As torres de resfriamento são um fato obscuro da vida útil do data center. A água circula através delas e o calor é dispersado por evaporação e através de um trocador de calor em uma torre de resfriamento “seca”.

As torres de resfriamento evaporativas tradicionais não são uma boa opção ambiental. Elas consomem milhões de litros de água. Potencialmente coletam bactérias à medida que a água e o ar externo entram em contato direto e acumulam calcário. Torres de resfriamento a seco também precisam de limpeza e reabastecimento.

Leia mais em nosso suplemento Cooling By Design

A água da torre de resfriamento deposita calcário que obstrui os tubos, causa corrosão e torna o trocador de calor menos eficiente. As formas normais de tratar e prevenir o calcário também têm seus problemas.

Os minerais se acumulam na água “blow-down” que foi condensada e drenada dos equipamentos de refrigeração. Tradicionalmente, os produtos químicos são adicionados para evitar o acúmulo de carbonato de cálcio, mas esses produtos químicos, e o aumento da concentração de cálcio, significam que a água só pode circular por um circuito de resfriamento uma certa quantidade de vezes.

Isso também significa que as águas residuais eventualmente descartadas estão muito contaminadas e, quando a água é trocada, o trocador de calor precisa ser limpo sob pressão para remover a escala.

Aplicando eletrodos

Mas há uma alternativa. Um pequeno número de empresas, como a Tiaano, Ensavior, Ball-Tech e VST, está usando eletrólise para gerenciar os produtos químicos existentes na água, em vez de adicionar mais.

A ideia parece estar avançando mais na Índia e na região Ásia-Pacífico, em setores mais amplos de ar condicionado e tratamento de água.

A Digital Realty é um dos primeiros clientes de data center para a técnica, e relata que a água utilizada em seu data center SIN10 em Cingapura agora pode passar pelo sistema de resfriamento três vezes mais, economizando mais de um milhão de litros de água por mês.

O eventual efluente também é mais limpo do que o que resta de um sistema de resfriamento de água tratada quimicamente.

A Digital está usando unidades DCI (DeCaIon), que aplicam uma pequena corrente elétrica contínua, eletrólise parcial da água e produzindo íons OH que alteram a acidez (pH) da água de resfriamento. Cálcio e magnésio precipitam-se como carbonato de cálcio e hidróxido de magnésio, inofensivamente, no eletrodo.

As caixas DCI vêm da Innovative Polymers, com sede em Cingapura, e já estão em uso em locais como hospitais, de acordo com BK Ng, proprietário da Innovative e um dos desenvolvedores do produto.

“Os data centers têm sido mais lentos para utilizar isso”, disse ele à DCD. Mas ele está esperançoso de que o projeto da Digital abra as portas para outros data centers, que estão ficando mais cuidadosos com o uso da água.

Os desincrustadores eletrolíticos são um custo adicional, e eles também usam uma pequena quantidade de energia continuamente. Gavin Cherrie, da distribuidora neozelandesa 2Plus da Allied Polymer, nos disse que a unidade usa cerca de 700kWh por ano (ou seja, uma média de menos de 1kW de potência).

Ng diz que o retorno é consideravelmente maior na economia direta de energia, já que as unidades realmente “limparão” o trocador de calor no circuito. Como o cálcio e o magnésio estão sendo removidos da água, a concentração é reduzida e o equilíbrio químico muda, então o calcário se dissolverá em todos os outros lugares do sistema.

A transferência térmica através do trocador de calor melhora, e precisa de menos energia. Isso tem um efeito maior se a unidade for instalada em um circuito de resfriamento que já está perfurado: “A ironia é que, se o seu sistema já está indo bem, daremos a você uma pequena economia”.

Cherrie diz que uma unidade catalítica pode economizar de 10% a 15% da energia usada em um ciclo de resfriamento.

Ng contextualiza, explicando que a economia de energia é de cerca de 50 a 60% da economia total que o produto faz. A economia de água representa cerca de 35%, e os menores custos de manutenção e produtos químicos compõem o equilíbrio do retorno do investimento.

Aspectos práticos

Cherrie diz que uma unidade de eletrólise cobre água de resfriamento suficiente para 1,5 MW, e instalá-la é uma questão de conectar uma caixa em cada um dos circuitos de resfriamento.

