Entender cómo funciona un centro de datos

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Entender cómo funciona la climatización de los centros de datos

Con el aumento de la cantidad de información y el grado de informatización de los procesos de trabajo, la cuestión de la seguridad de esta información durante el funcionamiento ininterrumpido de los servidores es cada vez más acuciante. Una falla en esta área puede suspender todas las actividades de la empresa y llevar a pérdidas graves. Uno de los principales requisitos para el funcionamiento estable de los servidores es el mantenimiento de la temperatura óptima del aire en el volumen de la sala de servidores, lo que se consigue utilizando sistemas especiales basados en precisión.

El funcionamiento de un centro de datos requiere mucha energía y el sistema de refrigeración suele consumir tanta (o más) energía que los ordenadores que soporta.

En este artículo, examinaremos algunas de las tecnologías de refrigeración de centros de datos más utilizadas, así como nuevos enfoques de la simulación CFD.

Diseño de pasillo frío/pasillo caliente

Se trata de una disposición de bastidores para centros de datos, que utiliza filas alternas de «pasillos fríos» y «pasillos calientes».

Delante de los bastidores hay difusores de aire frío (normalmente a través de rejillas) para que los servidores aspiren aire, y luego los pasillos calientes eliminan el calor de detrás de los servidores. Los conductos de ventilación suelen estar conectados a un falso techo que toma el aire caliente de los «pasillos calientes» para enfriarlo, y luego el aire enfriado se expulsa a los «pasillos fríos», a través de un falso suelo o de conductos (ver algunos diseños sueltos).

Los bastidores de servidores vacíos deben rellenarse con paneles ciegos para evitar el sobrecalentamiento y reducir la cantidad de aire frío desperdiciado. De hecho, el vacío creado por la ausencia de servidores puede provocar transferencias de aire parásitas dadas las diferencias de presión entre las zonas frías y calientes. Este movimiento de aire perdido es energía desperdiciada.

Simulación CFD de la distribución de la temperatura del pasillo caliente y frío - Centro de datos

Sistema de agua fría

Esta tecnología se usa más comúnmente en centros de datos medianos y grandes.

El aire del centro de datos se suministra mediante sistemas de tratamiento de aire, conocidos como tratamiento del aire en la sala de ordenadores (CRAH), y agua refrigerada (suministrado por un sistema de refrigeración externo a la instalación) se utiliza para enfriar la temperatura del aire.

¿Cuál es la diferencia entre las unidades CRAC y CRAH?

Unidades CRAC

Las unidades CRAC funcionan como unidades de aire acondicionado domésticas . Cuentan con un sistema de expansión directa y compresores integrados directamente en la unidad. Proporcionan refrigeración soplando aire sobre un intercambiador de frío lleno de refrigerante. El refrigerante se mantiene frío gracias a un compresor situado en el interior de la unidad. El exceso de calor se expulsa mediante una mezcla de glicol, agua o aire. Mientras que la mayoría de las unidades CRAC suelen proporcionar sólo un volumen constante y modulan únicamente el funcionamiento de encendido y apagado, se están desarrollando nuevos modelos que permiten variaciones en el flujo de aire.

Hay diferentes formas de colocar las unidades CRAC, pero normalmente se instalanfrente a los pasillos calientes de un centro de datos. Allí, liberan aire refrigerado a través de las perforaciones del suelo elevado (rejillas, o perforaciones de las baldosas del suelo), refrigerando los servidores informáticos.

Unidades CRAH

Las unidades CRAH funcionan como unidades de tratamiento de aire por agua fría instaladas en la mayoría de los edificios de oficinas. Proporcionan refrigeración soplando aire sobre un intercambiador de frío lleno de agua refrigerada. El agua fría suele ser suministrada por «enfriadores de agua», también conocidos como planta de agua fría. Las unidades CRAH pueden regular la velocidad del ventilador para mantener una presión estática determinada, garantizando que los niveles de humedad y la temperatura permanezcan estables.

La producción de agua enfriada se puede llevar a cabo mediante expansión directa o mediante DRY de tipo enfriamiento adiabático mucho más eficientes energéticamente.

¿Cuál es la temperatura óptima para un centro de datos?

