Sistemas de refrigeración de centros de datos
Centro de datos - Métodos de refrigeración
La refrigeración de los centros de datos es una cuestión estratégica, que influye directamente en su eficiencia energética, fiabilidad e impacto medioambiental. Una gestión térmica optimizadaevita el sobrecalentamiento de los equipos informáticos, reduce el consumo de energía y minimiza el riesgo de interrupciones.
Comoexpertos en mecánica de fluidos, comprendemos los complejos retos asociados a la disipación del calor en las infraestructuras digitales. Mediante un enfoque integrado que combina la simulación CFD, el análisis energético y la optimización del flujo de calor, ayudamos a los operadores de centros de datos a implantar soluciones de refrigeración eficientes y sostenibles que cumplan los requisitos actuales de rendimiento y seguridad térmica.
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El problema de la refrigeración de los centros de datos
Producción de calor por equipos informáticos
Los centros de datos son infraestructuras esenciales en el mundo digital, ya que albergan multitud de servidores y equipos informáticos que funcionan continuamente. Esta actividad incesante genera una importante cantidad de calor.
Todo componente electrónico, ya sean procesadores, módulos de memoria ounidades de almacenamiento, genera calor durante su funcionamiento. Este calor es el resultado de las pérdidas de energía inherentes a los procesos de cálculo y procesamiento de datos.
La densidad de potencia de los centros de datos modernos puede alcanzar varios kilovatios por metro cuadrado, lo que se traduce en un elevado rendimiento térmico. Según un estudio, los centros de datos consumen hasta 50 veces más energía por unidad de superficie que un edificio comercial estándar. En 2017, su consumo representó el 19% del consumo mundial en el sector digital. Este consumo de energía se traduce directamente en emisiones de calor proporcionales.
Las consecuencias de una mala gestión térmica
Una gestión térmica inadecuada en un centro de datos puede tener repercusiones importantes sobre los equipos y lainfraestructura en general. Las principales consecuencias son :
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Sobrecalentamiento de los componentes electrónicos: Una temperatura excesiva puede provocar fallos de funcionamiento, errores de cálculo y, en última instancia, fallos del hardware. Los componentes electrónicos están diseñados para funcionar dentro de un rango de temperatura específico; sobrepasar estos límites reduce su fiabilidad y rendimiento.
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Mayor consumo de energía: Los sistemas de refrigeración tienen que compensar cualquier aumento incontrolado de la temperatura, lo que aumenta su carga de trabajo y, en consecuencia, el consumo de energía. Se calcula que los sistemas de refrigeración representan casi el 40% del consumo total de energía de un centro de datos.
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Reducción de la vida útil de los equipos: La exposición prolongada a altas temperaturas acelera el envejecimiento de los componentes electrónicos, reduciendo su vida útil y aumentando los costes de sustitución y mantenimiento.
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Aumento de los costes operativos: Además de costes energéticos adicionales, una mala gestión térmica puede acarrear costes asociados a interrupciones del servicio, reparaciones imprevistas y la necesidad de invertir en soluciones de refrigeración más eficientes.
Los objetivos de un sistema de refrigeración eficaz
Para garantizar el buen funcionamiento de los centros de datos y optimizar su rendimiento, un sistema de refrigeración eficaz debe cumplir los siguientes objetivos:
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Mantener una temperatura estable y uniforme: Mantener una temperatura ambiente óptima, generalmente entre 18 y 27 °C, es crucial para garantizar que los equipos funcionen correctamente. La distribución uniforme de la temperatura evita puntos calientes que podrían causar fallos en el equipo.
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Optimizar la eficiencia energética: Reducir el consumo de energía de los sistemas de refrigeración es esencial para reducir los costes operativos y la huella de carbono del centro de datos. Adoptar tecnologías avanzadas de refrigeración, como la refrigeración libre o la refrigeración líquida, puede contribuir a esta optimización.
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Reducir la huella medioambiental: Al minimizar el uso de recursos naturales como el agua y la energía, los centros de datos pueden reducir su impacto medioambiental. Por ejemplo, recuperar y utilizar el exceso de calor para calentar los edificios adyacentes es un planteamiento sostenible.
La gestión térmica de los centros de datos es, por tanto, una cuestión crucial que influye directamente en su rendimiento, sostenibilidad e impacto medioambiental.
