Cuando se trata de sistemas de refrigeración de centros de datos, uno de los principales desafíos es optimizar el consumo de energía y minimizar los riesgos que supone el sobrecalentamiento de los servidores. Mantener el centro de datos con una temperatura óptima puede ser un esfuerzo altamente costoso y que puede tener como consecuencia un altísimo consumo de energía. Los sistemas de aire acondicionado estándar pueden representar hasta el 40 por ciento del consumo total de energía del centro de datos.
Por otro lado, existe otro gran riesgo cuando se trata de la refrigeración del centro de datos: si la temperatura y la humedad aumentan, se puede formar condensación dentro del equipo de TI y causar daños importantes, un tiempo de inactividad significativo, altos costos de reparación; y en el peor de los casos, un incendio, como parece que sucedió en el que arrasó el Centro de Datos de OVH en Estrasburgo el año pasado.
Para evitar este tipo de resultados potencialmente desastrosos, los gerentes de los centros de datos deben asegurarse de elegir las soluciones de enfriamiento adecuadas para cada una de las instalaciones, teniendo en cuenta, en primer momento, dos factores fundamentales:
- Tamaño del centro de datos: el tipo de solución que le brindará el rendimiento que requiere su centro de datos depende en gran medida de si tiene un centro de datos grande, mediano o pequeño.
- Densidad del centro de datos: la densidad de potencia del centro de datos, teniendo en consideración que la baja densidad es de hasta 4kW por rack, la densidad media es de 5kW a 8kW por rack, la alta densidad es de 8kW a 15kW por rack y la densidad extrema es de más de 16kW por rack.
Problemas que podría causar una mala refrigeración en un centro de datos
El calor puede considerarse un enemigo común de los centros de datos de todo el mundo. Todos los elementos que componen un centro de datos (servidores e infraestructura) generan calor y consumen energía. El sobrecalentamiento de los equipos, procesadores o cualquier otro componente podría terminar provocando fallas en el sistema y pérdida de datos, mientras que principal reto de cualquier centro de datos en pleno funcionamiento, es el ahorro de energía manteniendo los equipos a la temperatura adecuada.
En un informe de la Agencia Internacional de Energía (IEA), se destaca que el 1% del uso de energía en el mundo proviene de la expansión de los centros de datos y redes de transmisión de información. A nivel mundial, se están realizando esfuerzos para minimizar este consumo de energía, o al menos la tendencia apunta a que la fuente de esa energía sea más ecológica y sustentable. Sin embargo, a medida que aumentan los usuarios y el tráfico de Internet, y los avances continúan evolucionando, se requiere un esfuerzo combinado del gobierno y la industria para continuar la tendencia de mejora. Por ello, ahorrar energía manteniendo los equipos a una temperatura adecuada y constante es uno de los mayores retos de los Centros de Datos.
Otros factores que juegan un papel en la eficiencia para la refrigeración del centro de datos
- Elección de los materiales utilizados para la construcción de las instalaciones. El uso de materiales verdes para construir infraestructuras reduce las emisiones de gases de efecto invernadero. El uso no solo de materiales de construcción reciclados o reutilizados, sino también la incorporación de techos verdes y persianas que desvían la luz solar tendrá un efecto pasivo sobre el enfriamiento.
- Elección de los servidores. No todos los servidores consumen la misma cantidad de energía, elegir aquellos que tienen características integradas para la eficiencia energética es muy beneficioso; tales características incluyen: modo de espera, chips de bajo consumo, discos duros de estado sólido… Además, se recomienda encarecidamente incorporar energías renovables siempre que sea posible, ya sea a través de paneles solares, molinos de viento o energía geotérmica.
Opciones de solución de refrigeración del centro de datos
Si nos vamos directamente a las bases de la refrigeración del centro de datos, sabemos que existen tres tipos de enfoques para la refrigeración de centros de datos, entre los que elegir:
- Los sistemas basados en habitaciones enfrían toda la habitación mediante aire acondicionado, haciendo que el calor salga a través de sistemas de retorno de aire caliente. El aire no está dirigido ni restringido por conductos o rejillas de ventilación. Debido a que el suministro y el retorno de aire no están contenidos, el rendimiento puede ser deficiente, especialmente en centros de datos con densidades más altas.
- Los sistemas basados en filas utilizan unidades de refrigeración asociadas con filas específicas. Estos pueden ubicarse entre filas o montarse sobre un piso elevado. Los flujos de aire son más predecibles que en el enfoque anterior y pueden ajustarse para diferentes capacidades de enfriamiento según la densidad en diferentes filas.
