento de en torno al 12 % anual desde 2017; el escenario de referencia los lleva a 945 TWh en 2030, un doblamiento en seis años. Este crecimiento no se traduce solo en más edificios: se traduce en más vatios por metro cuadrado de superficie.

Ahí es donde se sitúa la ruptura de ingeniería. Una sala diseñada en torno a 5 kW por rack tolera muchas aproximaciones: el volumen de aire de la sala actúa de amortiguador, los errores de distribución se diluyen y una avería de climatización deja varias decenas de minutos de margen. A 15, 30 o 60 kW por rack, el mismo error de distribución del 10 % ya no produce un grado de desviación sino cinco, la menor fuga de aire caliente se convierte en punto caliente y el tiempo disponible antes de superar los umbrales del fabricante se cuenta en minutos, a veces en decenas de segundos.

Las encuestas de campo confirman que el parque real avanza más despacio que los anuncios: el Uptime Institute observa una progresión continua pero lenta de las densidades medias, con una adopción creciente del rango 10–30 kW, un emplazamiento de cada ocho que declara racks entre 30 y 59 kW, y algunos armarios por encima de 100 kW todavía excepcionales. Esta heterogeneidad es precisamente el problema: la mayoría de los operadores debe hoy insertar islas de alta densidad en salas diseñadas para una densidad baja y homogénea. Es el caso de uso más frecuente de la CFD.

Consecuencias concretas de una térmica mal controlada

• Sobrecoste de explotación permanente El sobreenfriamiento preventivo se paga cada hora del año, en energía de producción de frío y de ventilación.
• Envejecimiento acelerado Los ciclos térmicos y las temperaturas de admisión elevadas degradan la electrónica, los ventiladores y las baterías.
• Riesgo de parada Superados los umbrales, los servidores reducen su frecuencia (throttling) y después se detienen: a menudo varios racks a la vez, porque comparten el mismo defecto aeráulico.
• Capacidad congelada A falta de prueba térmica, ubicaciones físicamente disponibles quedan vedadas a la carga. Es un lucro cesante directo.

Los métodos clásicos, es decir el balance de potencia global, la regla del "caudal total suficiente" o la hoja de cálculo de cargas por sala, responden a una pregunta de cantidad. Nunca responden a la pregunta de localización: dónde llega realmente el aire frío, a qué temperatura entra en ese rack concreto y qué ocurre con esa distribución cuando una unidad se para. Solo una resolución espacializada de los flujos responde a esas tres preguntas.

Del silicio a la atmósfera: las cinco escalas de la cadena térmica

Un error frecuente consiste en tratar el centro de datos como un objeto único. En realidad, el calor atraviesa cinco barreras térmicas sucesivas, cada una con su propia física, sus propias resistencias y sus propios modos de fallo. Un estudio CFD solo tiene sentido si se sabe en qué escala se sitúa la pregunta planteada.

Las cinco barreras térmicas sucesivas, del milímetro al emplazamiento: en cada escala, una física dominante, una magnitud crítica y un modo de fallo propio.

Las escalas no son independientes: se propagan. Una recirculación externa en cubierta (escala 5) eleva la temperatura del aire en la aspiración de los aerorrefrigeradores, por tanto la temperatura del agua enfriada, por tanto la temperatura de impulsión en la sala (escala 3), por tanto la temperatura de admisión de los racks (escala 2) y finalmente la temperatura de unión de los procesadores (escala 1). Un defecto en la escala 5 se lee en la escala 1: y a la inversa, una densificación en la escala 1 acaba viéndose en la cubierta.

Esta lectura por escalas dicta también el alcance de modelización. Simular una sala entera con el detalle de los disipadores sería absurdo: el rack se representa mediante un modelo equivalente (caudal, ΔT, pérdidas de carga). A la inversa, estudiar un punto caliente interno modelizando solo la cubierta no tiene ningún sentido. El reflejo correcto es elegir la escala más gruesa que aún contenga la causa del problema, y bajar un nivel si es necesario.

El marco normativo europeo: ASHRAE, EN 50600, Uptime, F-Gas

Un estudio térmico solo tiene valor referido a un criterio oponible. Sin referencia normativa, un mapa de temperaturas es un objeto estético; con referencia, se convierte en prueba de conformidad o en constatación de desviación. Estos son los textos que estructuran la práctica.

