La selección adecuada de los ventiladores de componentes utilizados en los equipos HVAC continúa siendo una consideración primordial en las estrategias para aumentar la eficiencia de refrigeración en los centros de datos. La tecnología más reciente de ventilador y las pautas pendientes de eficiencia del ventilador indican que las metodologías de selección de ventiladores siguen evolucionando a medida que las demandas en los centros de datos continúan aumentando.
La administración de flujo de aire en los data centers se ha visto favorecida en los últimos años por la tecnología de ventiladores conmutados electrónicamente (CE), que permite el mismo o mejor rendimiento de flujo de aire a niveles de potencia reducidos, con un mejor control de velocidad del ventilador para igualar la carga de calor real.
Conmutación electrónica
Los sopladores (o blowers) centrífugos conmutados electrónicamente y los ventiladores axiales ahora son componentes estándares de las unidades CRAC y CRAH, y los condensadores enfriados por aire son fabricados por los principales proveedores de equipos de refrigeración de precisión.
Los sopladores centrífugos y los ventiladores axiales han sido un elemento básico en la industria HVAC durante algún tiempo por su capacidad para mover grandes volúmenes de aire. En un diseño centrífugo, las palas ubicadas alrededor del hub o eje central se curvan hacia afuera y hacia atrás desde la dirección de rotación del ventilador.
El aire que ingresa al eje es acelerado por la fuerza de inercia o centrífuga y se lanza a 90 grados desde la dirección de entrada. Esto produce un flujo de aire constante y fuerte adecuado para aplicaciones de enfriamiento de filas y salas. Los ventiladores axiales hacen girar el aire en paralelo al eje, como con un molino de viento, para grandes volúmenes de aire a baja presión. Los ventiladores axiales son comunes en grandes unidades de condensación y enfriadoras. A menudo estos ventiladores y sopladores están montados en un marco exterior para facilitar la instalación en el equipo HVAC y para minimizar la vibración.
Los productos de movimiento de aire, como los ventiladores y sopladores, que se utilizan en los equipos de enfriamiento de precisión del centro de datos se pueden clasificar en tres generaciones de productos diferentes:
- Generación 1: Un producto de movimiento de aire que opera a una velocidad fija, alimentado por un motor de CA, ajustable a una sola velocidad seleccionando el tamaño correcto de la polea, y accionado por una correa. Esta solución requiere la mayor lubricación, ya que es la que tiene partes más móviles.
- Generación 2: Un motor de accionamiento directo de CA controlado por un Variable Frequency Drive (VFD). Esta es una mejora notable. El VFD tiene un coste adicional, sin embargo se puede usar una solución de motor más antigua para controlar la velocidad de los ventiladores. Optar por un motor reforzado con VFD o el uso de anillos de puesta a tierra del eje es importante para evitar dañar el motor durante el control de la velocidad. Se recomienda la selección adecuada de RPM del motor para el punto de servicio requerido a 60 Hz para hacer funcionar el sistema durante una situación de emergencia sin el uso del VFD. La consideración de las RPM del motor a los Hz normalmente suministrados se debe tomar al dimensionar el sistema de conductos.
- Generación 3: Una solución de ventilador conmutada electrónicamente (EC). Esta es una configuración de transmisión directa que tiene el beneficio adicional de no tener mantenimiento. Los ventiladores y sopladores EC tienen componentes electrónicos incorporados que conmutan electrónicamente la energía de entrada de CA (monofásica o trifásica, 200-480 V, 50/60 Hz) a CC para un control efectivo de la velocidad. El motor es un tipo de rotor externo. El control del motor se realiza a través de una señal de 0-10 V CC, PWM o ModBUS. Los productos EC producen la misma cantidad de flujo de aire que sus equivalentes tradicionales de CA, pero con un menor consumo de energía. Dado que los equipos de HVAC en los centros de datos funcionan todo el año, y las cargas de calor pueden fluctuar, la cantidad precisa de refrigeración administrada en el momento adecuado se suma a un importante ahorro de energía.
Analizando los beneficios de EC
La tecnología EC ha existido desde mediados de la década de 1980, y los propietarios de centros de datos se han dado cuenta del ROI a lo largo del tiempo en lo que respecta al ahorro de energía.
