¿Podrá el enfriamiento con CO2 reemplazar los sistemas basados en gases fluorados?

El tiempo avanza para los gases fluorados de efecto invernadero, más comúnmente conocidos como gases F.

Los gases fluorados, que a menudo se utilizan como parte de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) de los centros de datos, así como en otras áreas de la sala de datos, se están eliminando gradualmente en los mercados de todo el mundo debido al impacto que tienen en el medio ambiente.

En marzo de 2024, la Unión Europea presentó una legislación actualizada sobre gases fluorados como parte de su objetivo de avanzar hacia una calefacción y una refrigeración totalmente libres de combustibles fósiles en toda Europa para 2040.

A medida que se acerca esa fecha límite, las empresas de centros de datos están buscando gases alternativos y varias están considerando sistemas de refrigeración basados ??en dióxido de carbono (CO2). Estos ya se han instalado con éxito en un puñado de centros de datos en todo el mundo.

Adiós a los gases F

El término gas F se refiere a una familia de gases basados ??en flúor: hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC), hexafluoruro de azufre (SF6) y trifluoruro de nitrógeno (NF3).

El HFC es el tipo de gas fluorado que se encuentra normalmente en los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado. Inicialmente introducido en la década de 1990 como una alternativa a los clorofluorocarbonos (CFC) perjudiciales para el medio ambiente que se utilizaban en las unidades de refrigeración más antiguas, pronto se descubrió que los HFC tampoco le hacían ningún favor al planeta. Se dice que estos gases presentan un alto potencial de calentamiento global (GWP es una medida desarrollada por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático de las Naciones Unidas), debido a su propensión a permanecer en la atmósfera y agotar la capa de ozono.

A nivel internacional, no existe una fecha acordada para el fin del uso de gases fluorados. El Protocolo de Montreal, redactado en 1987, es un tratado internacional que pretende regular la eliminación progresiva de estos gases.

Esta enmienda se actualizó en 2016 con la enmienda de Kigali, firmada por 160 países más la Unión Europea, que impone varios plazos diferentes para los distintos países. Las economías establecidas, como Estados Unidos y Europa, han acordado reducir el uso de HFC en un 85 por ciento para 2036 (en comparación con los niveles de 2013), mientras que otro grupo de países, que incluye a China y Brasil, tiene hasta 2045 para reducir su consumo de HFC en un 80 por ciento. A un tercer grupo, que comprende a la India y los estados de Oriente Medio, donde el aire acondicionado se utiliza ampliamente, se les ha dado un plazo de 2047.

La legislación de la UE sobre gases fluorados es quizás la política más detallada que ha surgido hasta ahora. Propuesta por primera vez en 2006, la versión que entró en vigor en marzo estipula que el uso de HFC en nuevas unidades de aire acondicionado pequeñas (aquellas que consumen 12 kW de potencia o menos) debe terminar en 2032, con un plazo límite de 2035 establecido para unidades nuevas y más grandes, como las que se utilizan en los centros de datos.

En respuesta a las nuevas regulaciones, el Instituto de Refrigeración de Irlanda (IRI) afirmó que la industria se enfrentará a “cambios significativos” en los próximos años. Cuando los fabricantes busquen alternativas a los HFC, argumentó que “el CO2 sin duda ocupará un lugar destacado en los equipos comerciales de tamaño medio y en los sistemas industriales”.

La gran Dinamarca

Para el danés Anders Moensted, este paso aparentemente inevitable hacia el CO2 y otros productos refrescantes naturales se ha estado gestando durante 30 años.

“Trabajo con refrigerantes naturales desde los años 90”, afirma. “Dinamarca ha sido un país líder en este ámbito porque entonces teníamos un ministro de medio ambiente muy progresista que ya se dio cuenta de que los gases fluorados no eran el futuro y puso en marcha algunas restricciones muy estrictas”.

De hecho, Dinamarca ha prohibido ciertos tipos de gases fluorados desde principios de la década de 2000, mucho antes que la mayoría de sus homólogos europeos. Moensted es ahora gerente de desarrollo comercial para el sector industrial en Advansor, una empresa que comercializa soluciones de refrigeración basadas en CO2 para centros de datos y otros grandes clientes.

El negocio principal de Advansor es el comercio minorista, proporcionando sistemas de refrigeración para supermercados, pero Moensted fue contratado hace cuatro años para ayudar a impulsar la empresa en el sector industrial, donde los centros de datos son un objetivo principal junto con los centros de distribución para grandes minoristas y empresas de comercio electrónico. Dice que las empresas no solo buscan alejarse de los gases fluorados, sino también de las alternativas naturales existentes. «El amoníaco, por ejemplo, es un buen refrigerante natural, pero es tóxico y ligeramente inflamable», dice. «En algunos casos de uso, no está permitido, por lo que el CO2 es una alternativa viable».

