De los racks de servidores a los racks de baterías: por qué la refrigeración por inmersión es el futuro del almacenamiento seguro de energía en los centros de datos

La refrigeración por inmersión, que consiste en sumergir el hardware en un fluido dieléctrico, se ha convertido en una práctica habitual en entornos informáticos de alto rendimiento para afrontar el aumento de las cargas térmicas. Es eficaz, escalable y contribuye a la eficiencia energética en configuraciones de servidores de alta densidad.

Al mismo tiempo, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) y los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) se implementan cada vez más en los centros de datos para garantizar el tiempo de actividad y la resiliencia energética. Sin embargo, estos sistemas presentan nuevos desafíos de gestión térmica y seguridad que a menudo se subestiman.

Este artículo explora cómo el enfriamiento por inmersión, ya validado en la infraestructura de TI, se está adaptando técnicamente para mejorar la seguridad y el rendimiento de los sistemas de almacenamiento de energía de baterías de iones de litio.

Refrigeración por inmersión en TI: rendimiento donde importa

En infraestructuras de TI, la refrigeración por inmersión se utiliza para gestionar altas cargas térmicas de CPU y GPU. Este enfoque suele implicar sistemas monofásicos o bifásicos. En la refrigeración por inmersión monofásica, el hardware se sumerge en un líquido no conductor que absorbe el calor y luego circula a través de un intercambiador de calor.

Las características clave de rendimiento incluyen:

• Alta eficiencia de transferencia térmica: los fluidos utilizados suelen tener conductividades térmicas entre 10 y 20 veces mayores que la del aire.
• Ahorro de energía: los sistemas alcanzan índices de efectividad en el uso de energía (PUE) tan bajos como 1,05.
• Mayor densidad de hardware: permite la implementación de racks de servidores que superan los 100 kW sin limitación.

Estas capacidades abordan directamente las limitaciones de la refrigeración por aire en aplicaciones de alta densidad. Perfiles de estrés térmico similares en sistemas de almacenamiento de baterías sugieren que este enfoque es adaptable más allá de las CPU.

Por qué los racks de baterías de iones de litio pueden suponer un alto riesgo de incendio

Las baterías de iones de litio utilizadas en sistemas BESS y UPS son termosensibles. Químicas como NMC, LFP y NCA ofrecen alta densidad energética, pero son susceptibles a la fuga térmica, un mecanismo de fallo autorreforzado que puede provocar combustión.

El descontrol térmico puede comenzar a temperaturas tan bajas como 150 °C y dar lugar a:

• Calentamiento rápido de celdas
• Descomposición de electrolitos y liberación de gases
• Propagación del fallo a células adyacentes

Incidentes reales demuestran que los sistemas de climatización estándar no pueden contener estos eventos. Ejemplos de ello son el incendio del centro de datos de SK Group en Corea del Sur en 2022 y la explosión del BESS de McMicken en Arizona en 2019, lo que pone de relieve la necesidad de estrategias proactivas de contención térmica.

Refrigeración por inmersión para almacenamiento de energía: una evolución más segura e inteligente

En el almacenamiento de energía, la refrigeración por inmersión consiste en sumergir las celdas de la batería en un fluido dieléctrico con altos puntos de inflamación y estabilidad química. El sistema funciona extrayendo el calor directamente de cada celda, a la vez que actúa como barrera para el oxígeno, necesario para la combustión.

Aplicaciones más allá de la energía de respaldo

Las soluciones BESS modernas ofrecen más que funciones de respaldo. Mejoran la calidad de la energía, optimizan el tiempo de actividad y reducen los costos operativos.

Acondicionamiento de la calidad de la energía : El BESS estabiliza la tensión durante caídas o picos de tensión inyectando o absorbiendo energía en cuestión de milisegundos. También regula la frecuencia tanto en modo conectado a la red como en modo isla. Además, filtra armónicos y suaviza transitorios, mejorando la calidad de la energía y reduciendo la carga de los equipos informáticos.

Energía de respaldo extendida (UPS complementario): El sistema reacciona instantáneamente a las interrupciones del suministro eléctrico y puede soportar cargas durante horas. Esto evita fallos más prolongados, reduce la dependencia del generador y disminuye las emisiones. Una parte de la batería puede reservarse para emergencias, mientras que el resto cumple funciones económicas.

Reducción de picos de demanda y gestión de la carga : Durante los periodos de alta demanda, el BESS descarga para reducir el consumo de la red. Esto reduce los cargos por demanda y aplana los perfiles de carga. También puede aplazar las mejoras de infraestructura y permitir el arbitraje energético, cargando fuera de las horas punta y descargando durante las horas punta.

Al combinar estas características, el BESS refrigerado por inmersión se transforma de una herramienta de respaldo pasiva en un activo dinámico que aumenta la confiabilidad y la eficiencia.

Consideraciones de implementación para centros de datos

Los operadores que estén considerando un BESS refrigerado por inmersión deben evaluar los siguientes factores:

• Huella del sistema: Hay diseños modulares disponibles que se alinean con las configuraciones de rack estándar.
• Sistemas de monitoreo: La integración con plataformas de gestión de baterías y monitoreo de instalaciones es esencial.
• Cumplimiento de normas: Los sistemas deben cumplir con las normas UL 9540, UL 1973 y NFPA 855.
• Mantenimiento: Los fluidos son estables durante largos períodos y requieren reemplazo poco frecuente.

Financieramente, el enfriamiento por inmersión puede implicar costos iniciales más altos, pero los cálculos indican un retorno promedio de la inversión en menos de ocho años debido a los ahorros operativos y la mayor vida útil del equipo.

Llevando la seguridad de la batería a los estándares del servidor

A medida que los centros de datos evolucionan, las tecnologías utilizadas para garantizar el rendimiento y la seguridad también deben evolucionar. La refrigeración por inmersión, ya validada en entornos de servidores, presenta un método técnicamente viable y que mejora la seguridad para gestionar los riesgos térmicos y de incendio asociados a los sistemas de almacenamiento de energía de iones de litio.

La adaptación de estrategias probadas de gestión térmica desde la informática a los sistemas energéticos ofrece un camino hacia una infraestructura más segura y eficiente.

Las instalaciones que planean expandir la capacidad BESS o modernizar los controles térmicos deben considerar el enfriamiento por inmersión como una opción seria basada en las mejores prácticas existentes y los estándares de seguridad emergentes.

(datacenterdynamics.com)

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