Las ventajas adicionales son la reducción del ruido y los menores costes de operación, ya que no hay correas de ventilador que puedan desgastarse y requieran reemplazo, ni suciedad o partículas contaminantes que puedan acumularse como en los sistemas accionados por correa.
Las ganancias de eficiencia y el ahorro de energía resultante con ventiladores y sopladores EC dependen de la selección adecuada de ventiladores. Los fabricantes de ventiladores proporcionan rutinariamente curvas de flujo de aire/presión/potencia de sus diversos productos a los OEMs, y el software de selección de ventiladores cada vez más robusto y disponible hace más fácil que nunca elegir el ventilador correcto en el punto de servicio requerido.
Solo unos pocos fabricantes en el mundo ofrecen soluciones de ventiladores EC. Ahora que proveedores mundiales de ventiladores y gestión térmica con instalaciones de I+D y fábricas en Taiwán y China han llegado al escenario de la EC, se está impulsando la innovación continua y reduciendo el coste del producto.
¿Hay algún cambio en la regulación de los ventiladores?
Mientras que la directiva en Europa sobre productos relacionados con la energía (ErP 2015) exigió el cumplimiento de pautas estrictas de eficiencia para ventiladores utilizados en equipos de HVAC comerciales e industriales, estos productos en Estados Unidos han eludido hasta ahora la regulación gubernamental. Sin embargo, esa corriente está a punto de cambiar.
Teniendo en cuenta que hasta el 3% de toda la electricidad de Estados Unidos se utiliza para alimentar los centros de datos, y que aproximadamente la mitad de esta energía se emplea en la refrigeración, se espera que el Departamento de Energía (DOE) de Estados Unidos despliegue regulaciones de eficiencia en ventiladores para 2020 para ayudar a minimizar el impacto de consumo de energía del sistema HVAC en edificios comerciales e industriales.
El DOE ya ha publicado los plazos de cumplimiento de energía para equipos de refrigeración comercial impulsados por ventiladores, ventiladores de techo y ventiladores residenciales. Abordar los ventiladores de componentes en equipos de HVAC comerciales e industriales, sin embargo, ha presentado un conjunto de desafíos.
Los estándares y códigos de eficiencia del ventilador presentados por el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI), conjuntamente con la ASHRAE y la IES, intentaron en 2013 asignar un grado de eficiencia a los ventiladores, utilizando la terminología y los criterios tomados de la Asociación de Control y Movimiento del Aire (AMCA).
Esta metodología, sin embargo, no carecía de deficiencias. Como mide el rendimiento de un ventilador solo en el punto de servicio de máxima eficiencia, no tiene en cuenta el rendimiento real del ventilador en el diseño o en el punto de servicio, el flujo de aire prescrito y la presión estática de la aplicación.
Por lo tanto, el DOE busca establecer una regulación federal basada en la producción máxima de potencia del ventilador en el punto de servicio, por lo que un nuevo Índice de Eficiencia del Ventilador (Fan Efficiency Index o FEI) desarrollado por AMCA podría utilizarse como una herramienta de comparación de energía de los ventiladores. Los fabricantes de equipos de HVAC tendrían entonces que cumplir con un mandato de valores mínimos de FEI dentro de un período de cumplimiento de dos años después de que se publique la regla final.
Los cambios en el etiquetado de los ventiladores también son parte de la discusión. Esto permitiría a los usuarios de los ventiladores identificar, comparar y seleccionar fácilmente la mejor solución de ventilador para su aplicación específica.
Más allá del número de modelo y número de serie, los requisitos propuestos de etiquetado de ventiladores incluyen flujo de diseño y presión para puntos de diseño conocidos, clasificación FEI, RPM máximas y un enlace a un mapa de rendimiento completo del ventilador.
AMCA anunció recientemente la publicación del Estándar ANSI/AMCA 208-18 declarando el Índice de Eficiencia del Ventilador (FEI) como reemplazo del antiguo sistema de clasificación de eficiencia del ventilador mencionado en varios códigos y normas de energía.
Como una mayor eficiencia continúa siendo una prioridad para los propietarios y operadores de centros de datos, está claro que la tecnología de los ventiladores desempeñará un papel importante en las estrategias que los diseñadores de centros de datos y expertos en HVAC emplean para cumplir con las proyecciones, al tiempo que satisfacen la creciente demanda de datos.
Andy Krug es product manager y Will Williams es gerente de ventas en Delta Electronics