Para Advansor, la apuesta por los sistemas basados ??en CO2 tiene sentido debido a su versatilidad, afirma Moensted. “Hay muchas formas de configurar un rack de CO2, porque podemos congelar, enfriar, acondicionar y calentar en el mismo sistema, con diferentes temperaturas al mismo tiempo”, afirma.

CO2 en el centro de datos

En el caso de los centros de datos, un sistema de refrigeración basado en CO2 comparte algunas características con los sistemas basados ??en gas fluorado o amoníaco, afirma Moensted. “Genera un ciclo de compresión de vapor y tenemos un compresor que comprime el gas, lo licua y luego lo evapora”, explica. “Así que es exactamente el mismo proceso, pero el sistema está construido de una manera ligeramente diferente con algunos elementos adicionales”.

En cuanto a su eficacia como refrigerante, Moensted afirma que el CO2 es comparable a los sistemas de gases fluorados, siempre que el circuito de refrigeración esté optimizado correctamente. Pero afirma que el CO2 es más susceptible a las fluctuaciones de temperatura. “Cuando el CO2 era algo novedoso, su uso estaba limitado y en zonas como el sur de Europa no funcionaba realmente debido al clima cálido”, explica.

“Pero ahora hemos construido muchos más sistemas a su alrededor y ya no estamos tan limitados por el clima como antes. Todavía hay que diseñar para el día más caluroso del año y aceptar que se obtienen las peores eficiencias en esos días, como sucedería con cualquier otro refrigerante. Por lo tanto, el CO2 se ve un poco más castigado por los climas cálidos, pero luego podemos mejorar los sistemas con inyectores y cosas que nos permitan igualarlos a los otros refrigerantes”.

El CO2 está disponible en grandes cantidades. Solo en Europa, en 2023 se generaron 2.500 millones de toneladas de CO2 como subproducto de los diversos sistemas energéticos del continente. “Se puede licuar este CO2 y utilizarlo en nuestros sistemas de refrigeración”, afirma Moensted. “Se necesita un proceso industrial para limpiarlo, pero luego se puede poner en botellas y utilizarlo para refrigeración o para otras cosas, como refrescos”.

Ciertamente, no hay comparación en lo que respecta al impacto ambiental del CO2 frente al del gas fluorado. Mientras que el HFC, el gas fluorado que se utiliza con mayor frecuencia en los sistemas de refrigeración de los centros de datos, suele tener un GWP de entre 1.600 y 4.000, lo que lo sitúa en el extremo superior de la escala de GWP, el CO2 obtiene un punto, la puntuación más baja posible.

Dando vida a los sistemas de CO2

Hasta ahora, los sistemas de enfriamiento basados ??en CO2 en los centros de datos son escasos y distantes entre sí, con el cambio a la refrigeración líquida, necesaria por los servidores cada vez más potentes requeridos para la IA y otras cargas de trabajo avanzadas, lo que significa que los operadores tienen más probabilidades de invertir en sistemas de enfriamiento directo al chip en lugar de HVAC de próxima generación.

El operador canadiense Telus ha instalado un sistema de aire acondicionado para salas de ordenadores (CRAC) basado en CO2 en su centro de datos de Quebec. El proveedor estadounidense M&M Carnot proporcionó la configuración del CRAC para el centro de datos y se instaló como parte de una actualización «ecológica» de las instalaciones. La empresa le dijo a DCD que había visto «ahorros operativos anuales significativos en electricidad» desde la instalación, además de poder enfriar de manera efectiva otras partes de su edificio utilizando el mismo sistema.

En Europa, Advansor ha estado trabajando con Kio Networks en su nuevo centro de datos en Valencia, España, que según el operador es el primero del país que funciona completamente con refrigerantes naturales. Las obras comenzaron en febrero de 2023 en la instalación de 1.000 metros cuadrados y 50 millones de euros.

El sistema de refrigeración se basa en dos unidades de refrigeración SteelXL de temperatura media de Advansor conectadas a tres de los sistemas MiniBooster de la empresa. Esta combinación puede proporcionar 1,3 MW de capacidad de refrigeración para los servidores y 150 kW de capacidad de refrigeración para el aire acondicionado del centro de datos. El calor residual del sistema de refrigeración se desviará y se venderá a los sistemas de calefacción urbana de la región.

Advansor afirma haber logrado un ahorro energético adicional del 7-8 por ciento al añadir motores de imanes permanentes a los 12 compresores del sistema.

Al igual que Telus, Kio espera obtener importantes ahorros energéticos, según David de Diego Villarrubia, director de infraestructuras de la compañía. “Al utilizar CO2 como refrigerante, nuestro ratio de eficiencia energética mejorará al menos tres veces en comparación con un sistema con un refrigerante no natural, lo que se traducirá en un importante ahorro energético”, afirma. “Esto dará como resultado un PUE anualizado que será espectacular incluso a niveles de carga bajos, lo que en última instancia se traducirá en una instalación que reducirá drásticamente el consumo energético”.