ASHRAE TC 9.9: la referencia de las condiciones de admisión

Las Thermal Guidelines for Data Processing Environments del comité técnico 9.9 de ASHRAE definen, para el aire que entra en el equipo (y no para el aire de la sala), un rango recomendado y rangos permitidos por clase de material. El rango recomendado habitual es de 18 a 27 °C, con un límite superior de humedad relativa y un encuadre del punto de rocío. Los rangos permitidos se amplían después según la clase: aproximadamente 15–32 °C (A1), 10–35 °C (A2), 5–40 °C (A3) y 5–45 °C (A4). El comité ha extendido además sus recomendaciones a los equipos refrigerados por líquido para tratar densidades superiores a 40 kW por rack, reconociendo que el marco histórico centrado en el aire ya no bastaba.

EN 50600: la norma europea de instalación

La serie EN 50600 regula el diseño, la construcción y la explotación de las instalaciones e infraestructuras de centros de proceso de datos: clases de disponibilidad, protección física, distribución eléctrica, control ambiental e indicadores de eficiencia (entre ellos el PUE, también normalizado a nivel ISO/IEC). Aporta el vocabulario contractual útil cuando un estudio debe demostrar un nivel de servicio, y no solo un confort térmico.

Uptime Institute: los Tiers de redundancia

La clasificación Tier I a Tier IV no habla de temperatura sino de topología y mantenibilidad. Interesa directamente a la CFD porque define las configuraciones a demostrar: si la instalación reivindica mantenimiento concurrente, entonces el comportamiento térmico debe seguir siendo aceptable durante la indisponibilidad voluntaria de un componente. Eso no se demuestra en régimen nominal, sino en escenario degradado (capítulo 14).

Marco ambiental y seguridad: la escala europea, las declinaciones nacionales

Los requisitos estructurantes son hoy europeos; son sus transposiciones nacionales las que varían de un país a otro. Un mismo proyecto ejecutado en Francia, Alemania, Países Bajos o Irlanda responde a los mismos objetivos físicos, pero ante autoridades y procedimientos de autorización diferentes.

• Reglamento F-Gas (UE) La reducción progresiva de los refrigerantes con alto potencial de calentamiento orienta las opciones de arquitectura frigorífica y empuja hacia el free cooling, por tanto hacia consignas más altas, por tanto hacia una mayor exigencia sobre la distribución de aire.
• Directiva de eficiencia energética (UE) Los centros de datos por encima de cierto umbral de potencia instalada declaran sus indicadores de rendimiento, entre ellos el PUE y la valorización del calor. Una prueba térmica se convierte en un argumento de expediente, no solo en un confort de explotación.
• Autorización ambiental Grupos electrógenos y almacenamiento de combustible, refrigerantes, torres de refrigeración: según las potencias y las cantidades, el emplazamiento queda sujeto a un régimen de autorización o de declaración, con exigencias de dispersión de las descargas y de control del riesgo sanitario. La nomenclatura ICPE en Francia, el régimen BImSchG en Alemania o el permiso ambiental neerlandés persiguen el mismo objetivo: demostrar la dispersión.
• Torres de refrigeración & legionela Cuando se adopta una refrigeración por vía húmeda, el control del riesgo de legionela impone un análisis de riesgos y una demostración de la dispersión de las plumas, sea cual sea la jurisdicción.
• Seguridad contra incendios La clasificación del edificio determina la referencia aplicable y los objetivos de control de humos: normativa nacional del país de implantación, completada en la práctica por los Eurocódigos para la estructura y por las referencias aseguradoras (VdS, FM, CNPP) según el cliente. La extinción automática por gas se rige por sus propias reglas de diseño (capítulo 16).

Las ocho patologías aeráulicas de una sala de datos

En campo, los desórdenes térmicos se reducen casi siempre a un número pequeño de mecanismos recurrentes. Nombrarlos con precisión es el primer paso del diagnóstico: cada uno tiene una firma medible y un correctivo distinto. Confundirlos lleva a tratar un síntoma con la palanca equivocada: el caso de manual es añadir potencia frigorífica para compensar un defecto de estanqueidad.

Estos ocho mecanismos se combinan, y eso es lo que hace difícil el diagnóstico sin simulación: una misma temperatura medida en lo alto de un rack puede deberse a una recirculación, a un bypass que ha vaciado el plénum o a una interacción entre dos unidades a diez metros de distancia. Las sondas dicen que hay un problema; el campo calculado dice por dónde pasa el aire, por tanto qué correctivo funcionará.

Los indicadores de ingeniería: puntuar una sala objetivamente

Para comparar un antes y un después, o dos variantes de diseño, hacen falta indicadores que condensen un campo tridimensional en unos pocos números discutibles en una reunión. El sector ha normalizado un pequeño conjunto, todos construidos sobre el mismo principio: comparar la térmica real con la térmica ideal.