- El enfriamiento basado en racks emplea unidades dedicadas a enfriar los bastidores de forma individual. Esta es una buena opción para los centros de datos con las densidades de potencia más altas. Una ventaja es el aumento de la eficiencia energética porque se requiere menos potencia del ventilador debido a una reducción en la ruta del flujo de aire.
- Para los centros de datos con una variedad de densidades de potencia, también existe la opción de adoptar un enfoque híbrido. Pudiendo usar una combinación de soluciones de refrigeración que se adapten mejor a los diferentes espacios del centro de datos.
Refrigeración líquida como hoja de ruta para el éxito continuo
A medida que las densidades de los racks se acercan y superan los 30 kilovatios (kW), los sistemas de refrigeración por aire pueden no ser suficientes, independientemente de cómo se optimice el sistema. A pesar de la considerable evolución de la refrigeración por aire para hacer frente a las densidades crecientes de manera eficiente, hay un punto en el que el aire simplemente no tiene las propiedades de transferencia térmica necesarias para proporcionar suficiente frío a los racks de alta densidad.
La alternativa más viable a la refrigeración por aire es llevar la refrigeración líquida al rack. Este tipo de enfriamiento aprovecha las propiedades de mayor transferencia térmica de refrigerantes u otros fluidos para respaldar un enfriamiento eficiente y rentable de los racks de alta densidad. El enfriamiento líquido está disponible en una variedad de configuraciones que utilizan diferentes tecnologías.
Tipos de refrigeración líquida
Los intercambiadores de calor de puerta trasera son una tecnología madura que no lleva líquido directamente al servidor, pero utiliza las propiedades de alta transferencia térmica del líquido. En un intercambiador de calor pasivo de puerta trasera, se instala un serpentín lleno de líquido en lugar de la puerta trasera del rack y, a medida que los ventiladores del servidor mueven el aire caliente a través del rack, el serpentín absorbe el calor antes de que el aire entre al centro de datos. En un diseño activo, los ventiladores integrados en la unidad extraen aire a través de los serpentines para mejorar el rendimiento térmico.
En la refrigeración líquida directa al chip, las placas frías se colocan sobre los principales componentes generadores de calor de un servidor para extraer el calor a través de un proceso de una o dos fases. Las placas frías monofásicas utilizan un fluido de refrigeración conectado a la placa fría para absorber el calor de los componentes del servidor. En el proceso de dos fases, un líquido dieléctrico de baja presión fluye hacia los evaporadores y el calor generado por los componentes del servidor hierve el fluido. El calor se libera del evaporador en forma de vapor y se transfiere fuera del bastidor para el expulsar el calor.
Con la refrigeración por inmersión, los servidores y otros componentes del bastidor se sumergen directamente en un líquido o fluido dieléctrico térmicamente conductor. En los sistemas de inmersión monofásicos, el calor se transfiere a un refrigerante a través del contacto directo con los componentes del servidor y se elimina mediante intercambiadores de calor fuera del tanque de inmersión. En el enfriamiento por inmersión de dos fases, el fluido dieléctrico está diseñado para tener un punto de ebullición específico que protege el equipo de TI pero permite una eliminación eficiente del calor. El calor de los servidores evapora el refrigerante, para que después el vapor se condense de nuevo a estado líquido mediante bobinas ubicadas en la parte superior del tanque.
Conclusión
Los intercambiadores de calor de puerta trasera se están volviendo cada vez más comunes cuando se trata de refrigeración de centros de datos, y otras formas de refrigeración líquida han comenzado a lograr avances importantes. Sin embargo, la refrigeración líquida es todavía una industria relativamente joven cuando se trata de algo más que mainframes y supercomputadoras. Por lo tanto, es difícil evaluar qué tecnologías surgirán como líderes, cómo se pueden estandarizar las tecnologías o qué esperar dentro de cuatro o cinco años.
Con el enfriamiento por aire, las organizaciones saben en qué se están metiendo, pero es probable que su practicidad a largo plazo sea limitada. En este sentido, es posible que las organizaciones que no necesitan apresurarse para tomar una decisión deseen darle más tiempo a la refrigeración líquida para que madure, mientras que aquellos que ya sienten la crisis podrían considerar un enfoque gradual hacia la refrigeración líquida.
