Estudio CFD de los intercambios térmicos y aeráulicos externos de un centro de datos en Meudon: penachos de los grupos electrógenos y control del bucle de los aeroenfriadores en cubierta.
EOLIOS utilizó la modelización CFD para estudiar los intercambios térmicos y aeráulicos externos de un centro de datos en Meudon. El estudio permitió comprender y optimizar la refrigeración de los equipos informáticos de alta densidad, con recomendaciones para mejorar la aeráulica en caso de viento específico.
Lo esencial. Estudio CFD externo de un centro de datos en Meudon, apoyado en un gemelo digital que reproduce el sitio y su entorno dentro de un radio de 400 m. Las condiciones más desfavorables adoptadas son una temperatura exterior de 40 °C y un viento de 4 m/s. En la aspiración de los sistemas en cubierta la temperatura se mantiene por lo general por debajo de los 45 °C. Se identificó un bucle de los aeroenfriadores, pero se mantiene muy localizado y no compromete la durabilidad de las instalaciones. Se recomienda una verificación de la aeráulica para un viento del noreste.
EOLIOS Ingeniería, uno de los líderes europeos de la modelización CFD de centros de datos, aportó su pericia en la comprensión y la modelización de los intercambios térmicos y aeráulicos exteriores, en relación con la liberación de calor de los grupos electrógenos y de los sistemas en cubierta.
En los centros de datos de muy gran escala se necesitan sistemas de refrigeración capaces de seguir la evolución de la IT, debido a la densidad creciente de los equipos (más de 10 kW por bastidor). Este calor se evacúa mediante una serie de sistemas de refrigeración dispuestos en fuerte concentración en cubierta.
Este estudio examina el penacho de escape de una serie de generadores. El objetivo: mejorar la mezcla de aire de los aeroenfriadores en la cubierta de los locales técnicos ocupados por grupos electrógenos, con el fin de asegurar que el escape térmico no contamine el aire de alimentación por bucle. Un bucle provoca una pérdida de potencia de los aeroenfriadores, por tanto un aumento de la temperatura en los data halls y un riesgo de fallo.
Para ello, nuestros ingenieros simularon mediante cálculo numérico CFD el comportamiento termo-aeráulico de los distintos fenómenos que se producen fuera del modelo.
Volumen de aire caliente expulsado por una fuente (grupo electrógeno, chimenea, aeroenfriador) que se eleva y se deforma por efecto de su flotabilidad y del viento. Su trayectoria determina el riesgo de reaspiración por los sistemas vecinos.
Nuestros expertos tuvieron en cuenta una multitud de parámetros:
las temperaturas de las paredes radiantes y el tiro térmico de los procesos;
la presión del viento y la resistencia interna al flujo de aire vertical;
la ubicación y la resistencia al flujo de las aberturas de la envolvente;
el terreno local, el impacto de los edificios sobre el viento y los sistemas mecánicos que mezclan el aire alrededor de los procesos.
Se realizó un estudio meteorológico para determinar las condiciones climáticas habituales alrededor del sitio. Reveló que el viento es constante durante el año, con una dominante del suroeste y episodios temporales de origen noreste.
El estudio se realizó para una temperatura exterior de 40 °C y vientos de 4 m/s, la velocidad más prevalente en el sitio y la más desfavorable: es capaz de empujar el penacho de los grupos electrógenos hacia los sistemas en cubierta.
El gemelo digital reproduce la geometría simplificada del sitio y su entorno dentro de un radio de 400 m, para analizar con mayor finura la evolución del penacho térmico según la orientación de los vientos. Se inscribe en un proceso de mejora del diseño: las zonas de sobretemperatura en la aspiración condujeron a una actualización del modelo por parte de los ingenieros de EOLIOS.
Réplica virtual del centro de datos y de su entorno, alimentada por las fichas técnicas de los equipos. Permite reproducir distintos escenarios de viento y de carga sin intervenir en la instalación real.
El gemelo digital incluye los grupos electrógenos, la subestación, las chimeneas y los aeroenfriadores en cubierta. Alrededor de la cubierta y de los grupos electrógenos se instalan lamas mecánicas.
Los grupos electrógenos están instalados en locales de hormigón a medida que integran los equipos técnicos. Chimeneas modeladas en cubierta evacúan los gases de escape de los motores, nocivos para el medio ambiente y la salud.
Los aeroenfriadores instalados en cubierta disipan el calor liberado en los data halls. Están equipados con silenciadores, cuya cubierta se tuvo en cuenta en la modelización aeráulica.