El interés de estos indicadores es doble. En diagnóstico, orientan de inmediato hacia la familia correcta de correctivos: un RTI del 70 % con admisiones correctas señala un exceso de caudal y un bypass, es decir un potencial de ahorro, no un riesgo. En diseño, permiten fijar compromisos de resultado verificables en el modelo y después en la recepción.

El caudal de aire, única variable realmente dimensionante

Todo parte de un balance entálpico elemental. La potencia evacuada por un flujo de aire se escribe:

Esta relación explica la mayoría de los arbitrajes del oficio. Aumentar el ΔT reduce proporcionalmente el caudal, por tanto la energía de ventilación (que varía aproximadamente con el cubo del caudal): es el yacimiento de ahorro más potente. Pero un ΔT elevado significa aire de retorno más caliente, por tanto consecuencias mucho más graves en caso de recirculación. El confinamiento no es una opción de confort: es lo que hace utilizable sin riesgo un ΔT elevado.

Calcular un orden de magnitud

La herramienta siguiente aplica esta relación y extrae de ella la segunda cifra que todo operador debería conocer: la velocidad de subida de temperatura de la sala en caso de pérdida total de refrigeración, obtenida dividiendo la potencia disipada por la capacidad térmica del volumen de aire.

Panorama de las tecnologías de refrigeración: del aire a la inmersión

La elección de una arquitectura de refrigeración se guía primero por la densidad por rack, después por las restricciones del emplazamiento (altura libre, agua disponible, clima, normativa) y finalmente por la explotación. La CFD interviene en cada nivel, pero con preguntas distintas: en aire se busca dónde va el aire; en líquido se busca qué le queda por hacer al aire, porque una parte del calor se sigue disipando en la sala.

La refrigeración líquida progresa deprisa allí donde las cargas de aceleradores lo imponen: algunas arquitecturas de cálculo recientes alcanzan potencias por armario del orden de 120 kW, fuera del alcance de una refrigeración por aire a plena carga. Pero el parque existente sigue siendo mayoritariamente de aire: el verdadero reto de la década es menos "aire o líquido" que la convivencia de ambos en las mismas salas, con rangos de temperatura y redundancias distintos.

Qué calcula realmente una simulación CFD

La CFD (Computational Fluid Dynamics) resuelve numéricamente las ecuaciones de conservación de la mecánica de fluidos en un dominio dividido en volúmenes elementales. No "predice" nada: calcula las consecuencias de las hipótesis que se le dan. Por eso la calidad de un estudio depende ante todo de los datos de entrada y de la elección de los modelos.

Las ecuaciones resueltas

En una sala de datos, el aire se trata como un fluido newtoniano débilmente compresible. Tres familias de ecuaciones se resuelven simultáneamente en cada volumen de control: la conservación de la masa (continuidad), la conservación de la cantidad de movimiento (Navier-Stokes, incluido el término de flotabilidad) y la conservación de la energía (transporte de la entalpía, con conducción y, en su caso, radiación). Se añaden, según el caso, ecuaciones de transporte para la turbulencia, la humedad, las especies químicas (humos, gas extintor) o las partículas.

La resolución es iterativa: partiendo de un campo inicial, el solver corrige presión y velocidades hasta que los desequilibrios locales (los residuos) se vuelven despreciables. Se distinguen los cálculos estacionarios (se busca el estado de equilibrio, caso del régimen nominal) y transitorios (se sigue la evolución en el tiempo), estos últimos indispensables para una avería o un incendio.

Lo que aporta la CFD y ningún otro método aporta

Modelización física: turbulencia, flotabilidad, medios porosos, radiación

Una sala de datos es un caso de convección mixta: los chorros de impulsión imponen una dinámica forzada, mientras que las plumas calientes imponen una dinámica natural. Ambas se disputan el campo y, según la relación de fuerzas, la misma sala puede comportarse de forma muy distinta. La elección de los modelos no es, por tanto, un detalle de software: es un acto de ingeniería que debe justificarse en el informe.

Modelos de turbulencia

La turbulencia no se resuelve directamente: exigiría mallas fuera de alcance. Se resuelven ecuaciones promediadas (RANS) y se modeliza el efecto de la turbulencia sobre el campo medio.

