La cifra más importante del sistema de refrigeración es aquella que aún no está controlada

Todo centro de datos refrigerado por aire se diseña partiendo de una única hipótesis: la temperatura ambiente máxima que alcanzará el recinto. Esa cifra —la temperatura ambiente de diseño— se aplica a todo el proyecto. Determina el tamaño de las máquinas de refrigeración. Determina la potencia eléctrica necesaria. Determina cuánta carga de TI puede soportar el recinto de forma segura y, en última instancia, cuánto cuesta construir la instalación.

He aquí la incómoda verdad: esa cifra está dejando de ser fiable. Los diseños de temperatura ambiente que parecían conservadores hace una década ahora se están superando con frecuencia. El sur de Europa, Oriente Medio y algunas zonas de Norteamérica han registrado olas de calor fuera de lo habitual en sus registros históricos, y la tendencia se está acelerando precisamente cuando las cargas de trabajo de IA elevan las densidades de los racks —y los requisitos de disipación de calor— a niveles sin precedentes.

La respuesta habitual del sector ha sido diseñar para temperaturas máximas cada vez más altas. Pero hay una pregunta más inteligente que plantearse: ¿y si pudieras controlar la temperatura a la que realmente se ve sometido tu equipo de refrigeración?

La física del problema

A un enfriador refrigerado por aire no le importa lo que diga la estación meteorológica. Solo le importa una cosa: la temperatura del aire que llega a las bobinas de su condensador —la temperatura en la bobina—.

Cuando la temperatura en el serpentín supera las condiciones de diseño, ocurren tres cosas simultáneamente, y todas ellas resultan costosas.

En primer lugar, la capacidad de refrigeración disminuye. Un enfriador seleccionado para proporcionar su capacidad nominal en el entorno previsto perderá rendimiento a medida que las temperaturas superen ese punto. Justo en los momentos en que la instalación más necesita la capacidad total, la planta ofrece menos.

En segundo lugar, aumenta el consumo eléctrico. Los compresores trabajan más a presiones de condensación más elevadas, y la eficiencia se reduce drásticamente. Los kilovatios consumidos por kilovatio de refrigeración suministrado —el rendimiento real de la planta— empeoran precisamente cuando la red está sometida a una carga máxima.

En tercer lugar, disminuyen los márgenes de fiabilidad. El funcionamiento prolongado a altas temperaturas de condensación lleva a los equipos al límite de su capacidad operativa, lo que aumenta el riesgo de disparos por alta presión y de paradas de protección. En un entorno crítico para la misión, este es el escenario que todo operador pretende evitar.

Cómo lo compensa el sector —y cuánto cuesta—

Dado que la temperatura en el serpentín se ha considerado tradicionalmente incontrolable, los ingenieros lo compensan de la única forma posible: sobredimensionando.

Para garantizar la capacidad en el peor momento del día más caluroso, la planta de refrigeración se selecciona para condiciones extremas que pueden darse solo durante unas pocas decenas de horas al año. ¿Significa esto más enfriadores o enfriadores más grandes? Significa una infraestructura eléctrica más grande para alimentarlos —conmutadores, transformadores, generadores, todos dimensionados para un pico que rara vez se produce. Y, en una época en la que las conexiones a la red son el recurso más escaso en el desarrollo de centros de datos, esto supone megavatios de capacidad de conexión reservados para la refrigeración, y no para la carga de TI generadora de ingresos.

Consideremos el cálculo al que se enfrenta actualmente todo desarrollador. Si se puede reducir la demanda eléctrica máxima de la planta de refrigeración, esa capacidad no desaparece, sino que queda disponible para la computación. En un emplazamiento con limitaciones energéticas, reducir la proporción que ocupa la refrigeración en la carga de conexión equivale, a efectos prácticos, a adquirir capacidad adicional de la red, sin tener que esperar años a que la empresa de suministro realice una ampliación.

