Por Walter Leclerc, director de medio ambiente, salud y seguridad en Stealth Startup

Los desafíos y consideraciones de seguridad que surgen al integrar el enfriamiento por inmersión en el diseño, la construcción y/o la operación de su centro de datos requieren una atención especial.

Esto es especialmente importante en lo que se refiere a los fluidos refrigerantes utilizados y los peligros asociados con el despliegue de esta nueva tecnología.

El enfriamiento por inmersión, también conocido como "enfriamiento líquido directo", es una técnica que se utiliza para enfriar computadoras, baterías y motores cuando los componentes eléctricos y electrónicos, incluidos servidores y dispositivos de almacenamiento, están sumergidos en su mayor parte o por completo en un líquido térmicamente conductor, pero eléctricamente aislante.

Sin embargo, a pesar de los beneficios, existen consideraciones y desafíos de seguridad preocupantes que deben abordarse. Dado que el agua corriente es conductora de electricidad y puede dañar los equipos electrónicos, se necesitan líquidos dieléctricos para evitar descargas eléctricas o daños al equipo.

Además, debido a la cantidad de calor generado en la computación de alta densidad y de IA, el líquido dieléctrico utilizado debe tener una alta capacidad calorífica específica y conductividad térmica, y debe ser no inflamable o tener un punto de inflamación suficientemente alto para reducir el riesgo de incendio.

Otra consideración es la disponibilidad del líquido dieléctrico en el mercado comercial, ya que debe haber un suministro suficiente de líquido dieléctrico para respaldar la operación de un gran centro de datos y garantizar operaciones ininterrumpidas.

Finalmente, al seleccionar un fluido refrigerante, la longevidad, la compatibilidad, el bajo peso, el rango de temperatura, el costo, la viscosidad, la sostenibilidad y las tendencias/riesgos legales son consideraciones que también deben tenerse en cuenta.

Hidrocarburos versus fluorocarbonos

En general, los líquidos dieléctricos utilizados en los procesos de enfriamiento por inmersión dentro de un centro de datos se dividen en dos categorías: hidrocarburos y fluorocarbonos.

Los hidrocarburos son compuestos orgánicos que contienen carbono e hidrógeno (enlaces CH), mientras que los fluorocarbonos, como las sustancias perfluoroalquilas (PFAS) o "químicos permanentes", son compuestos altamente estables con carbono y flúor (enlaces CF).

Estos líquidos dieléctricos se utilizan normalmente en aplicaciones monofásicas y bifásicas, que simplemente se diferencian por si el líquido refrigerante se convierte o no en gas durante el ciclo de enfriamiento.

El reconocimiento, la evaluación y los controles proactivos y sólidos de los peligros son imprescindibles al implementar sistemas de enfriamiento por inmersión en un centro de datos.

Más allá de los peligros tradicionales, por ejemplo, trabajo en altura, superficies calientes y salpicaduras, el enfriamiento por inmersión introduce varias consideraciones de seguridad adicionales y únicas.

Un peligro principal es la posibilidad de accidentes eléctricos y exposiciones debido a los equipos eléctricos, así como la proximidad de los fluidos de refrigeración a los componentes activos, especialmente los servidores sumergidos, que potencialmente pueden generar fluoruro de hidrógeno (HF), un gas tóxico, si se produce un arco, debería producirse un destello.

Como tal, es esencial reconocer y abordar estos riesgos mediante estudios y medidas integrales de seguridad eléctrica, incluidas técnicas de aislamiento.

Otro peligro principal se relaciona con la elección del fluido refrigerante en sí, lo que requiere una consideración cuidadosa, ya que algunos fluidos dieléctricos pueden presentar riesgos para la salud y el medio ambiente. Los efectos a largo plazo del uso de “químicos permanentes” en el medio ambiente, los animales y la salud humana aún son relativamente desconocidos.

La jerarquía de metodología de control de NIOSH

Una vez que se han identificado y priorizado los peligros, el uso de la metodología de jerarquía de control de NIOSH es un método eficaz para reducir los riesgos asociados con el enfriamiento por inmersión.

