Enfriamiento en centros de datos

La necesidad de los centros de datos se ha vuelto indispensable para las empresas, lo que obliga a adquirir sistemas realmente eficientes y con alta disponibilidad para el crecimiento productivo de las mismas.

Myriam Sánchez.

La relación entre los humanos y los procesos informáticos ha llevado a que las personas tengan cada vez un mayor acercamiento y, sobre todo, una mayor dependencia de la tecnología. Esto ha traído como consecuencia una constante renovación, la cual tiene como finalidad ampliar las capacidades de almacenamiento y procesamiento de datos para lograr gran eficiencia y disponibilidad en estos sistemas. Para conseguir dicho objetivo, se deben cumplir ciertos requerimientos de capacidad energética que permitan un adecuado dimensionamiento, selección de equipo y planificación de la implementación; asimismo, deben optimizarse los recursos en las fases de instalación, operación y mantenimiento.

Uno de los factores vitales en los centros de datos es el acondicionamiento ambiental, pues de acuerdo con un sistema de enfriamiento de los servidores se garantiza su buen funcionamiento y se previenen posibles pérdidas monetarias de consideración para el dueño del negocio. Esto implica que el sistema de climatización sea eficiente, cumpla con las exigencias actuales y se considere su desempeño a corto, mediano y largo plazos.

Los recintos donde se hospeda el equipo de cómputo, sobre todo cuando se trata de servicios de misión crítica, deben contar con características específicas que los conviertan en centros de datos seguros para que la información procesada sea confiable y que en ningún momento se produzca una interrupción no planeada, ya que los servidores deben mantenerse siempre encendidos.

Más allá de almacenar la información de la empresa o de tener un lugar para los servidores, la función principal de un centro de datos es correr procesos informáticos necesarios para que las compañías puedan operar o generar negocio. Con este objetivo como prioridad, las empresas se ven en la necesidad de contar con servidores, con un ambiente especializado, gabinetes, energía regulada y con todo lo necesario para alcanzar su buen desempeño.

Por otro lado, de acuerdo con el ingeniero en sistemas de ITB de Schneider Electric, José Alberto Llavot, y con el ingeniero Luis Mejía Reséndiz, gerente del Centro de Datos de Alestra, para la instalación de un sitio con estas características deben tomarse en cuenta la seguridad del lugar, el grado de sismicidad de la zona, la capacidad de obtención de energía y que el territorio en donde se encuentre permita optimizar el flujo de aire para la alimentación de los equipos de tecnología de la información (TI).

Sistemas de enfriamiento
Existen tres tipos de enfriamiento para centros de datos que consisten, según explica el ingeniero Llavot, en el enfriamiento enfocado en cuartos, encaminado a filas y dirigido a gabinetes o racks.

•  Room. Enfocado en cuartos con un sistema de enfriamiento tradicional que se ha desarrollado por más de 30 años en el mercado. Se trata de un sistema útil para distribuir aire cuando la densidad de carga térmica por tipo de gabinete es baja (3 kW por gabinete). Los equipos de aire acondicionado instalados en el perímetro del cuarto inyectan aire frío mediante una cámara plana que se crea a partir de la instalación de piso falso. El espacio que queda entre el piso falso y el piso firme permite distribuir el aire, de manera que, a través de las rejillas que se encuentran en el piso, se inyecte el aire frío hacia la parte frontal del gabinete de TI. El aire frío es absorbido por los equipos que se encuentran dentro del gabinete y, después, sale por la parte posterior como aire caliente, el cual viaja de regreso a la parte superior de los equipos de aire acondicionado perimetral.

•  In-row. Sistema de enfriamiento para expansión directa, enfocado en filas. Ideal cuando se tiene una densidad media o alta en los gabinetes (entre 5 y 10 kW). Con este sistema se acercan los equipos de aire (CRAC) lo mayor posible a los puntos en donde se genera el calor y en donde se requiere enfriamiento, es decir, a los servidores. Se intercalan los equipos de aire acondicionado con un diseño muy similar a un gabinete de comunicaciones, se inyecta aire directamente al pasillo contiguo a los gabinetes, donde las trayectorias de aire frío son más predecibles y mejor absorbidas por los servidores. Una vez que se han absorbido, el aire caliente que sale por detrás es aspirado por los equipos de aire intercalados en la fila. Las trayectorias de aire caliente son mucho más cortas en comparación con las de un equipo perimetral. Cabe destacar que estos productos se ofrecen en diferentes configuraciones, ya sea con enfriamiento por aire o por fluidos.