Implantar sistemas de refrigeración adecuados y eficientes es esencial para afrontar los retos que plantea la creciente densidad energética de las infraestructuras digitales.
Principios básicos de la refrigeración de centros de datos
La necesidad de una refrigeración adecuada
Los centros de datos son infraestructuras esenciales para almacenar y procesar datos digitales. Su funcionamiento continuo genera una cantidad significativa de calor, debido principalmente a la alta densidad de equipos informáticos. Por tanto, una gestión térmica eficaz es crucial para garantizar el rendimiento, la fiabilidad y la longevidad de estos equipos.
Mecanismos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación
La disipación del calor en un centro de datos se basa en tres mecanismos fundamentales:
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Conducción: Este proceso implica la transferencia de calor a través de materiales sólidos, como los componentes electrónicos y las estructuras físicas de los servidores. El calor se propaga de las zonas de alta temperatura a las de baja temperatura por contacto directo.
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Convección: Este mecanismo implica el movimiento del calor a través de fluidos, normalmente aire, que circulan alrededor del equipo. En un centro de datos, elaire caliente generado por los servidores es evacuado y sustituido poraire más frío, lo que facilita la refrigeración de los componentes.
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Radiación: Las superficies calientes de los aparatos emitenenergía térmica en forma de radiación infrarroja. Aunque este modo de transferencia es menos predominante que la conducción y la convección, contribuye a la disipación global del calor.
Organización de los flujos de aire: separación de pasillos calientes y fríos
Una estrategia habitual para optimizar la refrigeración en los centros de datos esorganizarlos en pasillos fríos y calientes. Esta configuración pretende separar los flujos de aire caliente y frío para evitar que se mezclen, mejorando así laeficacia del sistema de refrigeración.
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Pasillos fríos: Consisten en los frentes de los bastidores de los servidores, donde se insufla aire fresco para enfriar los equipos.
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Pasillos calientes: Situados en la parte trasera de los bastidores, recogen el aire caliente expulsado por los servidores tras el enfriamiento.
Centro de datos confinado en pasillo caliente / pasillo frío
Alternando estos pasillos y confinándolos mediante barreras físicas o sistemas de contención, limitamos la mezcla de flujos de aire. Esto ayuda a mantener temperaturas más bajas en lasentradas de los servidores y reduce la carga de los sistemas de aire acondicionado. Además, eluso de suelos elevados con losas perforadas puede facilitar la distribución uniforme del aire frío en los pasillos fríos.
Temperaturas y humedad recomendadas en la sala de datos
Mantener unas condiciones ambientales adecuadas es esencial para garantizar el buen funcionamiento y la durabilidad de los equipos informáticos.La ASHRAE(Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado) proporciona directrices específicas al respecto.
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Temperatura:ASHRAE recomienda un rango de temperatura de entre 18 °C y 27 °C para los equipos de clase A1 a A4. Este intervalo está diseñado para equilibrar la eficiencia energética y la fiabilidad de los equipos.
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Humedad relativa: Una humedad demasiado baja puede provocar descargas electrostáticas, mientras que una humedad demasiado alta puede causar condensación y corroer los componentes.La ASHRAE sugiere mantener la humedad relativa entre el 20% y el 80%, con un punto de rocío máximo de 22°C.
Es importante tener en cuenta que estas recomendaciones pueden variar en función de las características específicas del equipo y de los requisitos operativos. En consecuencia, es esencial un control continuo de las condiciones ambientales, mediante sensores y sistemas de gestión, para detectar y corregir rápidamente cualquier desviación.
Comprender los principios fundamentales de la transferencia de calor,organizar estratégicamente los flujos de aire y mantener unas condiciones ambientales óptimas son elementos clave para garantizar laeficiencia energética y la fiabilidad de los centros de datos.
Sistemas de refrigeración en la sala de ordenadores
Climatización mediante unidades CRAC y CRAH
Las unidades CRAC(Computer Room Air Conditioner) y CRAH(Computer Room Air Handler) se utilizan habitualmente para refrigerar los centros de datos.
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Unidades CRAC: Estos sistemas funcionan de forma similar a los acondicionadores de aire domésticos. Utilizan un compresor y un refrigerante para enfriar el aire ambiente. Elaire caliente se aspira, se enfría pasando por encima de una bobina que contiene el refrigerante, y luego se redistribuye en la sala de ordenadores. Las unidades CRAC suelen ser autónomas y no requieren conexiones externas complejas. Son especialmente adecuados para centros de datos pequeños y medianos, con cargas informáticas inferiores a 200 kW.
