Qué tener en cuenta al seleccionar sensores de presión para sus sistemas de refrigeración líquida en centros de datos

Los centros de datos son los ejes centrales del mundo digital, pero a medida que la inteligencia artificial reconfigura la informática, los centros de datos se calientan más que nunca. Los sistemas tradicionales de refrigeración por aire tienen dificultades para mantener el ritmo de los servidores de alta densidad, lo que provoca un aumento de los costes energéticos, pérdidas de eficiencia y costosos tiempos de inactividad. Para hacer frente a este reto, la refrigeración líquida ha surgido como una solución muy eficaz, capaz de eliminar el calor de manera mucho más eficiente y permitir una mayor densidad de computación más allá de lo que la refrigeración por aire tradicional fue construida para manejar.

Ashcroft, junto con su empresa matriz Nagano Keiki Co LtdLtd., es una autoridad líder en medición de presión y tecnologías de detección diseñadas para mantener los sistemas de refrigeración líquida seguros, eficientes y fiables. Con décadas de experiencia en las industrias más exigentes, los clientes confían en la experiencia de Ashcroft para guiar a los operadores de centros de datos en la selección de la mejor instrumentación de presión y temperatura para asegurar una transición sin problemas a los métodos avanzados de refrigeración.

Lea este artículo para aprender cómo funciona la refrigeración líquida, los diferentes tipos de sistemas disponibles, los beneficios que ofrecen sobre la refrigeración por aire y las consideraciones clave para la implementación.

¿Qué es la refrigeración líquida y cómo funciona?

La refrigeración líquida utiliza sistemas de refrigeración especialmente diseñados para absorber y transportar el calor lejos de los componentes críticos del centro de datos, ofreciendo una alternativa más eficiente a la refrigeración por aire. Esta tecnología es cada vez más importante a medida que los bastidores alcanzan densidades de potencia que el aire por sí solo no puede gestionar. Al transferir el calor a través de un líquido, que puede transportarlo miles de veces más eficazmente que el aire, los operadores pueden conseguir tanto un mayor rendimiento como una mayor eficiencia energética.

Estos sistemas se presentan en varias configuraciones, cada una de ellas diseñada para aplicaciones y objetivos de rendimiento específicos. Las dos configuraciones principales, refrigeración directa al chip y refrigeración por inmersión, funcionan como sistemas monofásicos o bifásicos:

• Las configuraciones directas al chip montan placas frías o disipadores de calor directamente en las CPU, GPU u otros componentes de alto calor. Las placas absorben el calor y lo transfieren a un líquido refrigerante en circulación, que lo traslada a un intercambiador de calor externo. Este método ofrece una refrigeración precisa y selectiva y es ideal para reequipar zonas de alta densidad en instalaciones existentes.
  
  Amazon Web Services (AWS) ha implantado la refrigeración directa al chip en bastidores de más de 80 kW para mantener un rendimiento estable sin necesidad de un flujo de aire excesivo. Microsoft es otro ejemplo de empresas que están pasando de la refrigeración tradicional por aire a la refrigeración líquida. 

• La refrigeración por inmersión sumerge servidores enteros en un fluido dieléctrico no conductor. El fluido absorbe el calor directamente de todas las superficies y lo transfiere a un intercambiador de calor. Este método elimina los ventiladores del servidor, reduce el ruido y disminuye significativamente el consumo de energía. Además, admite implantaciones de muy alta densidad, lo que la convierte en una excelente opción para entornos de IA y computación de alto rendimiento (HPC).

La revista DataCenter también destaca la transición a la refrigeración por inmersión de otras empresasy estima "reducciones de energía de refrigeración de más del 90%, especialmente en entornos de formación de IA con alto rendimiento térmico."

Tanto en las configuraciones directas al chip como en las de inmersión, el refrigerante calentado se mueve a través de un sistema de circulación de refrigerante de circuito cerrado de tuberías e intercambiadores de calor. A continuación, el calor se devuelve al entorno exterior o se transfiere a un circuito de refrigeración secundario para su reutilización, a veces incluso para la calefacción del edificio. La circulación en circuito cerrado mantiene limpio el refrigerante, evita la contaminación y mantiene un rendimiento constante del sistema.

¿Qué retos plantea cada tipo de sistema de refrigeración líquida?

Aunque la refrigeración líquida ofrece muchas ventajas, cada tipo de sistema presenta retos únicos que los operadores deben afrontar:

• Refrigeración directa al chip: Las investigaciones publicadas por ASHRAE muestran que las placas frías de cobre pueden degradarse bajo tensión, provocando corrosión, fugas o bloqueos que perjudican el flujo de refrigerante y la fiabilidad. Los sensores de control de presión pueden detectar sutiles cambios de presión que indican problemas en una fase temprana, antes de que afecten al rendimiento térmico , para mejorar la precisión y la fiabilidad.
  
