Ventajas del acero inoxidable para la refrigeración líquida de alta densidad

Durante décadas, las densidades de los racks de los centros de datos se mantuvieron cómodamente en torno a los 40 kW por rack, lo que hacía que la refrigeración por aire en entornos controlados fuera relativamente sencilla, predecible y manejable. Pero ahora, inmersos de lleno en la era de la inteligencia artificial (IA), este sentido de equilibrio se está erosionando rápidamente a medida que los operadores se enfrentan a un nuevo conjunto de desafíos definidos por densidades extremas, cargas térmicas aceleradas y una presión constante por proteger el tiempo de actividad (uptime).

Las enormes densidades de los racks actuales significan que el método de refrigeración más eficiente —y, cada vez más, el único viable— es la refrigeración líquida. Introducir líquido en el centro de datos representa un cambio fundamental, alejándose de los enfoques tradicionales y bien establecidos hacia algo mucho más dinámico, complejo y, en muchos aspectos, menos permisivo.

Donde antes un solo pasillo podía requerir unos 200 kW de refrigeración, ahora los operadores se enfrentan a densidades de pasillo que superan el 1 MW, con salas enteras en transición hacia configuraciones refrigeradas por líquido. Esta nueva normalidad representa una evolución infraestructural a gran escala para suministrar líquido de manera constante a cada rack de la instalación sin interrupciones.

En el centro de esta evolución se encuentran las elecciones de materiales que sustentan la durabilidad y el rendimiento de todo el sistema de refrigeración. A medida que las instalaciones se vuelven cada vez más críticas para el panorama digital —lo que representa enormes inversiones de capital—, la protección de los equipos contra los riesgos relacionados con los líquidos y el mantenimiento de las operaciones siempre activas deben estar integrados en cada decisión de diseño y planificación.

Cuando el rendimiento de los materiales influye en todo, desde la fiabilidad y la escalabilidad hasta la durabilidad y la longevidad, seleccionar el material adecuado para la distribución de líquidos es más que una prioridad de ingeniería: es un elemento central de la estrategia operativa.

Para ayudar a ofrecer el tipo de confianza que los operadores necesitan, el director de investigación y desarrollo de Tate, Aidan Jones, destaca por qué la comprensión y evaluación de las opciones de materiales para la distribución de líquidos debe situarse en el centro del diseño y la planificación de los entornos modernos de alta densidad.

Alta densidad, riesgos aún mayores

Al distribuir líquido a densidades y presiones más elevadas, es fundamental garantizar que ningún rack se quede sin refrigerante. Incluso las pequeñas inconsistencias en el flujo pueden traducirse en riesgos operativos para toda la instalación.

“Los requisitos de refrigerante suelen calcularse en unos 1,5 litros por minuto por kilovatio, lo que significa que un rack de 100 kW requiere aproximadamente 150 litros por minuto”, explica Jones. “Cualquier caída por debajo de este umbral durante las condiciones de carga máxima puede provocar un sobrecalentamiento rápido y un posible fallo del hardware”.

El diseño hidráulico favorece de forma natural al primer rack de un pasillo, que tiende a recibir una mayor proporción de flujo, mientras que los racks situados más adelante en la línea experimentan un suministro progresivamente reducido. Este patrón es sencillamente inadecuado para su propósito en entornos de alta densidad donde el rendimiento uniforme es esencial.

Lograr una distribución constante requiere sistemas de anillo principal cuidadosamente presurizados que aseguren que llegue un flujo adecuado hasta el final de cada pasillo, combinado con un dimensionamiento y una selección precisos de válvulas de control o limitación de flujo para evitar que los racks individuales absorban más de lo que les corresponde y dejen a otros sin refrigerante.

Crucialmente, este nivel de control solo es posible de forma fiable y a gran escala cuando el material de las tuberías subyacentes puede soportar presiones más altas, mantener la estabilidad dimensional y minimizar las pérdidas por fricción en todo el sistema.

No todos los materiales se crean iguales

Dadas estas presiones, la selección de materiales juega un papel decisivo. Aunque se utilizan habitualmente opciones como el caucho, plásticos como el polietileno de alta densidad (HDPE), el polipropileno (PP) y el fluoruro de polivinilideno (PVDF), así como el cobre y el acero inoxidable, cada uno presenta sus propias propiedades y limitaciones únicas que deben evaluarse cuidadosamente en el contexto de los requisitos de refrigeración actuales.

En medio de la complejidad impulsada por la IA, muchas de las prácticas y soluciones habituales están empezando a mostrar sus límites, especialmente a medida que las temperaturas y presiones de funcionamiento siguen aumentando.