Diseño y construcción

Según De Diego Villarrubia, el CO2 fue una opción natural para refrigerar las instalaciones de Kio en Valencia, ya que ofrece la mejor manera de garantizar la longevidad del centro de datos. “Elegir CO2 protege nuestra inversión al garantizar que no tengamos que realizar ninguna modernización en nuestras instalaciones antes de los ciclos de vida esperados de los equipos debido a las obligaciones regulatorias relacionadas con el desmantelamiento de gases refrigerantes”, afirma.

“Desde un punto de vista puramente regulatorio, creemos que aspectos importantes como la regulación de gases fluorados de la UE impondrán, en algún momento, restricciones a todos los gases refrigerantes que no sean naturales. La aplicación final de esta regulación conducirá inevitablemente al uso exclusivo de gases naturales”.

De Diego Villarrubia confía en que su empresa se haya “adelantado a la adopción de este tipo de tecnología” y añade: “Creemos que pasar a los gases ecológicos era el paso natural, demostrando que nuestra industria puede ser realmente limpia a todos los niveles.

De Diego Villarrubia dice que Kio está interesado en trabajar con otros operadores que quieran explorar los beneficios del enfriamiento con CO2 y espera que su empresa pueda proporcionar un ejemplo que «ayude a transformar nuestro sector para mejor, alejándolo del lavado de imagen ecológico dañino».

A pesar de los beneficios ambientales de la refrigeración con CO2, las empresas de centros de datos que deseen realizar una instalación deben tener en cuenta una serie de factores que complican la situación. Telus ha señalado que su nuevo sistema experimenta una mayor variación en el rendimiento relacionada con el clima que una instalación basada en refrigerantes sintéticos, y afirma que se debe tener mucho cuidado durante la instalación, ya que las tuberías de interconexión son más sensibles a la pendiente que los sistemas tradicionales.

Los sistemas de enfriamiento de CO2 también funcionan a una presión mucho más alta que su equivalente de gas F, lo que significa que el potencial de una fuga costosa es mayor y que es mucho más probable que se requieran equipos de detección de fugas.

Pero es poco probable que estos factores frenen por mucho tiempo el cambio a refrigerantes naturales como el CO2, afirma Moensted de Advansor. “Algunas empresas de centros de datos ya están demandando refrigerantes 100 por ciento naturales”, afirma. “Los centros de datos no han sido un segmento de enfoque para nosotros hasta ahora, por lo que aún estamos desarrollando los componentes que necesitamos porque el perfil de temperatura en un centro de datos es un poco más alto que los entornos de procesamiento de alimentos en los que hemos trabajado habitualmente.

“El proyecto Kio Networks era un gran sistema cuando lo construimos, pero hoy ya podríamos fabricar algo del doble de tamaño. Por eso estamos desarrollando nuestra oferta todo el tiempo y la tecnología de CO2 en sí está avanzando rápidamente”.

Coincide con la valoración de De Diego Villarrubia de que el uso de refrigerantes naturales tiene sentido como inversión a largo plazo ante la inevitable eliminación progresiva de los gases fluorados.

“Las nuevas normas de la UE van a dificultar y encarecer la obtención de gases fluorados”, afirma. “Cuando se invierte en un sistema de refrigeración se quiere conservar durante 15 o 20 años, pero la realidad es que esos gases podrían no estar disponibles en absoluto en diez años, y entonces hay que sustituir todo el sistema.

“Por lo tanto, los refrigerantes naturales son una opción más segura y estamos viendo que cada vez más usuarios finales los utilizan porque no quieren un sistema que se vuelva obsoleto inmediatamente”.

“Los grandes cambios como este llevan tiempo, por supuesto, y no se producirán de la noche a la mañana, pero en los últimos años hemos demostrado en Dinamarca que es posible eliminar progresivamente estos gases”, concluye Moensted.

(datacenterdynamics.com)

Les estaremos informando con mucho más detalle, en el marco del informe especial: “Soluciones de infraestructura de Data centers y edge computing, componentes activos (UPS, AAC, generadores, tableros eléctricos, PDU) y pasivos (cables, gabinetes, pisos, accesorios, conectores), ciberseguridad, seguridad (perimétrica y de data) y controles (cámaras, extinguidores de gas, tableros de acceso). Energia limpia: generadores solares de energía para Data centers. Equipamiento integral para y hacia la nube. Cableado y gestión de cableado estructurado. Buenas prácticas ambientales», que estamos preparando para nuestra edición 212 y publicaremos en el mes de diciembre.

Mantente conectado a nuestra revista Channel News Perú, haciendo clic aquí y suscribiéndote a nuestro newsletter para contenido de valor diario.