Por ello, el control de temperatura en el serpentín ha pasado de ser una simple medida de eficiencia a convertirse en una estrategia central de diseño.

Controlar el punto de diseño en lugar de perseguirlo

El preenfriamiento preciso cambia las reglas del juego. En lugar de aceptar el aire ambiente tal y como se suministra, el aire que entra en el equipo de disipación de calor se acondiciona —bajo demanda, solo durante las horas en que la temperatura ambiente supera la condición objetivo de la bobina—.

El principio de funcionamiento es importante: no se trata de un sistema que funcione todo el año. Durante la mayor parte del año, las condiciones ambientales se encuentran dentro de los límites de diseño y el sistema permanece inactivo. Se activa precisamente durante los episodios de calor, manteniendo la temperatura de la bobina en la condición de diseño del enfriador, incluso cuando la temperatura ambiente supera con creces dicha temperatura.

Las consecuencias desde el punto de vista de la ingeniería son significativas:

La instalación de refrigeración puede dimensionarse para un punto de diseño controlado, no para un entorno en el peor de los casos. Cuando la temperatura en el serpentín se mantiene en las condiciones de diseño, se eliminan las penalizaciones de capacidad y eficiencia asociadas a entornos extremos. La instalación que se pone en marcha es la que realmente se necesita.

La carga de conexión disminuye. Los enfriadores que funcionan en condiciones de diseño consumen su potencia de diseño, no la demanda inflada de una máquina que lucha contra elevadas presiones de condensación. La diferencia en un gran campus puede equivaler a megavatios de capacidad de conexión liberados para la carga de TI.

Las instalaciones existentes ganan espacio sin necesidad de ser sustituidas. Para los operadores con instalaciones que se enfrentan a veranos más calurosos de lo que se tuvo en cuenta al elegir sus equipos, el control de temperatura en el serpentín ofrece una vía de modernización: restablecer el rendimiento en condiciones de diseño sin sustituir los enfriadores ni renegociar las conexiones a la red.

Se protege la disponibilidad donde más importa. Los episodios de calor se producen precisamente cuando convergen la depreciación, el colapso de la eficiencia y el riesgo de fallos. Mantener las condiciones de diseño durante esas horas elimina la correlación entre las condiciones climáticas extremas y la sobrecarga de la planta de refrigeración.

En nuestro trabajo de diseño en regiones de clima cálido y campus europeos a hiperescala, validado mediante modelización CFD y ensayos instrumentados, este enfoque ha permitido a los operadores mantener los condensadores eléctricos diseñados en condiciones ambientales muy por encima de las hipótesis originales del emplazamiento, y basar la planificación de la expansión en condiciones controladas, en lugar de en previsiones del peor escenario posible.

Una conversación sobre diseño que merece la pena mantener antes

El momento más oportuno para tener en cuenta la temperatura en el serpentín es antes del dimensionamiento de la planta. Cuando el control de la temperatura forma parte de los fundamentos del proyecto, los ahorros se acumulan: una planta más pequeña, una infraestructura eléctrica más reducida, una menor capacidad de inversión y un presupuesto de carga de conexión que favorece el cálculo.

Pero la conversación merece la pena en cualquier etapa. Ya sea que el reto sea una nueva construcción en un terreno con limitaciones energéticas, una pérdida de rendimiento del campus existente durante los picos de verano o una ampliación bloqueada por límites de conexión, la cuestión de fondo es la misma: ¿estás diseñando en función del clima o de las condiciones que tu equipo realmente necesita?

Si controlas la temperatura, controlas el rendimiento. Si controlas el rendimiento, puedes ajustar el tamaño adecuado de la infraestructura. Si ajustas el tamaño adecuado de la infraestructura, proteges tanto el tiempo de actividad como el modelo de negocio.

La temperatura ambiente de diseño seguirá aumentando. La temperatura en el serpentín no tiene por qué hacerlo.

(datacenterdynaamics.com)

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

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