•  Rack. Sistema de enfriamiento enfocado en gabinetes. Es el más adecuado cuando se trata de un centro de datos de baja densidad con un grupo de gabinetes de muy alta densidad (arriba de 10 kW). Se utiliza un equipo de aire específico para enfriar un grupo de gabinetes que se encuentran contenidos en un sistema, es decir, se rodean el aire y el gabinete de TI. El aire frío queda encerrado dentro del sistema de contención del gabinete, mientras que el aire caliente generado es contenido en su parte posterior. Con este sistema se tienen dos tipos de contenciones: la del gabinete y la del pasillo. De este modo se evita que el aire frío se disperse por cualquier lado y se enfoca sobre los gabinetes, sin que el aire caliente se extienda por todo el centro de datos.

La cantidad de cfm que se deben inyectar dentro de un centro de datos varía de acuerdo con el sistema de enfriamiento que se aplique y lo que el gabinete tenga en la parte interna. Cuando se trata de servidores regulares, se necesitan aproximadamente 130 cfm por cada kW que el gabinete tenga; pero si el gabinete posee equipos de TI, como servidores tipo blade (los cuales tienen sus propios extractores de alta potencia que varían la extracción de aire según la densidad térmica que maneja el mismo equipo), la cantidad de cfm podría ser menor, pues el extractor del servidor tipo blade tiene la capacidad de jalar más aire del que se encuentra en el pasillo. Con esto, el rango podría estar entre 105 y 125 cfm por kW.

Técnicas
1.  Generar una buena distribución de pasillos fríos y pasillos calientes. Consiste en evitar al máximo las mezclas de aire que existen en el centro de datos, que el aire frío se quede únicamente en la parte frontal de los gabinetes, donde se necesita, y que el aire caliente se quede en la parte posterior de los gabinetes, de tal forma que se pueda inyectar aire frío a una temperatura adecuada y recuperar el aire caliente a una temperatura alta para hacer más eficiente el funcionamiento del sistema.

2.  Evitar mezclas de aire. Se logra al instalar paneles ciegos entre los servidores que se encuentran dentro del gabinete. Por ejemplo, el administrador TI pone un servidor, deja un espacio, pone otro servidor y deja otro espacio, lugares por donde el aire frío pasa hacia la parte posterior y se mezcla con el aire caliente. Por ello, deben bloquearse esos espacios para contribuir a que no se formen combinaciones de aire y que el acondicionamiento funcione de manera adecuada.

3.  Dirigir el aire frío hacia lo que importa enfriar. En este caso, hacia los gabinetes de TI, ya que dentro de un centro de datos no sirve enfriar cuartos completos si los servidores se encuentran calientes o están trabajando a una temperatura fuera de su rango operativo. Por tal razón, entre más se focalice el aire en donde realmente se necesita, el proceso de enfriamiento de los gabinetes será mejor.

4.  Plantear la solución de enfriamiento de acuerdo con la densidad real que manejan los gabinetes. Para un centro de datos en donde toda la densidad de carga por gabinete es baja, lo más adecuado es un equipo perimetral; en cambio, si la densidad de carga es muy alta, lo más adecuado es un enfriamiento enfocado en gabinetes. Sin embargo, en un mismo centro de datos puede haber soluciones híbridas, es decir, combinaciones de varios equipos o tecnologías de enfriamiento, con la finalidad de brindar la solución adecuada para cada tipo de necesidad.

5.  Incrementar la temperatura del centro de datos. Los equipos de TI, desde hace más de cuatro años, manejan temperaturas mucho más altas que las registradas con anterioridad. Estandarizaciones sobre el enfriamiento, como la que generó la ASHRAE (T.C 9.9), han planteado que la temperatura del aire de un centro de datos sea de 27 ºC al entrar al gabinete. Hasta la fecha, esto es motivo de nerviosismo para algunos administradores de TI, pues sus equipos pueden tolerarlo sin problemas, siempre y cuando se trate de servidores recientes (no mayores a 10 años); de lo contrario, el administrador debe verificar en las fichas técnicas de sus servidores. De esta manera se consigue que el enfriamiento del centro de datos sea más eficiente al momento de incrementar la temperatura, ya que se logra una disminución en el consumo de energía.

