Los desafíos del enfriamiento líquido en data centers: especificación, instalación y operación

Uno de los principales retos en la especificación de sistemas de enfriamiento líquido directo (DLC) es la compatibilidad de materiales entre la CDU (Unidad de Distribución de Refrigerante) y los componentes en contacto con el fluido, como bloques fríos, tuberías, válvulas y racores. Esta incompatibilidad puede provocar corrosión galvánica, liberación de partículas metálicas y obstrucción de microcanales, lo cual compromete el rendimiento térmico y puede dañar irreversiblemente servidores de alto valor, especialmente en aplicaciones de inteligencia artificial (IA) y computación de alto rendimiento (HPC).

Para mitigar este riesgo, se recomienda:

• Seleccionar materiales con un índice anódico compatible (por ejemplo, acero inoxidable, polímeros resistentes a la corrosión, aleaciones compatibles).
• Diseñar bucles TCS (Technology Cooling System) homogéneos, utilizando los mismos materiales cuando sea posible, o bien separarlos por tipo de servidor.
• Mantener un registro detallado de materiales utilizados en cada componente del sistema, actualizado durante el ciclo de vida del data center.
• Implementar monitoreo y filtración constante del fluido refrigerante, utilizando sensores de turbidez y filtros adecuados (25 µm o menos, según los requerimientos del fabricante).

Riesgos asociados:

• Corrosión acelerada que puede generar fugas o fallos en los bloques de enfriamiento.
• Contaminación del circuito cerrado, afectando el rendimiento térmico y la presión del sistema.
• Daño irreversible a servidores de alto valor, especialmente en entornos de IA y HPC donde las cargas térmicas son críticas

Equilibrio

El equilibrio entre enfriamiento por aire y por líquido se gestiona a través de una evaluación estratégica del Costo Total de Propiedad (TCO), donde se considera el ahorro energético frente a la inversión inicial. Dado que el agua tiene una conductividad térmica 23 veces superior y una capacidad calorífica 3,000 veces mayor que el aire, los sistemas DLC permiten operar con temperaturas de suministro más altas, incrementando la eficiencia del chiller (enfriador de agua) y reduciendo el consumo energético.

Para lograr este equilibrio:

• Se prioriza el diseño modular que permita coexistencia de cargas híbridas (aire y líquido) según los requerimientos térmicos de cada rack.
• En climas cálidos, se recomienda invertir en plantas de enfriamiento independientes de alta temperatura para maximizar horas de economizador.
• En climas fríos, puede ser más rentable compartir una planta de enfriamiento común, aunque se sacrifiquen algunos beneficios energéticos.
• Control inteligente del sistema es fundamental para gestionar eficientemente las temperaturas y evitar la condensación.

Falta de estándares claros

La ausencia de estándares unificados para la eficiencia de las CDU dificulta las comparaciones entre proveedores. Variables como tipo de fluido, caudal, temperatura de entrada y condiciones ambientales se definen de forma distinta por cada fabricante, lo que complejiza la evaluación del CDU más adecuado.

Para abordar este desafío:

• Se recomienda solicitar a los proveedores que proporcionen sus datos detallados de rendimiento y realizar pruebas piloto cuando sea posible.
• La eficiencia del sistema debe analizarse en conjunto (TCS + FWS), no solo a nivel de la CDU, considerando variables como temperatura de aproximación, capacidad de recuperación de calor y clima local.
• Utilizar diseños de referencia y colaboración con integradores garantiza que las especificaciones estén alineadas con los requerimientos reales del proyecto y la compatibilidad de los componentes.

Planificación

La planificación debe enfocarse en flexibilidad, modularidad y escalabilidad. A diferencia del enfriamiento por aire, donde el desacoplamiento físico es mayor, los sistemas DLC requieren un acoplamiento directo entre el servidor y la infraestructura, lo que obliga a prever espacio para tuberías, colectores o manifolds de racks y CDUs.

Recomendaciones clave:

• Diseñar espacios modulares o “pods” preconfigurados con diferentes densidades térmicas previstas.
• Reservar espacio para expansiones futuras y rutas redundantes de tuberías.
• Preparar los colectores de los racks para soportar la máxima carga posible, así se evita tener que cambiarlos si crece la demanda de enfriamiento
• Integrar sistemas de detección de fugas y accesibilidad para inspección visual.

Retos operativos

Uno de los retos operativos más relevantes es la capacidad del sistema DLC para responder a los picos de consumo energético de las GPUs que pueden provocar sobrecalentamiento, con riesgo de estrangulamiento térmico o daño al hardware.

Para mitigar estos riesgos se recomienda:

• Implementar sensores de temperatura de alta frecuencia en puntos críticos del bucle TCS.
• Utilizar válvulas inteligentes de control de presión diferencial para estabilizar el flujo de refrigerante ante fluctuaciones de impedancia hidráulica.
• Reducir la temperatura de entrada al cold plate o aumentar el caudal en respuesta a cargas elevadas, sin sacrificar completamente la eficiencia energética.
• Capacitar al equipo operativo para establecer límites y umbrales de alerta, además de conservar una línea base de datos térmicos para monitoreo continuo.

En combinación, estas medidas aseguran que el sistema pueda mantener temperaturas seguras incluso durante transitorios térmicos agresivos, como los presentes en entornos de IA intensiva.

(datacenterdynamics.com)

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