Por ejemplo, los riesgos relacionados con los fluidos de refrigeración se pueden mitigar mediante la implementación de sistemas de ventilación modificados o personalizados, controles ambientales y procedimientos de manipulación estrictos para controlar suficientemente el entorno de trabajo.

También se necesita una capacitación integral para el personal que manipula los fluidos refrigerantes, haciendo hincapié en los procedimientos operativos seguros y los protocolos de respuesta a emergencias para garantizar un entorno de trabajo seguro. Al realizar valoraciones y evaluaciones de peligros integrales junto con la adopción de medidas sólidas de control de peligros, su centro de datos puede aprovechar los beneficios del enfriamiento por inmersión y al mismo tiempo priorizar la seguridad tanto del equipo como del personal.

A pesar de estos peligros, el enfriamiento por inmersión está demostrando ser un método eficaz para eliminar el calor en entornos de centros de datos y tiene algunas ventajas de seguridad, lo que lo convierte en una opción atractiva en determinadas circunstancias, como las siguientes:

• Hardware: el método de sumergir componentes de hardware en un líquido dieléctrico minimiza el riesgo de sobrecalentamiento, proporcionando una mejor gestión térmica. Esto puede conducir a una mayor confiabilidad general del sistema y a una menor probabilidad de fallas de hardware debido a problemas relacionados con el calor, así como a una reducción de los ciclos generales de mantenimiento para el personal.
• Eficiencia energética/conservación de agua: la mejora de la eficiencia energética y la reducción del uso de agua son aspectos positivos notables, ya que pueden respaldar las iniciativas y compromisos de sostenibilidad de la empresa. De manera relacionada, los sistemas de enfriamiento por inmersión, que funcionan a temperaturas más bajas que sus contrapartes tradicionales enfriados por aire, también fomentan un ambiente de trabajo más seguro.
• Prevención de incendios: la naturaleza cerrada y sellada de las configuraciones de los sistemas de enfriamiento por inmersión mitiga el riesgo de acumulación de polvo y la posibilidad de incendios eléctricos, lo que mejora el perfil de seguridad general, mientras que el líquido dieléctrico utilizado en los sistemas de enfriamiento por inmersión puede funcionar como un supresor de incendios natural, proporcionando una capa de protección adicional.

Los beneficios de seguridad del enfriamiento por inmersión, incluida una regulación térmica mejorada, un menor riesgo de fallas de hardware, mejoras en la eficiencia energética y ahorro total de agua, y una mayor seguridad contra incendios, lo convierten en una opción convincente en escenarios donde estas consideraciones son primordiales.

Consideraciones adicionales

Si bien el enfriamiento por inmersión parece ser muy eficiente y ofrece beneficios notables, varios desafíos y preocupaciones de seguridad aún merecen una cuidadosa consideración, como se detalla a continuación:

• Uso de energía: incluso con las ventajas de la densidad de rack de estos enormes centros de datos de gigavatios y el potencial de PUE ultrabajos, el enfriamiento por inmersión consume una enorme cantidad de energía, lo que no se alinea con las iniciativas y compromisos de sostenibilidad de la empresa.
• Peso/Masa: El aumento de peso asociado con las configuraciones del sistema de enfriamiento por inmersión es significativo ya que el líquido dieléctrico agrega una masa sustancial al sistema. Este peso adicional puede plantear desafíos con respecto a la integridad estructural y la transportabilidad segura. Cualquier construcción o modernización de un sistema de enfriamiento por inmersión debe incluir un análisis estructural para garantizar que el piso del centro de datos pueda soportar el peso del equipo, los tanques y el fluido de enfriamiento, así como un plan de transportabilidad segura. Además, cualquier idea de elevar los sistemas de enfriamiento por inmersión a un segundo piso o más alto de un centro de datos requiere consideración y atención especiales desde una perspectiva de seguridad.
• Monitoreo ambiental/hardware: La necesidad de hardware especializado y monitoreo ambiental para garantizar la seguridad del personal, así como la compatibilidad de los sistemas de enfriamiento por inmersión, puede aumentar significativamente los costos, lo que la convierte en una opción menos viable económicamente para algunas aplicaciones.
• Adquisiciones: Es posible que sea necesario modificar los acuerdos con los proveedores y/o que las garantías se anulen o comprometan, ya que es posible que el equipo no haya sido diseñado o probado para enfriamiento por inmersión, mientras que el equipo prefabricado es costoso para cumplir con las especificaciones operativas y de seguridad.
• Espacio: Los requisitos de espacio para las configuraciones de sistemas de enfriamiento por inmersión también son considerables y exigen áreas dedicadas con la infraestructura adecuada. También se necesitan medidas seguras de transportabilidad y dispositivos de elevación porque los bastidores generalmente se encuentran horizontalmente dentro de los tanques en lugar de verticalmente, y los servidores deben elevarse hacia adentro y hacia afuera de los tanques para su instalación, reemplazo, mantenimiento y/o servicio.
• Fugas/derrames: el riesgo de fugas o derrames del líquido de refrigeración introduce preocupaciones adicionales, no sólo para el hardware en sí sino también para el personal y el equipo circundante. Como tal, el mantenimiento y la limpieza se convierten en un aspecto crítico, que requiere una atención meticulosa para prevenir y abordar las fugas con prontitud, lo que aumenta la complejidad operativa general y los posibles problemas de seguridad.
• No existen métodos ni procedimientos de prueba aprobados: Los desafíos de seguridad se complican aún más por el hecho de que no existen métodos y procedimientos de prueba aprobados por el gobierno para la mayoría de los líquidos dieléctricos; otros productos químicos tienen que servir como sustitutos para monitorear los límites de exposición, lo que crea incertidumbre con los niveles de exposición ocupacional (OEL).
• Sin valor límite umbral – Límite de exposición a corto plazo (TLV-STEL): la mayoría de los líquidos dieléctricos no tienen TLV-STEL. En consecuencia, el Comité TLV de la Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) recomienda controlar las exposiciones máximas a corto plazo por encima del promedio ponderado de tiempo TLV (TLV-TWA) para sustancias sin TLV-STEL, incluso si el TLV-TWA de ocho horas está dentro de los límites recomendados. Limitar la alta exposición a corto plazo tiene como objetivo prevenir efectos adversos agudos para la salud que ocurren rápidamente como resultado de exposiciones máximas transitorias durante un turno de trabajo.
• Modelado y monitoreo de higiene industrial/Dinámica de fluidos computacional: dado que los líquidos dieléctricos se convierten en gas en el enfriamiento por inmersión de dos fases y pueden liberarse en la sala del centro de datos a través de ventilación, tapas abiertas, etc., es importante formalizar y documentar los OEL de los trabajadores. así como los patrones de vapor del gas para garantizar la seguridad del personal.
• Forever Chemicals: Como se señaló anteriormente, el uso de “foreverchemicals” en aplicaciones de enfriamiento por inmersión introduce posibles preocupaciones ambientales y de salud porque los efectos a largo plazo en el medio ambiente, los animales y la salud humana aún son relativamente desconocidos, y algunos de estos compuestos son persistente en el tiempo y resistente a la degradación, lo que genera posibles preocupaciones de toxicidad. Sin embargo, es importante destacar que aún se desconoce mucho sobre estos químicos.
• Legislación emergente/Tendencias legales: A escala global, la legislación emergente y las tendencias legales no parecen positivas para los “productos químicos permanentes”. De hecho, varias grandes empresas han dejado de investigar y/o producir productos químicos permanentes en refrigeración por inmersión debido a los efectos secundarios potencialmente tóxicos, la posibilidad de una contaminación ambiental generalizada y las demandas multimillonarias asociadas que conlleva la producción y/o utilizando estos productos.

En pocas palabras, el enfriamiento por inmersión parece ser muy eficaz y, en apariencia, relativamente seguro. Sin embargo, existen limitaciones a su aplicabilidad. El enfriamiento por inmersión todavía presenta muchas incógnitas y riesgos de seguridad, que eventualmente pueden afectar su practicidad y utilidad. Como tal, desde una perspectiva de seguridad, aún no hay consenso sobre el enfriamiento por inmersión.