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Unidades CRAH: A diferencia de los CRAC, las unidades CRAH no utilizan compresor. Están equipadas con ventiladores y baterías refrigeradas por agua fría procedente de un sistema de producción externo. Elaire caliente se aspira, pasa por las baterías refrigeradas y vuelve a la habitación a una temperatura más baja. Las unidades CRAH son más eficientes energéticamente porque utilizan un sistema de refrigeración centralizado. Son adecuados para centros de datos más grandes, con cargas informáticas superiores a 200 kW.
Suelos elevados y gestión de flujos
Eluso de suelos elevados es una práctica habitual en el diseño de centros de datos para optimizar la circulación del aire y mejorar la eficiencia de la refrigeración.
Estos suelos están formados por losas modulares colocadas sobre una estructura metálica, creando un espacio vacío entre el suelo original y el suelo. Este espacio, llamado plenum, sirve de conducto para la distribución del aire refrigerado.
En cuanto a la gestión del flujo de aire,el aire frío se canaliza por debajo del suelo elevado y se distribuye a los pasillos fríos a través de baldosas perforadas o rejillas. Los equipos informáticos aspiran este aire frío para refrigerar sus componentes internos, y luego expulsan el aire caliente a los pasillos calientes. A continuación, el aire caliente es captado por las unidades CRAC o CRAH y enfriado de nuevo. Esta separación entre pasillos calientes y fríos minimiza la mezcla de flujos de aire, mejorando laeficiencia energética del sistema de refrigeración.
Circuitos de refrigeración y disipación del calor en los centros de datos
Enfriadoras y sistemas de agua fría
Las enfriadoras y los sistemas de agua fría desempeñan un papel fundamental en la refrigeración de los centros de datos, sobre todo en las instalaciones a gran escala.
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Enfriadoras: Estos aparatos termodinámicos producenagua enfriada mediante un ciclo de compresión y expansión del refrigerante. Elagua se enfría a una temperatura que suele oscilar entre 6 °C y 12 °C, y luego se envía a unidades de tratamiento de aire (UTA ) u otros intercambiadores de calor para bajar la temperatura del aire ambiente. Las enfriadoras pueden equiparse con sistemas de free-cooling, que permitenutilizar aire exterior cuando las condiciones meteorológicas son favorables, reduciendo así el consumo de energía.
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Sistemas de agua refrigerada: En este tipo de sistema, elagua refrigerada producida por las enfriadoras circula por una red de tuberías para alimentar las unidades CRAH o los acondicionadores de aire en hilera (InRow). Estos últimos se instalan muy cerca de los bastidores de servidores, proporcionando una refrigeración específica y eficaz. Tras absorber el calor de los equipos, elagua vuelve a los refrigeradores para enfriarse de nuevo. Este circuito cerrado garantiza una disipación continua y controlada del calor.
Estos sistemas de refrigeración convencionales son esenciales para mantener unas condiciones térmicas óptimas en los centros de datos. Su elección e implantación dependen de varios factores, como el tamaño de la instalación, la densidad de potencia, las limitaciones presupuestarias y los objetivos de eficiencia energética.
Refrigeración libre: utilizando aire exterior e intercambiadores de calor
La refrigeración libre aprovecha las condiciones climáticas externas para refrigerar los centros de datos, reduciendo la dependencia de los sistemas tradicionales de refrigeración mecánica. Este enfoque puede aplicarse de dos maneras:
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Refrigeración libre directa: Cuando elaire exterior está suficientemente frío, se filtra para eliminar las partículas no deseadas y se inyecta directamente en las salas de servidores. Este método es eficaz cuando la temperatura exterior es inferior a la temperatura interior deseada, generalmente en torno a 25 °C. Sin embargo, requiere un control riguroso de la calidad y la humedad del aire para evitar cualquier impacto negativo en los equipos.
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Refrigeración libre indirecta: En esta configuración, elaire exterior enfría un fluido intermedio (comoel agua) a través de un intercambiador de calor. A continuación, este fluido circula por el interior del centro de datos para absorber el calor de los equipos sin que elaire exterior entreen contacto directo con elambiente interno. Este método ofrece un mejor control de la humedad y la calidad del aire, al tiempo que disfruta de las ventajas energéticas de la refrigeración libre.