6.  Otras soluciones. A consecuencia del incremento de temperatura se pueden emplear otros tipos de soluciones de enfriamiento, como los sistemas de free cooling. Esta técnica utiliza el aire frío externo para enfriar el aire interno del centro de datos, siempre y cuando haya pasado por un proceso de acondicionamiento; por ejemplo, si el centro de datos permite una temperatura de 27 ºC al entrar en el gabinete, y en la Ciudad de México la temperatura promedio es de 23 grados, el aire frío de la ciudad podría introducirse en un centro de datos después de haberse limpiado y filtrado. Con esto, el consumo de energía sería prácticamente nulo, el desempeño energético se mejoraría y los equipos de TI continuarían trabajando de forma adecuada. Existen también sistemas enfriadores por agua helada, en los que se integran ventiladores EC y se utilizan válvulas de dos vías, cuya finalidad es regular el caudal del agua helada. Asimismo, se instalan bombas recirculadoras de agua con regulación de velocidad y chillers que integran serpentines para hacer free cooling en días de bajas temperaturas. Todo esto, de acuerdo con el ingeniero Heinrich Stauffer, gerente general de Instaplan, permite un ahorro energético de entre 4 y 20 por ciento.

Ahorro y productividad
Alrededor del 60 por ciento de los centros de datos comunes consumen energía sólo en el equipo de enfriamiento. He ahí la importancia de implementar un sistema de aire acondicionado eficiente, pues se llega a consumir incluso más de lo necesario para correr los procesos en los equipos de TI.

El motivo real de la aplicación de un buen sistema de enfriamiento es disminuir lo mayor posible los gastos operativos de un centro de datos para que, de esa forma, se destine el dinero a los recursos informáticos, que son los que generan la productividad empresarial. Por ello, el enfriamiento de los data centers es indispensable; debe hacerse más eficiente al darle seguimiento a los lineamientos generales que existen para que el cliente note una verdadera reducción en el consumo de energía.

“Yo podría tener un centro de datos que en todo momento esté disponible pero que sea poco eficiente. Lo que se debe hacer es tratar de balancear un poco las necesidades: primero la del cliente, al asegurarle la disponibilidad de los servicios y, por otro lado, hacer que el centro de datos sea eficiente para mitigar el efecto invernadero”, asegura el ingeniero Mejía.

Asimismo, se sabe que por cada grado centígrado que incrementa la temperatura en un centro de datos, se ahorra alrededor de 4 por ciento de energía en enfriamiento. Esto quiere  decir que, si un centro de datos trabaja a 21 ºC y se eleva a 25 ºC, el incremento de temperatura brinda un ahorro de 16 por ciento en consumo de energía, porcentaje que el usuario podrá visualizar sin problema al contar con un centro de datos eficiente y de alta disponibilidad, según el ingeniero Llavot.

Consecuencias por un mal sistema
Una falla en el sistema de enfriamiento puede ocasionar el colapso completo de un centro de datos porque los servidores despiden constantemente energía en forma de calor y, si esa energía no se disipa mediante los sistemas de enfriamiento redundantes (de alta precisión), no pasaran más de 10 minutos antes de que el centro de datos se apague. De no resolverse la problemática, las consecuencias para la empresa afectada serían fatales, pues se interrumpirían los procesos que generan la productividad de los equipos de TI. Esto significaría una pérdida monetaria importante, sobre todo para las empresas que dependen ciento por ciento del correo electrónico para llevar a cabo sus ventas. Algunos ejemplos son Mercado Libre, Google y redes sociales, como Facebook y Twitter.

Data Center Google
Un centro de datos debe contar con características específicas para considerarse útil. En México se trata de un mercado enfocado en los data centers pequeños o en cuartos de servidores reducidos con poca estandarización, es decir, que no siguen los lineamientos básicos de buenas prácticas porque se han adaptado conforme al crecimiento de las empresas.