Flotabilidad: Boussinesq o densidad variable

Con las diferencias de temperatura moderadas de una sala de datos (10 a 20 K), la aproximación de Boussinesq (densidad constante salvo en el término de gravedad) es legítima y numéricamente cómoda. Deja de serlo en cuanto las diferencias son grandes: plumas de aerorrefrigeradores, escapes de grupos electrógenos y, por supuesto, incendio, donde la densidad debe tratarse como plenamente variable con la temperatura. Usar Boussinesq en un caso de incendio es un error de modelización clásico.

Medios porosos: representar sin mallar

Sería absurdo mallar cada perforación de baldosa, cada servidor y cada rejilla. Se representan mediante medios porosos equivalentes, caracterizados por una ley de pérdida de carga (términos viscoso e inercial tipo Darcy-Forchheimer) calibrada con datos del fabricante o con medidas. Este enfoque se aplica a las baldosas perforadas (grado de perforación, presencia de una compuerta), a los frentes de rack, a los filtros y baterías y a las rejillas de retorno. La calidad de esa calibración determina directamente la fidelidad del reparto de caudales: a menudo es ahí, y no en el modelo de turbulencia, donde se pierde la precisión.

Modelización de los racks y de las unidades de tratamiento de aire

• Racks Modelo con caudal impuesto (el ventilador del servidor regula) o con ΔT impuesto (la potencia es conocida). La elección cambia el comportamiento en escenario degradado: un modelo con caudal impuesto no "ve" la aceleración de los ventiladores internos cuando el aire de entrada se calienta.
• CRAC/CRAH Curva característica del ventilador en lugar de caudal fijo, so pena de ignorar la redistribución de caudales cuando una unidad se para y la red cambia de punto de funcionamiento.
• Fugas Pasos de cables, juntas de suelo, ubicaciones sin obturar. Una sala real tiene fugas; un modelo perfectamente estanco es sistemáticamente optimista.

Los programas utilizados en el mundo del centro de datos

El panorama se divide en dos familias. Por un lado las herramientas dedicadas al centro de datos, que incorporan bibliotecas de objetos (racks, CRAH, baldosas perforadas, confinamientos) y calculan directamente los indicadores del sector. Por otro los solvers generalistas, más pesados de implantar pero sin límite de alcance: es la única opción posible en cuanto hay que tratar una cubierta, una pluma, un incendio o una geometría fuera de catálogo.

Radiación

A menudo despreciable entre racks, la radiación vuelve a ser importante en tres situaciones: locales técnicos compactos con fuerte densidad superficial (UPS, CGBT), aportes solares sobre envolvente y cubierta en los estudios externos, e incendio, donde constituye un modo de transferencia mayor y gobierna la propagación a los racks vecinos.

Mallado: la discretización decide lo que se verá

La simulación equivale a resolver un sistema de ecuaciones en derivadas parciales no lineales sobre un número finito de celdas. La malla es esa división. Fija la resolución espacial de la información: un fenómeno más pequeño que la celda no existe en el resultado. En una sala de datos, eso significa que una malla gruesa alisará precisamente lo que se busca: los gradientes de admisión en la parte alta del rack y las fugas locales.

Estrategia de mallado en una sala de datos

• Malla híbrida Hexaedros dominantes en los volúmenes regulares (pasillos, plénum), tetraedros, prismas y pirámides para enlazar las geometrías complejas. Se combina así la precisión de las mallas estructuradas con la flexibilidad de las no estructuradas.
• Refinado selectivo Frentes de rack, baldosas perforadas, bocas de impulsión y de retorno, aberturas de confinamiento, singularidades del plénum. Son las zonas de fuerte gradiente.
• Capas de prismas Cerca de pared, para captar correctamente las capas límite y los intercambios térmicos cuando cuentan.
• Calidad geométrica Se vigilan la oblicuidad, la relación de aspecto y los saltos de tamaño entre celdas vecinas. Una celda degenerada degrada la convergencia mucho más allá de su entorno.

La independencia de malla, no negociable

Un resultado solo tiene valor si ya no depende significativamente de la finura de la malla. La demostración es simple y debe figurar en el informe: se resuelve el mismo caso en al menos tres mallas de finura creciente (típicamente con un factor de 1,5 a 2 en el tamaño característico) y se siguen algunas magnitudes de salida representativas: temperatura máxima de admisión, RCI, caudal de una baldosa crítica. Cuando la diferencia entre dos niveles baja de un umbral (a menudo unas décimas de grado), la malla se considera suficiente.