Laeficacia de la refrigeración libre depende mucho de las condiciones climáticas locales. En regiones con inviernos fríos, esta técnica puede cubrir una gran parte de las necesidades de refrigeración, mientras que en climas más cálidos, su uso será más limitado.
Enfriamiento adiabático y evaporación
La refrigeración adiabática se basa en el principio de la evaporación del agua, que absorbe el calor delaire ambiente, reduciendo su temperatura. En un centro de datos, esta técnica se aplicahumidificando el aire entrante o mediante intercambiadores de calor adiabáticos, donde laevaporación del agua enfría un fluido circulante.
Este proceso es especialmente eficaz en climas secos, donde elaire tiene una gran capacidad para absorber la humedad, optimizando la refrigeración.
Al reducir la dependencia de enfriadoras y sistemas mecánicos de aire acondicionado, disminuye el consumo de energía ymejora la PUE(Eficacia del Uso de la Energía) del centro de datos.
Sin embargo, su eficacia disminuye cuandola humedad ambiental es elevada, lo que limita su utilidad en determinadas regiones.
Uno de los principales retos de la refrigeración adiabática es la gestión de la humedad. Un exceso de humedad en el aire puede provocar condensación, afectando a los equipos informáticos y aumentando el riesgo de corrosión de los componentes electrónicos. En consecuencia, es necesario un control preciso de la humedad para evitar cualquier desequilibrio térmico.
Otro aspecto a tener en cuenta es el consumo de agua, que puede ser importante según la configuración del sistema. Este mayor uso de agua plantea problemas medioambientales y normativos, sobre todo en relación con las ICPE(Instalaciones Clasificadas para la Protección del Medio Ambiente) y el riesgo de TAR(Impuesto sobre las Actividades Contaminantes relacionadas con los Rejets d’Eau). Estas limitaciones exigen una gestión rigurosa del tratamiento de residuos y aguas, así como el cumplimiento de la normativa local, por lo que la refrigeración adiabática sólo es adecuada en determinadas condiciones bien controladas.
Soluciones avanzadas e innovaciones para la refrigeración de centros de datos
Refrigeración híbrida: combinación aire/agua
Los sistemas de refrigeración híbridos combinan las ventajas de la refrigeración libre y los sistemas de refrigeración mecánica para optimizar la eficiencia energética. Por ejemplo, un sistema híbrido puede utilizar la refrigeración libre cuando las condiciones exteriores son favorables y pasar a la refrigeración mecánica cuando sube la temperatura exterior. Esta flexibilidad reduce el consumo de energía al tiempo que garantiza una temperatura estable en el interior del centro de datos.
Otro ejemplo de sistema híbrido es eluso de enfriadores adiabáticos combinados con unidades de refrigeración mecánicas. En este caso, elaire se enfría primero por evaporación, y luego un sistema mecánico ajusta la temperatura para alcanzar los niveles deseados. Este enfoque reduce la carga de los sistemas mecánicos, alargando su vida útil y reduciendo los costes de funcionamiento.
Refrigeración líquida: inmersión y contacto directo
A medida queaumenta la densidad de potencia de los equipos informáticos, la refrigeración por aire está alcanzando sus límites en términos de eficiencia. La refrigeración líquida ofrece una alternativa al utilizar fluidos para absorber el calor directamente de los componentes. Se utilizan dos métodos principales:
- Refrigeración por inmersión: Los servidores o componentes se sumergen en un líquido dieléctrico no conductor. Este líquido absorbe el calor generado, que se disipa mediante intercambiadores de calor. Este método elimina la necesidad de ventiladores y reduce considerablemente el ruido y el consumo de energía asociados a la refrigeración. También permite una mayor densidad de potencia, optimizando el espacio disponible.
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Refrigeración directa al chip: Las placas frías se instalan directamente en los componentes críticos, como los procesadores. Un fluido circula por estas placas, absorbiendo el calor y transportándolo a un intercambiador de calor. Este enfoque ofrece un control preciso de la temperatura de los componentes clave y puede integrarse en las infraestructuras existentes con mínimas modificaciones.