Estos espacios carecen de un buen diseño, una correcta administración, orden, consumen energía sin control y no cuentan con una buena distribución del aire. De acuerdo con el ingeniero Mejía, no se le puede llamar centro de datos a cualquier sitio al que se le introduzcan algunos servidores, deben contar con ciertas especificaciones y requisitos que garanticen seguridad física y de la información que procesan constantemente. “Cualquiera de los equipos de cómputo que hoy por hoy soportan procesos de negocios –y no estoy hablando de computadoras, sino de servidores, que es en donde están regularmente los procesos de negocios importantes de los clientes–, no pueden ser enfriados por un clima de confort, porque éste no va a ser capaz de controlar la humedad ni la precisión de la temperatura”, especifica.

Certificación
Para que un centro de datos ofrezca confiabilidad y seguridad debe acatar ciertas normas y certificaciones por parte de organismos internacionales. Cada asociación certificadora plantea sus propios lineamientos, los cuales abarcan básicamente cinco áreas de interés: energía, arquitectura, enfriamiento, comunicaciones e infraestructura. Cada certificación solicita ciertos lineamientos para cada uno de esos puntos con la finalidad de obtener cierto nivel de disponibilidad, es decir, que el centro de datos tenga un determinado tiempo operativo al año sin que se presente ningún tipo de interrupción.

Existen diversos organismos certificadores. Uno de ellos es el Uptime Institute, que clasifica los centros de datos en cuatro categorías o tiers, siendo el I el de menor disponibilidad y el IV el de mayor disponibilidad y que garantiza una probabilidad de falla casi nula.

Otro organismo certificador en Latinoamérica, principalmente en México, es el International Computer Room Experts Association (ICREA), encargado de llevar a cabo auditorías exhaustivas a las prácticas, el sistema eléctrico, el sistema de climatización, los modelos de seguridad y los simulacros en caso de que se suscite alguna contingencia. Cuando un centro de datos cumple con todo lo necesario, y además aplica de manera consistente las mejores prácticas mundiales, la organización internacional le otorgar el nombre de “misión crítica”. Estos centros de datos se diferencian por ser redundantes: toleran fallas cuando se presenta algún inconveniente en los sistemas de energía, enfriamiento o seguridad. Por tratarse de data centers dinámicos, es vital que tengan un constante mantenimiento y verificación del cumplimiento de los lineamientos para no salirse de los estándares requeridos.

La TIA-942 brinda los lineamientos más básicos y se distingue por su accesibilidad, ya que se puede obtener por vía electrónica, lo que la hace una de las formas de certificación más utilizadas a nivel nacional. Esto permite que la empresa cuente con un lineamiento general sin invertir mucho en un programa de certificación. Sin embargo, es mucho mejor tener el respaldo de una certificación que asegure el buen desempeño de un centro de datos.

Algunos ejemplos de estándares y certificaciones que ayudan a respaldar la garantía de seguridad de las utilidades de un centro de datos:

Normas mexicanas
Desde hace poco más de tres años se ha desarrollado una norma mexicana para centros de datos que busca certificar este tipo de instalaciones en el país. Una vez publicada, contará con sus propios organismos certificadores; sin embargo, continúa en borrador y tardará tiempo en ser aprobada, según información del ingeniero Llavot.

Certificación del ICREA
Requisitos
1)  Solicitud por escrito, dirigida al ICREA, en la que se manifiesta el interés por que las instalaciones sean certificadas y el nivel de certificación deseado; se debe mencionar el tamaño del centro de datos en metros cuadrados.

2)  La empresa solicitante deberá pagar 2 mil 500 dólares más IVA por los derechos de certificación.

3)  A partir de esta solicitud, el ICREA responderá con una carta en la que se asigna un número de solicitud y fijará una fecha, dentro de los seis meses siguientes, para realizar la auditoría correspondiente. En la carta se indica qué persona será coordinadora por parte de ICREA; asimismo, se asigna el número de auditoría correspondiente. La carta deberá estar firmada por el presidente internacional del ICREA para que la revisión (auditoría) sea válida.