La simulación CFD muestra que la temperatura se mantiene por lo general por debajo de los 45 °C. Se identificaron zonas más elevadas, atribuibles al bucle de los aeroenfriadores del lado norte sobre los del lado sur cuando el viento viene del noreste, y a la inversa con viento del suroeste.
Reaspiración, por parte de los aeroenfriadores, de una parte del aire caliente que acaban de expulsar. El aire se infiltra bajo la cubierta por los extremos abiertos de la fila, lo que eleva la temperatura en la aspiración y reduce la potencia de refrigeración.
Este aumento se mantiene sin embargo muy localizado: solo aparece en el aeroenfriador más próximo a los grupos electrógenos y permanece por debajo del objetivo de temperatura.
La simulación numérica confirmó además que los penachos térmicos de los grupos electrógenos, de las chimeneas de escape, de las rejillas de aspiración y descarga y de la subestación transformador no representan un problema para los sistemas en cubierta.
El estudio pone de relieve que la elevada densidad de instalaciones en cubierta provoca fenómenos de bucle, con un aumento local de la temperatura del aire. Este fenómeno no pone sin embargo en peligro la durabilidad de las instalaciones.
Los ingenieros de EOLIOS realizaron además un modelo aproximado de PA13. Sus principales características termo-aeráulicas revelaron problemas de bucle significativos, capaces de comprometer la durabilidad de las instalaciones: allí los penachos de los grupos electrógenos son reaspirados de forma importante por los aeroenfriadores en cubierta.
A recordar. En PA 22 el bucle se mantiene localizado y sin efecto sobre la durabilidad. El modelo más denso PA13 muestra en cambio recirculaciones críticas. La densidad de equipos en cubierta es por tanto el factor determinante, y un aire ambiente que puede alcanzar los 40 °C hace imprescindible anticipar estos fenómenos desde el diseño.
Recomendamos realizar una verificación de la aeráulica de este centro de datos para un viento del noreste.
Las conclusiones del estudio permitieron identificar estas problemáticas y proponer soluciones adaptadas a los equipos de diseño. La simulación CFD permite analizar, verificar y corregir los errores potenciales desde el diseño: un método rápido y preciso, que ahorra tiempo y costes garantizando al mismo tiempo resultados concretos y fiables. Integrar la CFD desde la fase de diseño es la garantía de evitar problemas futuros.
Saber hacer: la simulación CFD externa para los centros de datosBucle, condiciones meteorológicas y aportación de la simulación: las respuestas a las preguntas de operadores y equipos de diseño.
Una parte del aire caliente expulsado por una fila de aeroenfriadores se infiltra bajo la cubierta por los extremos abiertos de la fila y luego es reaspirada por los sistemas de la misma fila. La temperatura en la aspiración aumenta y la potencia de refrigeración disminuye, una cuestión cercana a la estudiada en nuestro proyecto de pérdida de carga de un grupo electrógeno.
El viento es constante durante el año con una dominante del suroeste y episodios temporales del noreste. El estudio se realizó para una temperatura exterior de 40 °C y un viento de 4 m/s, la velocidad más prevalente y más desfavorable porque empuja el penacho de los grupos electrógenos hacia los sistemas en cubierta.
No. En PA 22 el sobrecalentamiento se mantiene muy localizado, limitado al aeroenfriador más próximo a los grupos electrógenos, y la temperatura permanece por debajo del objetivo. Un modelo más denso como PA13 muestra en cambio bucles significativos capaces de comprometer la durabilidad de las instalaciones.
El gemelo digital reproduce la geometría del sitio y su entorno dentro de un radio de 400 m para captar la influencia del terreno, de los edificios y de los vientos dominantes en la evolución de los penachos térmicos según su orientación.
La simulación CFD permite analizar, verificar y corregir los errores potenciales desde el diseño. Rápida y precisa, ahorra tiempo y costes garantizando al mismo tiempo resultados fiables antes de la ejecución.
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Estudio CFD externo del centro de datos PA 22 en Meudon: impacto de los generadores y de los sistemas de refrigeración en cubierta. La simulación numérica modeló los fenómenos termo-aeráulicos para analizar y mejorar la ventilación de los aeroenfriadores. El análisis meteorológico muestra un viento dominante del suroeste con episodios temporales del noreste. La temperatura se mantiene por lo general por debajo del objetivo, con zonas de sobretemperatura locales debidas al bucle entre aeroenfriadores, sin afectar gravemente a la durabilidad de las instalaciones.
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