“Dado que se espera que los sistemas de IA de próxima generación impulsen temperaturas de entrada y salida más altas, se ejercerá una presión adicional sobre materiales como los plásticos, cuya durabilidad puede disminuir bajo condiciones térmicas elevadas, creando vulnerabilidades potenciales en sistemas que operan cerca de sus límites de diseño”, afirma Jones.

Simultáneamente, el aumento de la densidad de los racks exige mayores volúmenes de flujo, lo que a menudo significa reemplazar redes de tuberías enteras para manejar el aumento de presión sin exceder los límites máximos permitidos. Este enfoque es tanto ineficiente como insostenible para materiales que ya están diseñados para operar al límite de sus capacidades desde el primer día.

“En este contexto, el acero inoxidable surge como una solución óptima, ofreciendo la capacidad de manejar presiones de operación muy por encima de los requisitos actuales y anticipados, al tiempo que mantiene la integridad estructural en una amplia gama de temperaturas”, explica Jones.

Construido para durar

Garantizar un sistema libre de fugas es otro requisito esencial. El acero inoxidable permite esto mediante técnicas de fabricación que minimizan las juntas y reducen los posibles puntos de fallo, como la formación de bridas directamente en los tubos, el curvado de tubos en lugar de depender de múltiples accesorios y el uso de métodos de embutición (collaring) en lugar de componentes prefabricados que requieren soldaduras extensas.

Estos enfoques simplemente no son viables para algunos sistemas de tuberías alternativos que dependen en gran medida de múltiples juntas y accesorios, lo que aumenta la probabilidad de fugas con el tiempo. En entornos donde incluso una fuga menor puede tener consecuencias significativas, seleccionar materiales y tecnologías que reduzcan el riesgo es esencial para mantener el tiempo de actividad y la estabilidad operativa.

La corrosión es una consideración igualmente crítica en los sistemas de refrigeración líquida, ya que cualquier degradación puede provocar fugas o contaminación que podría dañar los equipos sensibles.

“El acero inoxidable es naturalmente resistente a la oxidación”, afirma Jones. “Forma una capa de pasivación natural cuando se expone al oxígeno. Los procesos posteriores a la fabricación, como el decapado y la pasivación, mejoran aún más esta protección al restaurar y fortalecer la superficie del material después de la soldadura, mientras que el uso de refrigerantes tratados con biocidas o glicol ayuda a prevenir el crecimiento biológico dentro de las tuberías para lograr una limpieza y un rendimiento a largo plazo”.

Cuando se fabrica, trata y mantiene adecuadamente, las tuberías de acero inoxidable pueden alcanzar vidas útiles que superan con creces los requisitos operativos de la mayoría de los centros de datos. Además, su naturaleza incombustible le permite soportar incidentes de incendio sin aportar combustible a las llamas ni perder integridad estructural, preservando la infraestructura de refrigeración crítica en escenarios donde otros materiales podrían destruirse por completo.

Nervios de acero

Especificar el sistema de refrigeración líquida adecuado no se trata solo de gestionar los riesgos inmediatos. También requiere anticipar la demanda futura, garantizando la resiliencia y la escalabilidad a largo plazo. Los sistemas actuales deben construirse para evolucionar desde el soporte de un número limitado de racks refrigerados por líquido el primer día hasta dar cabida a pasillos o salas enteras a medida que se expande su adopción, todo ello gestionando densidades y condiciones operativas variables sin necesidad de un rediseño fundamental.

“El acero inoxidable cuenta con una alta tolerancia a la presión y una resistencia intrínseca, lo que permite que los sistemas operen cómodamente por debajo de su capacidad máxima, normalmente entre el 50 y el 60 por ciento de la presión permitida, con un margen significativo para futuros aumentos”, afirma Jones.

Por el contrario, muchos materiales alternativos operan mucho más cerca de sus límites, particularmente porque los aumentos de temperatura reducen su tolerancia a la presión, creando restricciones que limitan la escalabilidad y aumentan el riesgo de fallo bajo condiciones cambiantes.

Esta resiliencia se extiende a la gestión de la naturaleza impredecible de las operaciones modernas, donde las temperaturas de funcionamiento pueden dispararse debido a fallos en los equipos o problemas localizados. Al ser los sistemas de acero inoxidable capaces de soportar temperaturas muy superiores a los rangos normales de funcionamiento sin degradarse, esta tolerancia integrada garantiza que los sistemas se mantengan estables bajo estrés.