Condiciones de contorno: donde se inyecta la realidad del emplazamiento

Las condiciones de contorno traducen matemáticamente la interacción entre el dominio calculado y su entorno. Aportan lo esencial de la verdad física del emplazamiento: a través de ellas la simulación aprende lo que hace realmente la instalación. Formalmente se impone o bien un valor en la frontera (condición de Dirichlet: temperatura, velocidad), o bien un flujo o un gradiente (condición de Neumann: potencia disipada, pared adiabática), o bien una relación mixta (coeficiente de intercambio, curva de ventilador).

La elección de los escenarios climáticos merece atención particular. Una instalación se dimensiona para situaciones desfavorables: ola de calor en percentil alto (y no media mensual), viento con dirección penalizante para la recirculación, invierno para las cuestiones de condensación y de free cooling. En la práctica se retiene un conjunto reducido de puntos de funcionamiento dimensionantes, cada uno justificado por un dato climático de la estación meteorológica más representativa.

Convergencia, verificación, validación, incertidumbres

Una simulación siempre produce imágenes. Nada garantiza que describan algo. La distinción es estructurante: la verificación pregunta "¿resolvemos correctamente las ecuaciones?", la validación pregunta "¿resolvemos las ecuaciones correctas, con los datos correctos?". Ambas son necesarias y no se sustituyen.

Criterios de convergencia

Validación: contrastar con lo real

En una instalación existente, la validación consiste en comparar el cálculo con medidas independientes: temperaturas de admisión tomadas a varias alturas, caudales de baldosas, temperaturas de retorno y, en su caso, ensayos de humos para verificar cualitativamente las trayectorias. Se ajustan entonces los parámetros peor conocidos (permeabilidades, fugas, reparto real de las potencias) hasta obtener un acuerdo aceptable. Es la calibración. Transforma un modelo genérico en gemelo digital del emplazamiento, reutilizable para todos los estudios posteriores.

Análisis de sensibilidad y márgenes

En lugar de una cifra única, un estudio robusto entrega un rango. Se hacen variar los parámetros dudosos dentro de sus límites creíbles (potencia TI ±10 %, fugas de plénum, grado de apertura de las compuertas, temperatura exterior) y se observa el efecto sobre los indicadores. Eso permite responder a la única pregunta que realmente cuenta en una reunión de proyecto: ¿de cuánto margen disponemos antes de que cambie la conclusión?

El levantamiento en campo: lo que se mide antes de simular

En una instalación existente, la fase más rentable de un estudio no es el cálculo: es la campaña de medidas. Fija el límite superior de precisión de todo lo que sigue y, por sí sola, revela una parte de los desórdenes.

El conjunto mínimo de datos

• Potencias reales Lecturas por PDU o por salida del CGBT, rack por rack si es posible. Nunca las potencias de placa, que sobreestiman habitualmente entre un 30 y un 100 %.
• Temperaturas de admisión En la parte baja, media y alta del rack, sobre una muestra representativa: es el gradiente vertical el que delata la recirculación, no el valor medio.
• Temperaturas de impulsión y de retorno De cada unidad, con la consigna y el grado de carga del ventilador.
• Caudales de baldosas perforadas Con caudalímetro de campana: es la medida más reveladora de un plénum desequilibrado, y la que más a menudo falta en los expedientes.
• Presión de plénum En varios puntos, y altura libre real bajo el suelo.
• Geometría constatada Planos actualizados, posiciones reales de los racks, ubicaciones vacías, paneles ciegos presentes o no, bandejas de cables, cepillos de paso.
• Termografía infrarroja Cartografía rápida de los frentes de rack, de las puertas de confinamiento y de los locales técnicos; excelente herramienta para localizar fugas.
• Ensayo de humos Puntual: visualización directa de las trayectorias, insuperable para convencer y para validar cualitativamente el modelo.
• PUE instantáneo E historial del sistema de gestión: para situar el potencial de ahorro y disponer de un punto de comparación tras la actuación.

CFD interna de la sala de datos: qué se mira, y en qué orden

En régimen nominal, el objetivo no es producir un mapa bonito sino responder a una lista finita de preguntas, en un orden que va de lo global a lo local. Esa secuencia es nuestra plantilla de análisis estándar.

La sexta pregunta es la que produce más valor económico, y es la que no puede plantearse sin simulación. Subir la consigna de impulsión 2 o 3 °C reduce el consumo de producción de frío y amplía considerablemente las horas anuales de free cooling: pero solo si se tiene la prueba de que ningún rack sale de su rango permitido, incluida la parte alta del rack peor situado, incluso con una unidad parada. La CFD proporciona exactamente esa prueba.