Las salas de servidores y los centros de datos contienen una mezcla de aire caliente y frío: los ventiladores de los servidores expulsan aire caliente durante su funcionamiento, mientras que el aire acondicionado y otros sistemas de refrigeración proporcionan aire frío para contrarrestar el aire caliente de salida. Mantener el equilibrio adecuado entre el aire caliente y el frío siempre ha sido fundamental para mantener la disponibilidad de los centros de datos. Si un centro de datos se calienta demasiado, los equipos corren mayor riesgo de fallar. Este fallo suele provocar tiempos de inactividad, pérdida de datos y pérdida de ingresos.

En la década de 2000, el rango de temperatura recomendado para el centro de datos era de 20 a 24 °C . Este es el rango que la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) ha recomendado como óptimo para la máxima disponibilidad y vida útil de los equipos. Esta gama permitió una mejor utilización y proporcionó suficiente espacio de amortiguación en caso de fallo del aire acondicionado.

Desde 2005, se han puesto a disposición nuevos estándares y mejores equipos, al igual que tolerancias mejoradas para rangos de temperatura más altos. ASHRAE ha recomendado ahora un rango de temperatura de funcionamiento aceptable de 18° a 27°C.

El aumento de temperatura en la entrada del servidor también hace que el uso del refrigeración libre o free chilling (sistemas que utilizan el aire exterior para soplar aire fresco en la habitación o el agua fría en lugar del refrigerador) bien más interesanteEsto es especialmente cierto en regiones templadas como Francia. En efecto, con consignas de temperatura de 25°C en la habitación, en lugar de 15°C, los periodos del año en los que se puede utilizar el freecooling, sin activar el aire acondicionado, son considerablemente más largos. Esto genera un importante ahorro de energía y una mejora en el PUE (Efectividad en el uso de energía). Lo mismo ocurre con el free chilling, que se puede utilizar con mayor frecuencia a lo largo del año, para enfriar los circuitos de agua, estando los puntos de consigna de temperatura ahora fijados en 15°C en lugar de los 7°C del agua.

¿Cuáles son los problemas de una temperatura de consigna demasiado alta en un centro de datos?

Lamentablemente, las temperaturas de funcionamiento más elevadas pueden reducir el tiempo de respuesta en caso de un rápido aumento de la temperatura debido a un fallo de la unidad de refrigeración. Un centro de datos que contiene servidores que funcionan a temperaturas más altas corre el riesgo de fallas de hardware simultáneas e instantáneas. Las recientes normativas de la ASHRAE subrayan la importancia de un control proactivo de la temperatura ambiental dentro de las salas de servidores.

¿Qué ocurre si está demasiado caliente?

Cuando la temperatura en el interior del centro de datos aumenta demasiado, los equipos pueden sobrecalentarse fácilmente. Esto puede dañar los servidores. Los datos podrían perderse , causando problemas importantes para las empresas que dependen de los servicios del centro de datos. Por este motivo, todos los centros de datos deben contar con sistemas de refrigeración que puedan soportar un periodo de crisis o de mantenimiento.

¿Qué ocurre si los sistemas de aire acondicionado fallan?

Dependiendo de la densidad de potencia instalada, el aumento de la temperatura del aire en el interior de la sala de servidores puede ser extremadamente rápido. En la simulación de un fallo de alimentación, generalmente se observa un aumento de la temperatura del orden de 1°C por minuto. Esto supone un riesgo importante de degradación del hardware y de pérdida de datos si los sistemas de redundancia y seguridad no están bien dimensionados. Por otro lado, el tiempo de reinicio y la activación a plena potencia de los compresores de los sistemas de climatización es un reto para las salas más exigentes. Para retrasar los efectos del aumento de la temperatura, existen sistemas de inercia que almacenan la energía térmica durante unos minutos para suavizar la curva de aumento de la temperatura.

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¿Por qué realizar una simulación CFD de un centro de datos?

La simulación CFD proporciona información sobre la relación entre el funcionamiento de los sistemas mecánicos y las variaciones en la carga térmica de los equipos informáticos. Con esta información, el personal de TI y del centro puede optimizar la eficiencia del flujo de aire y maximizar la capacidad de refrigeración.

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