“Tiramos água da torre”, diz. “Usando uma pequena bomba, nós a bombeamos através da câmara de eletrólise e, em seguida, voltamos para o circuito”.

Em uso, a câmara catalítica precisa de limpeza, mas isso é facilitado pela inversão periódica da polaridade dos ânodos: “O cálcio que foi coletado é rejeitado e depois lavado ou drenado", explica Cherrie. Em seguida, a polaridade é restaurada e a desincrustação continua.

“Se você tem um manifold, pode consolidar o número de unidades”, explica. “Se você tivesse três torres de resfriamento de 1MW em um coletor, não teria problemas em ter duas unidades. Se você tem três torres de resfriamento de 1MW em loops individuais, em paralelo em vez de em série, então você pode precisar de três máquinas. O projeto da tubulação, até certo ponto, determina quantas máquinas você precisa”.

Mas a capacidade da unidade é muito aproximada, pois qualquer sistema de resfriamento pode ser operado a um nível diferente, a quantidade de uso que ele recebe dependerá dos padrões climáticos locais, e a quantidade de cálcio dissolvido na água local também irá variar.

“Olhamos para a química da água e outros fatores, incluindo o volume do sistema”, diz. “Tudo isso entra em um modelo de qualidade, que gera o número de máquinas que você precisa, e eu posso calcular, com muita precisão, a economia que você pode fazer em termos de energia e água”.

O descarte do carbonato de cálcio e magnésio que o sistema coleta pode parecer um problema, mas Cherrie diz que o descarte é fácil: “Incentivamos nossos clientes a colocá-lo no ralo de águas pluviais. Isso é cálcio e magnésio que precisam ser disponíveis biologicamente para o ecossistema”.

Na água da chuva há dióxido de carbono dissolvido que reage com o carbonato de cálcio nas águas residuais, para formar o bicarbonato de cálcio, que é biodisponível - pode ser absorvido por plantas e animais que precisam dele.

“É quase como uma economia circular”, diz. “O cálcio é um elemento essencial na ecologia e permanece no ciclo da água”.

Relutância elétrica

Se o sistema é tão bom assim, por que não decolou antes?

A técnica foi desenvolvida para processos de fabricação eletroquímicos, que produzem produtos como soda cáustica e sódio, explica Cherrie: “Eles são fabricados usando eletrólise. Quem faz isso descobriu que eles acumulam cálcio nos eletrodos, e frequentemente tinham que tirar os eletrodos das câmaras de eletrólise e utilizamos a técnica de hydroblast para limpar a escala”.

A desincrustação eletrolítica foi desenvolvida para essa aplicação, e depois oferecida a outros setores. Mas a desincrustação química já estava bem estabelecida no mercado de ar condicionado.

Para piorar, o mercado já estava utilizava outros sistemas “não químicos”, que instalam uma unidade passiva, muitas vezes rotulada como um desincrustador elétrico e magnético. Cherrie diz que isso é “pseudociência” e não funciona.

“Por anos. Foi feito com moléculas. O cloreto era despejado água junto com vários inibidores. É um sistema que existe há vários anos. Sabemos como funciona e é usado em vários setores”, diz.

É claro que esses produtos químicos não são bons para o meio ambiente. “Costumávamos jogar ácido sulfúrico. O problema é que isso dissolve todo o metal. Você não quer que isso aconteça”.

“Então costumávamos colocar cromo hexavalente e eles basicamente transformavam todas as superfícies em aço inoxidável, não há corrosão”.

Se o cromo hexavalente soa familiar, foi o poluente liberado pela Pacific Gas and Electric Company (PG&E) em Hinkley, Califórnia, que acabou sendo interrompido após um processo liderado por Erin Brockovich - mais tarde interpretada por Julia Roberts em um filme vencedor do Oscar.

Os piores produtos químicos foram restringidos, e os substitutos não fazem um trabalho tão bom de desincrustação, mas as alternativas não eram boas até agora, diz Cherrie.

“Houve uma série de sistemas não químicos que foram utilizados no passado. As pessoas falam sobre o uso de ímãs e todos os tipos. Mas a ciência do processo não funciona”.

A catálise eletrolítica fornece uma alternativa cientificamente comprovada, diz ele: “Mas, só porque é um sistema não químico, temos enfrentado problemas para fazer com que as pessoas aceitem que pode funcionar. Foi muito difícil fazer com que as pessoas experimentassem quando lançamos o produto”.