Opciones de enfriamiento hay muchas, pero para elegir la más adecuada es necesario ponderar la disponibilidad y confiabilidad de la infraestructura, dos de los principales retos de los equipos de soporte
Francisco Islas
Los desafíos de adaptar la infraestructura de los centros de datos para cumplir con normas internacionales posibilitan la operación continua. Uno de ellos es el aire acondicionado, el cual es responsable por un significativo consumo de energía, mismo que abona al cambio climático. Por ello, es pertinente conocer cuáles son los efectos de utilizar una tecnología que climatice, eficientemente, la infraestructura de nuestra sala de cómputo.
Sin duda, el cambio climático es una de las principales preocupaciones de la humanidad; actualmente, el dos por ciento de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera provienen de los centros de datos. Esta cifra es de suma importancia para el sector, ya que la optimización en el uso de energía eléctrica es un factor relevante que contribuye a los esfuerzos en pro del ambiente.
En un centro de datos, el sistema de enfriamiento representa entre el 38 y 40 por ciento del consumo total de electricidad; por ello, es necesario optimizar y eficientizar su uso, buscando continuamente la manera de reducirlo al menor valor posible, sin poner en riesgo la operación de los equipos al interior y manteniendo las condiciones de temperatura adecuadas. Esto supone una continua disponibilidad de los servicios brindados por dicha infraestructura.
No obstante, tanto la disponibilidad como la confiabilidad de las instalaciones de un centro de datos son los principales retos de los equipos de soporte, pues requieren el uso de componentes de gran robustez y con poca o nula necesidad de ajustes o mantenimientos preventivos. Por lo tanto, se requerirá de una configuración que permita una gran resiliencia en la operación ante cualquier cambio en las condiciones climatológicas del exterior. Esta configuración permite cubrir las necesidades operativas internas, o bien, dar respuesta a una falla de alguno de los elementos que forman parte del sistema; de este modo, se pueden realizar los servicios de mantenimiento preventivo y correctivo a los mismos, al requerir la menor cantidad de tiempo posible y así contar con una mayor disponibilidad del equipo.
Nuevas configuraciones
Anteriormente, se mencionó que los equipos deben contar con una eficiencia energética capaz de proveer un alto nivel de servicio a un costo eléctrico menor. En este sentido, ya se ha escrito sobre el incremento en equipos de expansión directa con división perimetral enfriados por aire mediante ventiladores de motor y bandas, válvulas de expansión termostática, compresores reciprocantes, inyección de aire por la parte superior con ductos, pasando por sistemas de agua helada.
De igual modo, se ha destacado el papel de los equipos de expansión directa enfriados por agua, híbridos o de doble fuente de enfriamiento, ya que se complementan con compresores de capacidad variable, o con ventiladores electrónicamente conmutados, además de válvulas de expansión electrónica. Incluso, el hecho de inyectar aire frío por debajo del piso o por la parte superior.
También se han abordado las configuraciones de unidades de doble alimentación eléctrica, equipos en la hilera de racks, sobre racks, o dentro de los propios racks, de capacidades y configuraciones cada vez más variadas. Todas estas configuraciones han permitido mejorar la eficiencia y cumplir los cambiantes requerimientos marcados por los avances tecnológicos en el ámbito de las tecnologías de la información.
La configuración previamente mencionada permite dar una operación continua del centro de datos. Para ello, los sistemas de enfriamiento también deben estar intercomunicados y monitoreados de forma local o remota. Esto con el objetivo de tener una notificación rápida de cualquiera de sus necesidades, o bien, para la elaboración de reportes de rendimiento. Con los datos históricos de las condiciones de operación a la mano, es posible aprovechar esta información y ajustar el funcionamiento, a fin de obtener un mejor desempeño y eficiencia.
En el mercado ya existen sistemas que comunican unidades de diferente especialidad (chillers, bombas de agua y CRAH), los cuales aprovechan las condiciones de operación para reducir el flujo de aire en la manejadora, la velocidad de la bomba de agua, o bien, el punto de consigna de agua helada en el chiller. De este modo, se logra la reducción del consumo de energía sin afectar la capacidad ni la distribución de enfriamiento en el centro de datos.
¿Qué se avizora en el futuro?