La refrigeración líquida ofrece ventajas significativas en términos deeficiencia térmica y reducción del consumo de energía. Sin embargo, requiere una mayor inversión inicial y un mantenimiento especializado para gestionar los fluidos y garantizar la estanqueidad de los sistemas.
Refrigeración en chip y tecnologías emergentes
La refrigeracióndirecta al chip es una técnica avanzada en la que se integran microcanales directamente en los chips o módulos del procesador. Un fluido refrigerante circula por estos microcanales, absorbiendo el calor en la fuente misma de su generación. Este método ofrece una disipación del calor extremadamente eficaz, esencial para aplicaciones de alto rendimiento como la informática intensiva o los servidores dedicados a la inteligencia artificial.
Entre las tecnologías emergentes también se incluyen los sistemas de refrigeración bifásicos, en los que el fluido refrigerante cambia de estado a medida que absorbe calor, ofreciendo una capacidad de disipación térmica superior. Además, se está investigando el desarrollo de materiales de cambio de fase y nanofluidos.
Análisis comparativo de los métodos de refrigeración
Elegir el mejor método de refrigeración
Laeficiencia energética y elimpacto medioambiental de los centros de datos dependen en gran medida de los sistemas de refrigeración utilizados. Esta sección analiza los distintos métodos de refrigeración según criterios como la Eficacia del Uso de la Energía (PUE), el consumo energético, lahuella ecológica, las limitaciones técnicas, los costes asociados y la seguridad.
Seguridad y fiabilidad de los sistemas de refrigeración
Advertencia de seguridad :
La seguridad es un criterio fundamental en la gestión de un centro de datos, donde cualquier avería, sobrecalentamiento o fallo puede provocar costosas interrupciones del servicio y poner en peligro la integridad de los datos. Por tanto, la elección del sistema de refrigeración debe garantizar la fiabilidad de los equipos y limitar los riesgos asociados a las averías térmicas.
Uno de los principales riesgos es el sobrecalentamiento de los componentes, que puede provocar la degradación prematura de los equipos y causar paradas inesperadas. Una temperatura excesiva puedeparalizar un servidor o, en el peor de los casos, dañar irreversiblemente piezas sensibles como procesadores o unidades de almacenamiento. Para evitar estos incidentes, los sistemas de refrigeración deben diseñarse con mecanismos de redundancia, que permitan compensar cualquier fallo activando un circuito de reserva.
Además de la gestión térmica, hay que tener en cuenta los riesgos asociados a las fugas de líquido, sobre todo en los sistemas de refrigeración líquida. Laintroducción de fluido caloportador cerca de componentes electrónicos requiere una vigilancia rigurosa e infraestructuras adecuadas para evitar accidentes. A menudo se integran sensores de fugas y sistemas de contención para detectar cualquier anomalía yevitar que el líquido dañe los equipos sensibles.
Simulación de aumento de temperatura - estudio de detección de incendios
Comparación de riesgos :
Los métodos de refrigeración por aire, aunque menos eficientes energéticamente, presentan un menor riesgo para la seguridad.Evitan la exposición directa de los servidores a los líquidos y reducen el riesgo de accidentes por fallos mecánicos. Sin embargo, requieren un mantenimiento regular de los filtros y los sistemas de ventilación para evitarla acumulación de polvo y garantizar una circulación óptima del aire.
Por último, las tecnologías emergentes, como la refrigeración adiabática y la refrigeración libre, deben evaluarse en función de su impacto en la seguridad general del centro de datos. Elaumento de los niveles de humedad debido a la refrigeración evaporativa puede plantear riesgos de condensación, que deben gestionarse mediante dispositivos de control de la humedad. Del mismo modo, eluso de aire exterior para la refrigeración libre requiere una mayor vigilancia de la calidad del aire para evitar la infiltración de partículas y contaminantes que podrían dañar los componentes internos.
Criterios de rendimiento energético
La Eficacia del Uso de la Energía (PUE) es elprincipal indicador para medir laeficiencia energética de un centro de datos. Se calcula dividiendo el consumo total de energía del centro de datos por la energía utilizada exclusivamente por los equipos informáticos. Un PUE de 1,0 indica una eficiencia óptima, en la que toda la energía se dedica a los equipos informáticos. En Francia, el PUE medio es de 1,36, lo que significa que una parte importante de la energía la consumen los sistemas auxiliares, sobre todo la refrigeración.