Los locales técnicos, ángulo muerto clásico

Las salas informáticas concentran la atención; los locales UPS, CGBT y de transformadores concentran los incidentes. Suman fuerte densidad superficial, volumen reducido, ventilación a menudo somera, una parte de transferencia por radiación y umbrales de fabricante estrictos en las baterías. Son excelentes candidatos a un estudio dedicado, en general rápido y de alto retorno.

Escenarios de fallo: la térmica de los primeros minutos

Un centro de datos bien diseñado no se juzga en régimen nominal, donde casi todo funciona, sino por su capacidad de atravesar un incidente. Es el terreno en el que la CFD no tiene competencia: nadie acepta parar una enfriadora en producción para ver qué pasa.

Los escenarios que hay que instruir

• Pérdida de una unidad de tratamiento de aire El caudal total baja, pero sobre todo cambia el mapa de distribución. Las unidades vecinas se redistribuyen según su curva, y la zona de servicio perdida no es la que se cree. Algunas baldosas pueden invertirse.
• Configuración N+1 en mantenimiento Idéntica a la anterior pero voluntaria y prolongada; es la prueba que exigen las reivindicaciones de mantenimiento concurrente.
• Pérdida de una enfriadora o de un circuito La temperatura de impulsión deriva mientras el caudal permanece nominal. La firma es muy distinta de una pérdida de caudal.
• Corte eléctrico y conmutación a socorro Durante unos segundos o unas decenas de segundos, los ventiladores de las unidades se paran mientras la informática, alimentada por UPS, sigue disipando. El plénum se despresuriza muy deprisa, la sala pasa a régimen de flotabilidad pura.
• Ola de calor prolongada La producción de frío pierde rendimiento y el free cooling deja de estar disponible; el estudio interno debe entonces acoplarse al estudio externo (capítulo 15).
• Defecto de confinamiento durante obras Puerta abierta, paneles retirados, rack en sustitución. Escenario banal, raramente instruido, a menudo responsable de alarmas.

Estos órdenes de magnitud bastan para entender por qué el tema ha cambiado de naturaleza con la densidad: a 200 kW en un gran volumen el operador tiene tiempo de reaccionar; a 800 kW la secuencia automática de rearranque de los ventiladores se convierte en la única barrera, y su tiempo de respuesta debe compararse con el tiempo de superación del umbral. Es exactamente lo que proporciona una simulación transitoria: no una media, sino la curva de temperatura de admisión de cada rack, segundo a segundo.

CFD externa: aerorrefrigeradores, recirculación, ola de calor, isla de calor

Toda la cadena de frío depende de una sola magnitud física: la temperatura del aire realmente aspirado por los intercambiadores exteriores. Y esa temperatura no es la de la estación meteorológica. Resulta de la interacción entre las descargas calientes de la instalación, la geometría de la cubierta y del emplazamiento, y el viento. Es el objeto de la CFD externa.

La recirculación externa, mecanismo central

La recirculación externa es un mecanismo que se agrava a sí mismo: la máquina cuyo aire de entrada se calienta ve caer su rendimiento, demanda más potencia, expulsa por tanto más calor y alimenta su propia pluma. Las configuraciones de riesgo están bien identificadas: máquinas demasiado juntas, descargas orientadas hacia una aspiración vecina, petos altos que atrapan el aire caliente, carenados acústicos mal dimensionados y edificios vecinos que crean una estela que abate las plumas hacia la cubierta.

Las cuestiones tratadas en externo

• Elevación de temperatura en la aspiración De cada máquina, por dirección y velocidad de viento, en condiciones de ola de calor.
• Implantación en cubierta Separación, altura de descarga, orientación, conducto o tobera de descarga, pantallas y cortavientos.
• Grupos electrógenos Dispersión de los gases de escape calientes, interacción con las tomas de aire exterior y los aerorrefrigeradores, un escenario en el que ambos sistemas funcionan simultáneamente.
• Pérdidas de carga Inducidas por carenados, rejillas, lamas y paneles fotovoltaicos en cubierta.
• Isla de calor Impacto de las descargas a escala de barrio o de campus, tema que se ha vuelto central en los procedimientos de autorización.
• Calidad del aire y aceptabilidad Dispersión de las plumas, cuestión sanitaria para los dispositivos por vía húmeda.

La articulación con el estudio interno es directa y cuantificable: cada grado ganado en la aspiración de las máquinas se traduce en potencia frigorífica disponible, por tanto en temperatura de agua enfriada, por tanto en margen sobre la consigna de impulsión. Por eso tratamos cada vez más ambos alcances en un mismo encargo acoplado, y no en estudios separados.