La estabilidad dimensional mejora aún más la idoneidad del acero inoxidable para entornos de alta densidad al permitir una expansión controlada bajo ciclos térmicos sin requerir extensos bucles de expansión que introducen juntas adicionales y posibles vías de fuga.

En instalaciones caracterizadas por fluctuaciones frecuentes de carga y temperatura, esta estabilidad garantiza un rendimiento constante al tiempo que preserva la integridad estructural del sistema a lo largo del tiempo.

Un valor blindado

A medida que se acelera la inversión en centros de datos a gran escala y los presupuestos se someten a un escrutinio cada vez mayor, puede existir la tentación de priorizar costes iniciales más bajos seleccionando materiales más baratos. Pero si se analiza frente al coste total del ciclo de vida de una infraestructura crítica, este enfoque a menudo resulta erróneo.

“Los requisitos de alta disponibilidad significan que los materiales que requieren supervisión, mantenimiento o sustitución frecuentes erosionan rápidamente cualquier ahorro inicial, especialmente cuando se tienen en cuenta los costes más amplios asociados al tiempo de inactividad y la interrupción del sistema”, afirma Jones.

Por lo tanto, una evaluación integral debe considerar no solo el coste de los materiales, sino también la instalación, los requisitos de soporte y el rendimiento a largo plazo. Algunos materiales exigen un soporte estructural o un aislamiento más extensos, lo que añade gastos ocultos que pueden pasarse por alto en las comparaciones iniciales.

A medida que la industria acelera a toda marcha, se está produciendo un cambio creciente hacia soluciones probadas y estandarizadas en lugar de enfoques totalmente experimentales. Los materiales y métodos que han sido probados y validados a lo largo de décadas de uso en otros sectores exigentes —como el farmacéutico, el del petróleo y el gas, y el del procesamiento químico— son cada vez más valiosos en el espacio de los centros de datos.

“El acero inoxidable está respaldado por códigos, técnicas de fabricación y procesos de certificación bien establecidos que garantizan la consistencia y la calidad en cada etapa, desde la obtención del material y la soldadura hasta las pruebas y la instalación”, señala Jones.

Esta trazabilidad ofrece a los operadores confianza en la integridad del sistema. Tate refuerza aún más esta tranquilidad a través de sus alianzas con proveedores que priorizan la calidad y el rendimiento, garantizando que cada componente de todo el sistema cumpla con estándares rigurosos y pueda ser rastreado a lo largo de su ciclo de vida.

En respuesta a la demanda de toda la industria de una mayor velocidad de comercialización (speed to market), la empresa también está acelerando el despliegue a través de sus soluciones modulares que integran la infraestructura de refrigeración líquida con los sistemas de energía y conectividad. Esto permite entregar en el sitio ensamblajes probados en fábrica listos para una instalación rápida, reduciendo los plazos de construcción al tiempo que se mantienen altos niveles de garantía de calidad.

Una oportunidad de oro

De cara al futuro, la visión de Jones sobre la trayectoria de la refrigeración de los centros de datos es clara: “La refrigeración líquida está destinada a convertirse en la opción por defecto en lugar de una mejora opcional, configurando el diseño de las instalaciones desde cero».

“A medida que las densidades de los racks sigan aumentando y la disponibilidad de energía se convierta en una limitación cada vez más significativa, es probable que los centros de datos evolucionen hacia espacios técnicos (white spaces) más compactos combinados con áreas mecánicas ampliadas diseñadas para la mantenibilidad y la fiabilidad a largo plazo”.

En este contexto, planificar el futuro se vuelve tanto más importante como más desafiante. Lo que es seguro es que las mejores estrategias evitarán infradimensionar cualquier aspecto de su infraestructura, desde las tuberías y las clasificaciones de presión hasta los sistemas mecánicos y el diseño espacial.

Especificar soluciones duraderas y adaptables en cada capa del centro de datos es ahora el núcleo del éxito operativo a largo plazo, y en ningún lugar es esto más evidente que en los sistemas de refrigeración líquida, donde la elección del material forma la columna vertebral del rendimiento y la resiliencia.

Al invertir en materiales que ofrecen la resistencia, flexibilidad y longevidad adecuadas, los operadores pueden garantizar operaciones ininterrumpidas, minimizar los riesgos y reducir la necesidad de intervenciones costosas en el futuro. Construir una infraestructura que no solo se adapte a las exigencias actuales, sino que esté forjada para durar ante lo que venga después, empieza por seleccionar el material adecuado para el trabajo.

(datacenterdynamics.com)

Seguiremos brindándote más información sobre este tema en las siguientes presentaciones físicas y digitales de Channel News Perú

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