Los distintos métodos de refrigeración influyen directamente en el PUE:
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Refrigeración por aire: Tradicionalmente utilizada, puede dar lugar a un PUE más elevado debido al consumo de energía de los acondicionadores de aire y los ventiladores.
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Refrigeración líquida: Este método proporciona una disipación del calor más eficiente, reduciendo la necesidad de sistemas de aire acondicionado que consumen mucha energía. Los estudios demuestran que laintroducción de la refrigeración líquida puede mejorar el PUE en más de un 15%.
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Free cooling: Al utilizar elaire exterior cuando las condiciones climáticas lo permiten, esta técnica reduce considerablemente el consumo de energía vinculado a la refrigeración, mejorando así el PUE.
Impacto medioambiental
Lahuella ecológica de los centros de datos está muy influida por su consumo de energía yagua. Los sistemas de refrigeración desempeñan un papel crucial a este respecto:
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Consumo de energía: Los sistemas tradicionales de refrigeración por aire consumen mucha energía, lo que contribuye a aumentar la huella de carbono. Por el contrario, soluciones como la refrigeración líquida o la refrigeración libre consumen menos energía, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero.
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Consumo de agua: Algunas técnicas, como la refrigeración adiabática, utilizan agua para enfriar el aire. Aunque este método es eficiente desde el punto de vista energético, aumenta el consumo de agua, lo que puede ser problemático en regiones donde este recurso es limitado.
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Reciclaje del calor: Algunas instalaciones recuperan el calor generado para calentar los edificios adyacentes, mejorando la eficiencia energética general y reduciendo la huella medioambiental.
Ilustración de penachos térmicos en varios edificios de centros de datos, durante una ola de calor y durante un reinicio de emergencia de sistemas de tipo generador.
Restricciones y limitaciones técnicas
Una elección estratégica en la que influyen varios factores:
Cada método de refrigeración utilizado en los centros de datos tiene ventajas específicas, pero también restricciones y limitaciones técnicas que es esencial tener en cuenta antes de implantarlos. La elección del sistema depende de muchos factores, como la configuración del centro de datos, las condiciones climáticas locales, los costes de instalación y funcionamiento, y los requisitos de eficiencia energética.
Refrigeración por aire, una solución probada pero que consume mucha energía:
La refrigeración por aire, históricamente el método más extendido, se basa en eluso de aires acondicionados o sistemas de circulación forzada de aire para eliminar el calor generado por los servidores. Su principal ventaja radica en su fiabilidad y accesibilidad, ya que se trata de una tecnología de eficacia probada, ampliamente implantada y relativamente sencilla de instalar. Además, los costes iniciales de instalación son moderados, lo que la convierte en una solución atractiva para infraestructuras pequeñas y medianas.
Sin embargo, este enfoque tiene importantes limitaciones, entre las que destaca la menor eficiencia térmica cuando se trata de refrigerar equipos de alta densidad. Cuanto mayor es la carga informática, mayor es la demanda del sistema de refrigeración por aire, lo que conlleva un aumento significativo del consumo de energía. Esta dependencia de los sistemas mecánicos de ventilación y aire acondicionado repercute directamente en lahuella de carbono y los costes de funcionamiento de los centros de datos.
Refrigeración líquida, eficiencia térmica óptima, pero coste elevado:
Ante estas limitaciones, la refrigeración líquida se perfila como una alternativa más eficiente, sobre todo para infraestructuras con altas densidades de computación. Este proceso, que consiste en utilizar un fluido térmico para absorber el calor directamente en los componentes, ofrece una eficiencia térmica mucho mayor que la refrigeración por aire. No sólomejora la disipación del calor, sino que también reduce el consumo total de energía, ya que la circulación de líquidos conductores térmicos es más eficaz queel aire a la hora de transferir calor.
Es más, algunas instalaciones utilizan este calor residual para alimentar otros sistemas, como la calefacción urbana, optimizando así la eficiencia energética de toda lainfraestructura.
Sin embargo, esta tecnología también presenta retos importantes. Los costes de instalación son considerablemente más elevados, debido a las infraestructuras específicas necesarias para la circulación y gestión de los fluidos. Además, el mantenimiento de estos sistemas es más complejo que el de las soluciones aéreas, y los riesgos de fugas de líquidos deben controlarse rigurosamente para evitar daños en equipos electrónicos sensibles.