Incendio, control de humos y extinción por gas: simular lo inaceptable

El riesgo de incendio de un centro de datos tiene características propias: fuerte concentración de energía eléctrica, combustibles que producen humos densos, tóxicos y corrosivos, y una apuesta que no es solo humana sino también material: los productos de combustión atacan la electrónica mucho más allá de la zona quemada. Aquí la simulación cambia de objetivo: ya no se busca el confort, se busca la tenabilidad y el control.

Lo que se calcula

• Desarrollo del foco Y eventual propagación a los racks vecinos, radiación incluida.
• Campos de temperatura, de visibilidad y de toxicidad A altura de persona, a lo largo de los recorridos de evacuación y de intervención.
• Eficacia del control de humos Caudales de extracción, posición de los exutorios y de las entradas de aire, altura libre de humo, zonas de estancamiento.
• Interacción con la ventilación de confort Una climatizadora que sigue funcionando puede remover los humos y destruir la estratificación que el control de humos trata de establecer.
• Extinción automática por gas Dispersión y homogeneidad de la concentración de agente, mantenimiento de la concentración en el tiempo, efectos aeráulicos de la descarga y sobrepresión.
• Compartimentación Eficacia real de las separaciones y de los dispositivos de obturación.

Dos exigencias de modelización distinguen el incendio del resto: el cálculo es necesariamente transitorio, sobre duraciones de varias decenas de minutos, y la densidad debe tratarse como plenamente variable: la aproximación de Boussinesq ya no tiene validez alguna con diferencias de varios cientos de grados. La radiación pasa a ser un modo de transferencia de primer orden, y la definición del incendio de diseño (potencia, curva de crecimiento, superficie, producción de hollín) debe justificarse respecto a la referencia aplicable.

PUE: dónde actúa realmente la CFD, y dónde no

El PUE relaciona la energía total del emplazamiento con la energía útil de la informática. Es simple, imperfecto, universalmente utilizado. Y está estancado: 1,54 de media mundial, sin cambios desde hace seis años consecutivos según el Uptime Institute, frente a 1,10-1,15 que reivindican los hiperescalares y 1,58-1,80 constatados en colocation y en empresa. La diferencia no es tecnológica: es aeráulica y operativa.

Las cinco palancas sobre las que actúa la simulación

A la inversa, hay que ser claros sobre lo que la CFD no hace: no mejora ni el rendimiento de una enfriadora, ni el de un UPS, ni el factor de carga de la informática. Un PUE degradado por una tasa de carga muy baja no se corrige con un estudio aeráulico: se corrige con consolidación. Saber distinguir ambas situaciones evita vender, y comprar, el estudio equivocado.

El desarrollo de un encargo: entregables, plazos, formato de entrega

Nuestro compromiso de referencia en una sala de datos es de cuatro semanas, del encuadre a la presentación: y sabemos ir más rápido cuando la planificación del proyecto lo exige.

Un estudio CFD no es un cálculo aislado sino una secuencia de decisiones compartidas con la dirección facultativa y el operador. El desarrollo siguiente es el que aplicamos: un mes natural, con fases parcialmente en paralelo. Nuestros medios de cálculo internos permiten comprimir ese plazo a dos o tres semanas en procedimiento acelerado: un arbitraje de puesta en servicio, una decisión urgente de implantación, un incidente que instruir. Solo dos situaciones lo alargan realmente: un número muy elevado de escenarios transitorios y la espera de datos de entrada por parte del operador.

Experiencias de campo: lo que hemos aprendido en obra

Seis encargos, seis mecanismos distintos. Las fichas detalladas, con configuraciones y resultados, están publicadas en este sitio.

Errores clásicos observados en explotación

Estas situaciones se repiten en casi todos los emplazamientos auditados. Ninguna procede de un error de ingeniería sofisticado: son derivas de explotación o atajos de diseño, con un efecto térmico desproporcionado.

Límites de la CFD y preguntas que hacer a su proveedor

Un libro blanco honesto debe decir dónde se detiene la herramienta que presenta. La CFD es potente; también es fácil de usar mal, y un resultado falso no se distingue visualmente de uno correcto.

Lo que la CFD no puede hacer

• Compensar datos de entrada malos. Una potencia TI aproximada o una geometría obsoleta produce un resultado aproximado, sea cual sea el refinamiento del cálculo.
• Predecir el comportamiento de una regulación no modelizada. Los autómatas reaccionan a las medidas: si la estrategia de regulación no está descrita, el transitorio calculado es solo un escenario entre otros.
• Sustituir la medida. La organiza y la interpreta; no la sustituye, y en un emplazamiento existente depende de ella.
• Zanjar cuestiones no aeráulicas. Fiabilidad eléctrica, ciberseguridad, rendimiento de las máquinas: fuera de campo.
• Seguir siendo válida indefinidamente. Un modelo describe un estado de instalación. Toda evolución de carga o de implantación exige una actualización del gemelo digital.

