Acondicionamiento en Data Center

Centros de Telecomunicaciones, centros digitales y de información, servidores, cuartos de racks, centros de datos, cuartos limpios, centros de investigación, laboratorios y cuartos de equipos médicos son algunos ejemplos que requieren una máxima protección y estabilidad precisa del ambiente para los sofisticados y valiosos equipos de información que resguardan.

Por Ing. Arturo Lozano

90% de la energía generada por los equipos que operan en estos lugares se transforma en calor
La innovación y el desarrollo tecnológico en México han crecido a pasos agigantados y las empresas que no desean quedarse en el tintero a ver cómo crece la competencia, dedican cada vez más recursos a los sistemas de cómputo e informática para hacer su negocio más productivo y eficiente, adquiriendo los últimos equipos y sistemas del mercado, equipos de comunicación, así como los sistemas mejor desarrollados que les permitan ser las empresas más productivas y con capacidades de respuesta mejoradas a sus clientes internos y externos.

Para ello se dispone cada día del comercio y banca electrónica, telefonía celular 3G, radios, así como otros tipos de comunicaciones, seguridad centralizada y monitoreo de procesos múltiples. Las industrias son cada vez más sofisticadas y las líneas de producción más veloces y precisas.

Aunque sólo 28% de las empresas en México demandan de forma medular la TIC (Tecnología de Información y Comunicaciones) para posicionarse y ser más eficientes, todos formamos parte de esta gran cadena de crecimiento que sustenta la demanda de tales requerimientos.

Muchos de nosotros somos usuarios de los servicios que ofrecen los grandes corporativos como el Automotriz, Farmacéutico, Financiero, Seguridad pública y privada, Manufactura, Telecomunicaciones, Logística y Distribución, Retail, Educación y Servicios de Salud, Investigación, Aeroespacial, Tiendas Comerciales y muchos ejemplos más.

Estas son las empresas que se distinguen por ser punta de lanza y un innovador usuario de las tecnologías de información como herramienta vital para sus operaciones y transacciones diarias. Este segmento integra empresas que facturan unitariamente, más de cien millones de dólares anuales, e incluye también multinacionales con presencia local.

No sólo los grandes corporativos son susceptibles a requerir sistemas que aceleren y obtengan beneficios al incorporar tecnología de punta, lo que conlleva en muchos casos a instalar un Data Center, además la Tecnología de Información es más valorada por empresas públicas y privadas, e inevitablemente las firmas en crecimiento van disponiendo de un espacio donde incluir sus racks de cómputo, conmutadores, y demás equipos y sistemas que pueden formar en sí un mini site de cómputo o un mediano centro de cómputo, centros de datos, de telecomunicaciones, cuartos limpios, laboratorios e incluso cuartos dedicados para uso de equipos especializados, como por ejemplo, equipo médico que requieran de una mejor atención y seguridad.

En muchos casos estos sistemas se vuelven vitales para la empresa; y no es para menos ya que en caso de problemas, caídas de los sistemas y fallas con estos equipos simplemente dejan de operar y puede ocasionar perdida de información valiosa o fallas que pueden, en algunos casos, repercutir en catastróficas fallas no planeadas con valiosas perdidas en millones de pesos.

En México observamos un mayor número de Data Centers de diferentes tamaños proyectándose cada año, siendo una importante oportunidad de negocio

Es por ello que muchos Data Centers son de máxima seguridad, en donde se construyen bunkers perfectamente diseñados para no fallar, con esto se prevén inundaciones, incendios y desastres como sismos o ataques maliciosos. Así encontramos soluciones para las dependencias gubernamentales, privadas y PyMEs con algunas empresas de Servicios de Outsourcing de TIC con Data Centers para todo tipo y tamaño de empresas.

Esto nos hace quizá pensar que el requerimiento de mejores y más eficientes sistemas para conformar un Data Center es primordial para los profesionales que diseñan estos valiosos espacios dedicados, con un nuevo grado de eficiencia energética, control de temperatura, humedad, filtración y flujo de aire, protección y prevención para lograr el servicio ininterrumpido y estable que demandan los equipos electrónicos de estos sitios para su máximo desempeño.

Cabe mencionar, que los equipos que operan un Data Center generan una gran carga térmica, en términos generales más del 90% de la energía en un Data Center se transforma en calor. Por lo que dependerá del tipo de equipos y su aplicación para definir las características reales de operación ya que algunos equipos son fabricados para no generar tanto calor, por esta razón siempre se deben revisar las especificaciones del equipo electrónico a acondicionar.