Enfriamiento libre, dependiente de las condiciones climáticas :
La refrigeración libre, por su parte, es una solución interesante para reducir el consumo de energía vinculado a la refrigeración aprovechando directamente el aire exterior cuando las condiciones climáticas lo permiten. Este sistema limita el uso de dispositivos mecánicos que consumen mucha energía, lo que se traduce en una mejora de la Eficacia del Uso de la Energía (PUE) y una reducción de los costes de funcionamiento.
Sin embargo, su eficacia depende mucho de las características climáticas de la ubicación del centro de datos. En las regiones donde las temperaturas exteriores son demasiado elevadas durante gran parte del año, lacontribución de la refrigeración libre es limitada, lo que exige laintegración de otros sistemas de refrigeración para garantizar la continuidad del servicio.
Además, este proceso requiere lainstalación de sistemas avanzados de filtración para evitar que entren partículas y contaminantes en las salas de ordenadores, lo que puede hacer más compleja su implantación.
Refrigeración adiabática: hay que controlar el consumo de agua :
Por último, la refrigeración adiabática representa una alternativa que combina eficiencia energética y costes de funcionamiento reducidos. Basado en laevaporación del agua para enfriar el aire ambiente, este sistema ofrece un rendimiento excelente, sobre todo en entornos secos, donde se optimiza elefecto refrigerante.
Su principal ventaja es su bajo consumo energético, lo que la convierte en una solución atractiva para reducir la huella de carbono de los centros de datos.
Sin embargo, esta tecnología se basa en eluso de agua, lo que plantea interrogantes en cuanto a la gestión de los recursos hídricos, sobre todo en regiones sujetas a restricciones de agua.
Además, su eficacia disminuye cuandola humedad ambiental es demasiado alta, lo que limita su implantación en determinadas zonas geográficas.
Tabla comparativa
La tabla siguiente resume las principales características de los distintos métodos de refrigeración :
En resumen, cada método de refrigeración presenta un equilibrio entre rendimiento, coste y limitaciones operativas. La elección de la solución óptima depende de las necesidades específicas del centro de datos, las condiciones ambientales y los objetivos de sostenibilidad yeficiencia energética.
Optimizar la refrigeración del centro de datos con EOLIOS
Un enfoque global para optimizar la refrigeración de los centros de datos
Optimizar los sistemas de refrigeración es una cuestión clave para los centros de datos modernos, donde laeficiencia energética y la gestión térmica tienen un impacto directo en los costes operativos, la sostenibilidad de la infraestructura y elimpacto medioambiental.
Paramejorar el rendimiento de las instalaciones, EOLIOS apoya a los actores del sector ofreciéndoles un enfoque integrado basado en herramientas avanzadas de simulación digital, como la CFD (Dinámica de Fluidos Computacional).
Esta tecnología permiteanalizar yoptimizar la disipación de caloren el interior de las salas de ordenadores, así como laevacuación del calor al exterior, garantizando una refrigeración más eficaz y segura.
Reducir el consumo de energía optimizando los flujos de calor
Una de las principales formas de mejorar laeficiencia energética de los centros de datos esoptimizar el flujo de aire y calordentro de las salas de TI. Una mala gestión del flujo de aire puede dar lugar a puntos calientes, que requieren un consumo excesivo de energía para compensar los desequilibrios térmicos.
EOLIOS interviene realizando estudios CFD internos, lo que permite cartografiar con precisión la circulación del aire eidentificar las ineficiencias de los sistemas de refrigeración.
Estos análisis pueden servir para poner en marcha una serie de acciones:
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Optimización de los pasillos calientes y fríos para limitar la recirculación de aire caliente y mejorar la distribución de la refrigeración.
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Mejorar la disposición de las unidades CRAC y CRAH en función de las necesidades reales de los equipos informáticos.
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Identificación de puntos calientes y recomendaciones para mitigarlos mediante una mejor gestión del flujo de aire.
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Integración de soluciones de contención del aire, como separadores físicos entre pasillos calientes y fríos o suelos perforados para una mejor distribución de la refrigeración.
Estas acciones reducen significativamente el consumo eléctrico de los sistemas de aire acondicionado, maximizando la eficiencia de la refrigeración y limitando al mismo tiempo la sobrecarga térmica de los equipos informáticos.