4)  Obtener un reporte de revisión de las instalaciones realizado por expertos certificados en centros de datos (CCRE por sus siglas en inglés) del ICREA .

5)  Pagar un desplegado en primera plana del periódico de mayor circulación nacional para anunciar la certificación (no aplica para recertificaciones).

6)  Las observaciones de los auditores en el reporte pueden ser de tres tipos:

ROJAS.  No se puede certificar la sala mientras existan instalaciones no acordes con las normas

VERDES.  Se puede dar la certificación si no existen grandes problemas o deficiencias en las instalaciones, previo compromiso por escrito de corregirlas en un periodo no mayor a tres meses

AZULES.  ICRA entrega recomendaciones no limitativas para la certificación

7)  La vigencia de la certificación es de un año a partir de su expedición, independientemente de la fecha de entrega. El certificado llevará la fecha en que se inicia la auditoría.

8)  La renovación del certificado deberá satisfacer todos los puntos como si fuera una nueva certificación, con la ventaja de que la revisión puede resultar más sencilla, más económica y más rápida. La renovación tendrá un costo de sólo mil 500 dólares.

9)  Derechos que se adquieren con la certificación:

• Usar el escudo de certificación ICREA en papel membretado, material publicitario y publicaciones, con la única condición de que se mencione el nivel de certificación y año en que se obtuvo.
• Placa y certificado del ICREA
• Publicación del perfil e historia de la empresa en el portal del ICREA, así como la actividad preponderante y un enlace a su propio portal.
• Acceso a bases de datos confidenciales del ICREA.

Situación nacional e internacional
México es un mercado muy extenso que está en pleno crecimiento, pues las empresas se han percatado, desde hace tiempo, de que utilizar tecnologías de información permite gestionar su negocio, con el cual se contempla desde lo más básico (correo electrónico) hasta la posibilidad de correr sus procesos. Hoy en día, incluso la empresa más pequeña cuenta con algunos gabinetes en donde guarda su información o donde procesa sus datos. Esto quiere decir que, en realidad, el mercado se ha extendido en el país, aunque el 80 por ciento se trate de centros de datos pequeños o medianos.

Compromiso con el medioambiente
Además de la búsqueda de ahorro energético, debe cuidarse que la tecnología utilizada dentro de un centro de datos no cause efectos negativos sobre el entorno natural.

Desde este punto de vista, al contar con un sistema de enfriamiento eficiente, como el free cooling, la energía generada no contribuye al efecto invernadero y se obtiene un medioambiente más sano. Así se consigue una empresa más productiva, menos costosa operativamente y en un entorno saludable sin contaminación.

Es bien sabido que los recursos no deben derrocharse para que generaciones futuras puedan continuar obteniendo sus beneficios; se tiene que ocupar sólo lo imprescindible para cubrir las necesidades de todos.

En la firma Schneider Electric, empresa con sobrada tecnología y conocimiento, calculan que para el año 2050 la demanda de energía será el doble de la que se consume hoy en día. “Nosotros tenemos que comprometernos a ser sostenibles en nuestros consumos energéticos para que, cuando llegue ese momento, se pueda suministrar la energía que es requerida”, comenta el ingeniero Llavot.

En general, el mercado de los centros de datos es muy amplio y garantiza un futuro prometedor en cuanto al desarrollo de tecnologías. Es un mercado que día con día crece y no se puede asegurar cuándo dejará de hacerlo, pues las tecnologías de la información han cobrado una gran importancia dentro de proyectos pequeños, medianos y grandes.

El gran reto sobre el enfriamiento de centros de datos reside en hacer más eficiente la distribución del aire, así como buscar que la tecnología sea tan amigable como sea posible con el medioambiente y que asegure que las afectaciones sobre los servidores no representen una falla operativa.

La información obtenida arroja una clara preocupación sobre el riesgo en estos centro almacenadores de información. Están en juego aspectos económicos, particularmente; pero la protección de la información también es un asunto de seguridad interna en los Estados.

Se deben ofrecer soluciones de enfriamiento que garanticen centros de datos con altos desempeños operativos sin un gasto de energía innecesaria, sin desperdicios y que permitan ofrecer los niveles de disponibilidad que requieren los centros de datos eficientes.
————————————————————————————————————————————