Con esto se mencionan los puntos básicos que deben considerarse para que un Data Center sea confiable:
Energía siempre disponible: UPS, Generadores, Baterías y Switches estáticos.
Control del Ambiente: Temperatura y Humedad, Filtración y Flujo de Aire.
Seguridad: Protección de incendios, inundaciones e intrusión
Monitoreo y Control: Alarmas, Redundancia, Administración de energía

Energía
La continuidad en la operación de los sistemas que componen un Data Center (hardware, software, etc.) depende primordialmente de la disponibilidad absoluta del suministro de energía. Las fallas de ésta pueden en la mayoría de los casos ocasionar pérdidas, caídas e impactos negativos en la empresa. Generalmente se requiere de generadores de respaldo, así como baterías y los llamados UPS por sus siglas en inglés (Uninterruptible Power Supply-Sistema, de alimentación ininterrumpida) muchos de ellos redundantes. Algunos UPS proporcionan más de 100 minutos de respaldo al Data Center, aún cuando sólo se requieren 30 segundos para sincronizar el suministro al siguiente nivel.

Con un diseño adecuado preventivo y de control en la susceptibilidad de la energía eléctrica se deriva 100% de alimentación ininterrumpida, para casos donde aplique esta necesidad se cuenta también con equipos de diferentes capacidades, generalmente se requiere de una combinación de respaldos para el suministro ininterrumpido, en diferentes voltajes requeridos como cómputo y telecomunicaciones.

La climatización de un Data Center tiene que garantizar condiciones específicas de Temperatura, Humedad y Filtración de aire con un flujo de aire adecuado

Componentes típicos de los UPS:
Rectificador: Rectifica la corriente alterna de entrada y provee corriente continua para cargar la batería. Desde la batería se alimenta el inversor que nuevamente convierte la corriente en alterna. Cuando se descarga la batería, ésta se vuelve a cargar y la capacidad del cargador debe ser proporcional al tamaño de la batería necesaria.

Batería: Se encarga de suministrar la energía en caso de interrupción de corriente eléctrica. Su capacidad, medida en amperes hora, depende de su autonomía.

Inversor: Transforma la corriente continua en corriente alterna.
Conmutador: Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a los puentes (bridges) pasando datos de acuerdo con la dirección de destino en la red.

Generadores
Desde el inicio de algunos proyectos grandes de Data Centers, la disponibilidad eléctrica se solicita al 100% con prioridad de no tener ni un milisegundo sin energía en el Centro de Datos o en algunos dispositivos clave dentro de éstos.

Se pueden considerar dos generadores instalados de base, el activo y el N+1, más espacio adicional listo para ubicar un tercero con el crecimiento del Data Center. La capacidad unitaria del Generador Eléctrico Industrial puede ser superior a 1,850 Kw, voltaje que sumado permitiría alimentar a poco más de 1,000 casas habitación. Estos arrancan automáticamente al menor indicio de cualquier corte de la compañía de luz.

Banco de Baterías
Con el fin de garantizar la operación ininterrumpida de los nodos principales (HUB), se recomienda instalar los bancos de baterías redundantes para alimentar todos los dispositivos o en aquellos como los routers, switches, antenas y equipo de telecomunicaciones, en el orden que impere la operación del Data Center para mantener una disponibilidad del 100%.

Switches Estáticos
Aunado al diseño de equipos críticos, se deben considerar switches estáticos de transferencia, cuyo objetivo es garantizar que en cada uno de los receptáculos eléctricos exista energía siempre. Los switches seleccionan de forma automática la fuente de alimentación UPS operativa, garantizando así el suministro inmediato en caso de cualquier falla.

Del 85 al 95% del trabajo de un Sistema de Precisión se dedica al enfriamiento efectivo del aire

Control del Ambiente dentro del Data Center
¿Por qué aire acondicionado de precisión y no equipo de “confort”?
No se debe climatizar un Data Center por pequeño que sea con un sistema de aire acondicionado de confort convencional, en su caso algunos equipos electrónicos cuentan con sistemas de aire acondicionado de fábrica pre instalados tipo mochila que deberán considerarse en el proyecto.

Existen varias diferencias entre climatizar equipos electrónicos y proporcionar un ambiente de confort a las personas. En una aplicación residencial o comercial típica de confort consideramos que las personas agregan humedad al ambiente en una habitación y los equipos del Data Center no hacen eso. De tal manera que se debe tomar en consideración el “enfriamiento latente” (la habilidad de remover la humedad) y el “enfriamiento sensible” (la habilidad de remover el calor seco). Los equipos minisplit que hemos visto comúnmente mal instalados en pequeños sites de cómputo, así como los equipos centrales en los edificios de oficinas están diseñados con una relación de enfriamiento sensible de alrededor de 0.60 a 0.70. Lo anterior significa que el 60-70% del trabajo que un sistema de confort hace es remover calor y el otro 30-40% es remover humedad. Eso es suficiente para un edificio con gente y un tráfico moderado entrando y saliendo de la misma. En cambio, el Aire Acondicionado de Precisión tiene una relación mucho más alta de enfriamiento sensible a enfriamiento total de 0.85 a 0.95. Esto es, el 85-95% del trabajo del Sistema de Precisión se dedica al enfriamiento efectivo del aire y apenas el 5-15% a remover la humedad.