  
• Refrigeración por inmersión: A estudio de ScienceDirect destaca que los sistemas de inmersión monofásicos requieren canales de flujo de refrigerante bien diseñados para minimizar las pérdidas de presión y mantener la eficiencia. Los sensores de presión proporcionan visibilidad del rendimiento del flujo de refrigerante y pueden alertar a los operarios de la degradación, contaminación u obstrucciones del fluido.
  
  
• Sistemas de circulación de refrigerante: La investigación de ASME sobre unidades de distribución de refrigerante (CDU) muestra que las diferencias de presión entre bombas, colectores y placas frías pueden desestabilizar el rendimiento de la refrigeración bajo cargas variables. Los sensores de presión en tiempo real ayudan a identificar estas anomalías en una fase temprana, lo que permite un mantenimiento proactivo y evita tiempos de inactividad.

Figura 1: Función de los sensores de presión en los sistemas de refrigeración por líquido

Qué buscar en un sensor de presión para sistemas de refrigeración líquida.

Independientemente de la configuración, los sensores de presión desempeñan un papel fundamental para mantener los circuitos de refrigerante estables, eficientes y seguros. Son el sistema de alerta temprana de su sistema para ayudar a los operarios a mantener la presión de la bomba, detectar fugas o bloqueos y gestionar las rápidas oscilaciones de presión provocadas por los cambios de temperatura o las transiciones de fase.

A la hora de elegir un sensor de presión para refrigeración líquida, deben tenerse en cuenta varios factores clave:

• Precisión y repetibilidad: Los pequeños cambios de presión pueden indicar problemas en desarrollo. Un sensor debe proporcionar lecturas precisas y constantes a lo largo del tiempo sin necesidad de recalibraciones frecuentes.
  
  
• Estabilidad a largo plazo: Los sistemas de refrigeración funcionan continuamente en condiciones de muchos ciclos. Un sensor debe resistir la deriva y mantener la precisión durante millones de ciclos para minimizar el tiempo de inactividad.
  
  
• Durabilidad ambiental: Las vibraciones de las bombas, las fluctuaciones de temperatura y los picos rápidos de presión son habituales. El sensor debe soportar estas tensiones sin perder rendimiento.
  
  
• Compatibilidad e integración: El sensor debe adaptarse físicamente a la instalación, ofrecer los tipos de conexión adecuados y funcionar a la perfección con los sistemas de supervisión de la instalación.

Seleccionando sensores de presión que cumplan estos requisitos, los operadores pueden garantizar que sus sistemas de refrigeración líquida funcionen de forma eficiente, protejan los valiosos activos informáticos y mantengan el tiempo de actividad incluso en los entornos más exigentes.

Por ejemplo, el transductor de presión Ashcroft® S1 OEM está construido con precisión y repetibilidad en mente. Utilizando la avanzada deposición química de vapor (CVD) (CVD), el S1 une galgas extensiométricas de polisilicio directamente a un diafragma de acero inoxidable, asegurando mediciones consistentes y fiables. También cuenta con calibración TruAccuracy™ nada más sacarlo de la caja, lo que significa que los operadores obtienen un rendimiento preciso sin necesidad de ajustes sobre el terreno. Su diseño compacto lo hace muy adecuado para el monitoreo a nivel de rack, donde el espacio es limitado pero la precisión es crítica.

El Transductor de Presión Ashcroft® G2 está diseñado para estabilidad a largo plazo y durabilidad ambiental. Su robusto elemento sensor de polisilicio de película delgada, probado en campo, ofrece una excelente resistencia a golpes, vibraciones y sobrepresión, por lo que es ideal para instalaciones a nivel de planta y áreas de alta vibración cerca de bombas o unidades de distribución. El G2 proporciona datos fiables y repetibles en condiciones adversas, garantizando que el rendimiento del refrigerante se mantenga estable durante millones de ciclos.

En la práctica, los operarios pueden utilizar el S1 a nivel de bastidor cerca de placas frías y el G2 a nivel de instalación cerca de bombas y colectores, creando una visibilidad completa del rendimiento del bucle de refrigerante de extremo a extremo.

Figura 2: Aspectos destacados de los sensores de presión de refrigeración líquida Ashcroft

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Los instrumentos adecuados marcan la diferencia en los sistemas de refrigeración líquida. Con sensores de presión precisos y fiables, puede evitar costosos tiempos de inactividad, proteger sus inversiones en TI y mantener su centro de datos funcionando al máximo rendimiento.

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