Disipación del calor interno mediante simulación CFD
En un centro de datos, el calor liberado por los servidores debe eliminarse eficazmente para mantener una temperatura estable y evitar el riesgo de averías.
EOLIOS realiza simulaciones CFD internas, lo que permite una visualización detallada de los flujos de calor y los gradientes térmicos dentro de las salas de ordenadores.
Estos análisis permiten conocer en profundidad el comportamiento térmico de las infraestructuras yoptimizar una serie de aspectos clave:
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Reducción de la recirculación de aire caliente, que repercute negativamente en laeficacia de la refrigeración.
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Validación y optimización de los sistemas de refrigeración, probando virtualmente distintos escenarios antes de su implantación.
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Mejora del rendimiento de las unidades de tratamiento de aire, ajustando su configuración para una disipación más uniforme del calor.
Eluso de simulaciones CFD garantiza que las decisiones se basen en datos precisos y fiables, lo que permite reducir los costes energéticos y mejorar la fiabilidad y seguridad de las infraestructuras informáticas.
Disipación externa del calor e impacto medioambiental
Laevacuación del calor producido por los centros de datos no se limita a la gestión interna de las salas informáticas. Una vez extraído el calor de los equipos informáticos, debe disiparse eficazmente alexterior para evitar cualquier acumulación térmica que puedaafectar al rendimiento de los sistemas de refrigeración.
EOLIOS realiza simulaciones CFD externas paraoptimizar la disipación de calor de las infraestructuras teniendo en cuenta varios factores ambientales:
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Estudio de las descargas de calor al ambiente exterior, para evitar la acumulación de calor alrededor de los edificios.
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Optimizar la ubicación de los intercambiadores de calor y los enfriadores paramejorar la dispersión del calor y limitar el impacto en los sistemas de ventilación.
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Análisis de los flujos de aire exterior para minimizar los efectos de recirculación y maximizar la eficacia de los sistemas de refrigeración pasiva, como la refrigeración libre.
Incorporando estos análisis CFD al diseño yfuncionamiento de los centros de datos, es posible reducir el impacto medioambiental de las instalaciones, mejorando al mismo tiempo su eficiencia térmica global.
Seguridad de la infraestructura gracias a la gestión térmica avanzada
Además de la simple mejora de la eficiencia energética, la seguridad térmica es un problema importante en los centros de datos. Una gestión ineficaz de la refrigeración puede provocar averías, pérdida de datos y costosas interrupciones del servicio.
EOLIOS incorpora la seguridad térmica como parámetro clave en sus estudios CFD, lo que permiteanticipar y prevenir los riesgos asociados al mal funcionamiento de los sistemas de refrigeración. Gracias a simulaciones precisas, es posible :
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Identifica los posibles puntos de fallo relacionados con las variaciones de temperatura.
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Evaluar el impacto de un mal funcionamiento del sistema de refrigeración, para aplicar soluciones de redundancia adecuadas.
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Optimiza la gestión del flujo de aire en caso de corte parcial del suministro eléctrico, paraevitar que los equiposse calienten rápidamente.
Estos análisis proporcionan a los operadores de centros de datos una visión predictiva de los riesgos térmicos y les permiten aplicar estrategias de gestión proactivas para garantizar la continuidad del servicio y proteger los equipos críticos.
Hacia centros de datos más eficientes y sostenibles
Gracias a un enfoque que combina el análisis energético, la simulación CFD interna y externa y la optimización de la seguridad, EOLIOS puede ayudar a los agentes de la industria a encontrar soluciones de refrigeración más eficientes y sostenibles.
Integrando estas herramientas avanzadas de ingeniería en la fase de diseño o durante la fase operativa, es posible :
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Reduce el consumo de energía y mejora el PUE de las infraestructuras.
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Optimiza la disposición de los equipos de refrigeración para maximizar la eficiencia.
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Limitar el impacto medioambiental del calor residual controlando la disipación del calor.
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Aumenta la seguridad de las instalaciones previendo los fallos térmicos.
La optimización térmica de los centros de datos ya no se limita a una simple elección tecnológica. Gracias a los estudios CFD y a laexperiencia de EOLIOS, los operadores pueden transformar su gestión térmica en una palanca de eficacia y rendimiento, garantizando un funcionamiento óptimo y seguro de sus infraestructuras informáticas.