Hay dos puntos importantes:
1. Se tendrá que instalar mayor capacidad de aire acondicionado de confort para obtener los mismos resultados que con un Sistema de Aire Acondicionado de Precisión. Estos equipos comerciales están fabricados para operar 8-10 horas laborales preferentemente, por lo que al usarlos en condiciones de tiempo más largos generan un desgaste prematuro y en muchos casos consumen mayor electricidad en su operación cuando son instalados para abatir la carga de un site de cómputo.

2. Un sistema de confort extraerá la humedad por debajo de los límites aceptables para la operación eficiente de los equipos de un Data Center. Lo cual significa que, o se expone a los problemas ocasionados por un ambiente muy seco, o tendrá que adquirir sistemas de humidificación adicionales. Con un Sistema de Precisión no existen tales problemas. Por un lado, no extraerá tanta humedad de aire y por otro, viene provisto de un sistema de humidificación integrado que mantendrá la humedad relativa exigida por los fabricantes de los equipos en los Data Centers para los cuales fueron diseñados.

El equipo de Precisión está diseñado para trabajar 24 hrs, 7 días, los 365 días del año. Otra gran diferencia entre sistemas de confort y de precisión es el volumen de aire que deberá moverse. Un sistema de precisión lo hará a través de los serpentines de enfriamiento a casi el doble de volumen que un sistema de confort para alcanzar su alta relación de enfriamiento total, manejar la densa carga térmica en los Data Centers y mantener estrictamente los niveles de temperatura y humedad relativa programados previamente cubriendo así todo el espacio del site, para una mayor filtración y adecuada distribución del aire en cada rincón.

También como mencionamos anteriormente los equipos de Precisión cuentan con humidificadores, los hay de diferentes características y diseños, estos se indican para mantener una humedad relativa entre 45 y 50% con variación de ±3%. Es importante controlar la humedad relativa en un Data Center, puesto que demasiada humedad puede causar condensación y corrosión, ruptura de cabezas lectoras y mal funcionamiento de las bandas magnéticas; mientras que baja humedad incrementará la electricidad estática generando cortos circuitos a estos componentes electrónicos.

Seguridad
Las instalaciones y espacios vitales de una empresa como el Data Center considerando donde se encuentren deben manejar desde su diseño sistemas de detección y protección contra incendio, desde extintores clasificados para cada tipo de área, hasta el sistema de control y monitoreo que analiza el aire de zonas críticas y detecta partículas de humo, aún antes que se produzca flama.

Adicionalmente, el sistema de extinción de gas FM200 se instala en áreas críticas y estratégicas, lo que permite la detección y extinción oportuna de algún fuego sin daño a equipos ni personas.

También existen sistemas de aislamiento del fuego por área, para contener cualquier conflagración por varios minutos sin que pase a áreas adjuntas.

Como en todos los procesos, hay sistemas de respaldo para protección y prevención, alarmas y sensores interconectados con los demás componentes del Data Center.

Los equipos comerciales operan 8-10 horas laborales y consumen gran cantidad de energía cuando operan en un site de cómputo

Monitoreo y Control
Los fabricantes de equipos de precisión contemplan opciones mucho más flexibles de comunicación para los equipos, y se pueden solicitar, según sea el caso, compatibles con BACNET, ECHELON y MODBUS, así como varios tipos de monitoreo remoto.

También cuentan con opciones para alarmas de fugas de agua, intrusión, alertas de mantenimiento, monitoreo de baterías, entre otros, que facilitan la solución de problemas previos a que estos sean mayores.

También se considera un control de CCTV, tarjetas magnéticas y sistemas biométricos, como detección de Iris y verificación de huellas dactilares, así como personal de seguridad.

Operativamente algunos Data Centers demandan se analicen y monitoreen la integridad de la red empleando herramientas especializadas como Firewalls: para mayor seguridad, disponibilidad, desempeño y funcionalidad; Firewalls: completamente redundantes y balanceados en carga configurados en paralelo, que permiten escalabilidad y mayor desempeño en velocidad de conexión, monitoreo y administración de servicios y equipos 24x7x365; Soluciones de Seguridad con sistemas de detección de intrusos, análisis de vulnerabilidad, administración del ancho de banda y alta disponibilidad tecnológica de control y monitoreo, de acuerdo a las necesidades del lugar.

Hay algunas consideraciones de diseño de éste interesante nicho y también oportunidad de negocio que no alcanzamos a mencionar como es: ruido, cableado, control y protección de potencia, eficiencia energética, control de multiprotocolo, opciones de enfriamiento, diseño para calificación LEED, configuraciones de inyección de aire, Free-Cool option, filtración media química, y otros temas.

Los Data Centers son una importante industria en crecimiento:
Consumieron 1.5% de toda la electricidad en Estados Unidos en 2006La demanda de energía está creciendo alrededor de un 12% por añoLos sistemas de refrigeración son “industriales” en escala y complejidad.
Fuente: U.S. Departmnet of Energy

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