Ocho preguntas que hacer antes de encargar un estudio

Un documento de equipo, no de un autor único

En EOLIOS, un estudio nunca es el trabajo de un solo ingeniero: se produce, se recalcula y se revisa por un departamento. Este libro blanco sigue la misma regla: lo firma el departamento Centro de datos, y es la oficina de ingeniería la que responde de él, no una persona, igual que en los estudios que realizamos.

Departamento Centro de datos · EOLIOS Ingeniería Oficina de ingeniería independiente en mecánica de fluidos numérica. No vendemos ningún equipo: nuestras conclusiones no tienen producto que defender.

La oficina de ingeniería Nuestros estudios publicados LinkedIn

350+centros de datos estudiados

15 añosde simulación CFD

9oficinas en Europa y en el mundo

HPCmedios de cálculo internos + nube

El contenido procede de nuestros propios encargos: campañas de medidas en obra, modelos ajustados con levantamientos, escenarios de fallo calculados internamente. Cuando una cifra procede de una referencia externa, se cita en el anexo C; cuando procede de nuestra práctica, se indica en el texto.

01Redacciónpor los ingenieros del departamento que llevan los estudios de centros de datos: aeráulica, térmica, incendio, medida en obra.

02Revisión cruzadapor un segundo ingeniero del departamento, que no ha participado en la redacción, como en nuestros informes de estudio.

03Validaciónpor el responsable de departamento, y después revisión anual para integrar las evoluciones de densidad, normas y tecnologías.

Publicado por el departamento Centro de datos Revisado internamente, en doble lectura Actualizado el 29 de julio de 2026 Próxima revisión julio de 2027

¿Una pregunta sobre su sala? El ingeniero del departamento le responde

Preguntas frecuentes

Fuentes & referencias

Los datos de mercado citados en este libro blanco proceden de fuentes públicas, fechadas y verificables. Las referencias técnicas deben consultarse siempre en su edición en vigor: los valores aquí reproducidos son indicativos.

1. 01Agencia Internacional de la Energía (AIE), Energy and AI, World Energy Outlook Special Report, abril de 2025: 415 TWh consumidos por los centros de datos en 2024 (≈ 1,5 % de la electricidad mundial), crecimiento ≈ 12 %/año desde 2017, proyección ≈ 945 TWh en 2030 en el escenario de referencia. iea.org
2. 02Uptime Institute, Global Data Center Survey 2025 (15.ª edición), julio de 2025: PUE medio mundial ≈ 1,54, estable por sexto año consecutivo; progresión de las densidades en el rango 10–30 kW, un emplazamiento de cada ocho declara racks de 30 a 59 kW. uptimeinstitute.com
3. 03ASHRAE Technical Committee 9.9, Thermal Guidelines for Data Processing Environments: rangos recomendados y permitidos del aire en admisión, clases A1 a A4, extensión a los equipos refrigerados por líquido para las altas densidades.
4. 04Serie EN 50600 (e ISO/IEC 22237): diseño, construcción y explotación de las instalaciones e infraestructuras de centros de proceso de datos; indicadores de eficiencia energética.
5. 05Uptime Institute, Tier Standard: Topology & Operational Sustainability: clasificación Tier I a IV, mantenimiento concurrente y tolerancia a fallos.
6. 06Lawrence Berkeley National Laboratory, informe 2024 sobre el consumo eléctrico de los centros de datos estadounidenses: 176 TWh en 2023, proyección de 325 a 580 TWh en el horizonte 2028.
7. 07Marco normativo europeo: nomenclatura de las instalaciones clasificadas para la protección del medio ambiente (ICPE) aplicable a grupos electrógenos, refrigerantes y torres de refrigeración; reglamento europeo F-Gas sobre los gases fluorados de efecto invernadero.
8. 08Publicaciones técnicas EOLIOS: todos los dosieres y fichas de proyecto citados en este libro blanco son accesibles desde nuestros recursos Centro de datos.

Edición 2026 del libro blanco EOLIOS. Los órdenes de magnitud de ingeniería facilitados en las tablas (rangos de densidad, objetivos de indicadores, duraciones de encargo) reflejan nuestra práctica y no constituyen valores normativos: cada proyecto debe verificarse en su propio contexto.