La infraestructura correspondiente a la climatización en los centros de datos ha avanzado también en creación o modificación de métodos pasivos para mejorar la eficiencia energética. Varios ejemplos referentes a ello son: la utilización de una configuración pasillo frío–pasillo caliente, racks con chimeneas; la segregación del aire, ya sea por contención, el sellado de huecos y pasos de cables en piso falso, además de paneles ciegos en los racks con espacios vacíos, acomodo de los equipos de aire acondicionado, etcétera. Con este tipo de configuraciones la operatividad de un data center permite ser continua, con un bajo consumo eléctrico y un gran desempeño.
Un área con gran potencial en la mejora de la eficiencia energética es la utilización de la técnica del free cooling o enfriamiento gratuito. Ésta implica aprovechar las condiciones exteriores y proveer de enfriamiento directo o indirecto al centro de datos.
Otra opción es la recuperación de energía, la cual puede ir desde aprovechar el calor de desecho de algún proceso y generar un bien o servicio. Un ejemplo es la cogeneración eléctrica, en la que se genera energía eléctrica en el sitio a partir de un combustible, suministrando la electricidad necesaria para el centro de datos, recuperando el calor de desecho del motor de combustión interna o turbina para operar un chiller de absorción y generar agua helada para el sistema de enfriamiento. Cabe mencionar que la operación de un data center tiene una relación común con la operación del sistema de cogeneración, siendo esta la relación constante que existe entre la capacidad de energía eléctrica y la capacidad de enfriamiento.
Existen otros avances o mejoras a los sistemas de enfriamiento que permiten una alta eficiencia energética para los centros de datos, pero la utilización y capacidad de éstos está limitada por las condiciones climatológicas del entorno. Un ejemplo es el enfriamiento adiabático, el cual suple parcial o totalmente el uso del ciclo de refrigeración por compresión, mediante un proceso consistente en tomar el agua casi en estado de evaporación, la cual absorbe el calor generado por el centro de datos, reduciendo, considerablemente, el consumo de electricidad, pero aumentando el uso de agua.
Otro factor importante en la construcción de un data center es el costo de la edificación, desde el terreno y la obra civil, hasta el piso falso, sistemas contra incendio, seguridad, etcétera. Lo que vuelve el espacio, es decir, el interior del inmueble, en un recurso de alto costo y con el cual se tienen dos opciones para su utilización, siendo una de éstas como un activo (piso blanco) o como un pasivo (área de infraestructura), lo que obliga a buscar equipos de una mayor relación capacidad/espacio requerido. Esta situación permite consolidar los equipos de cómputo en un espacio bien definido, que pueda utilizar el ambiente a su favor, con la implementación de free cooling.
En el futuro, se vislumbra la alta densidad como un reto a vencer por parte de los fabricantes de equipos, ya que el enfriamiento por aire se encuentra en el límite de las posibilidades, tanto por costos de operación como por espacios requeridos. Un claro ejemplo son las opciones de enfriamiento líquido; este medio tiene una capacidad de transporte de calor, 3 500 veces mayor que la del aire, presentando además varias ventajas en su aplicación, como lo son: más capacidad de transporte de calor por área requerida, menor infraestructura de distribución, temperaturas de operación mayores que permiten la utilización de free cooling o la no utilización de un ciclo de refrigeración por compresión, haciendo más eficiente el enfriamiento de los equipos de IT.
Disponibilidad y cumplimiento normativo
Es importante reconocer cómo el cumplimiento normativo, es decir, los reglamentos adoptados por la industria, posibilitan una operación continua del centro de datos. Dichos reglamentos, por ejemplo, la norma ICREA-Std-131-2017 vigente, permite reconocer desde la localidad, los materiales usados en la construcción, los componentes, refrigerantes, aceites, niveles de eficiencia, seguridad en los equipos, etcétera. Por ello, es vital comprender la importancia del diseño, cálculo, selección, instalación, puesta en marcha y operación de cada uno de los sistemas, particularmente de enfriamiento.
Para la ICREA (Asociación Internacional de Expertos en Centros de Cómputo, por sus siglas en inglés), anticiparse a los requerimientos del centro de datos es una tarea fundamental, ya que se contempla la consolidación del espacio como un punto relevante para el óptimo funcionamiento del data center.
Francisco Islas
Especialista en sistemas de aire acondicionado y jefe de Infraestructura de Misión Crítica y auditor CCRE (Certified Computer Room Expert) de ICREA. Cuenta con amplia experiencia en centros de datos de México y América Latina.
