¿Cómo se refrigera un centro de datos?

Analizamos las ventajas de la refrigeración por aire acondicionado, por aire exterior, por agua y por CO2; las técnicas más habituales en los centros de datos.

Una de las obsesiones de los diseñadores de centros de datos (esos lugares en los que se almacena y procesa toda la información digital de una compañía y los servicios que ofrecen a sus clientes) es reducir al máximo el consumo energético de las instalaciones, que suele ser altísimo debido a la alta demanda de electricidad necesaria para refrigerar todos los servidores del CPD.

De hecho, las cargas térmicas en los rack de los CPD están aumentando continuamente debido a la compactación de mayor número de transistores en menor espacio. Así, a principios de los años 90 la carga media de un rack estaba entre 1 y 2 kW mientras que, actualmente, no es extraño ver cargas de entre 20 y 24 kW o incluso más, según datos de TROX España. 

Para lograr esta titánica misión, las grandes compañías están aprovechándose de las condiciones climatológicas y del entorno, como el frío (Facebook cuenta con un CPD en Suecia por este motivo), el viento (Facebook acaba de abrir un nuevo centro de datos en Clonee, Irlanda, por esta razón) o el agua (Google usa el líquido por excelencia para refrigerar su CPD de Hamina, en Finlandia yMicrosoft está usando CPD submarinos para aprovechar este recurso natural).

Pero, en cualquier caso, los centros de datos requieren de sistemas artificiales que permitan controlar la temperatura de los servidores en todo momento, refrigerando adecuadamente los racks y aumentando la vida útil de las máquinas al mismo tiempo que se evitan fallos y caídas del sistema. En ese sentido, actualmente se utilizan distintas tecnologías de refrigeración, cada una con sus propias ventajas e inconvenientes, como veremos a continuación:

Refrigeración por aire acondicionado

Es la técnica más corriente y habitual para refrigerar centros de datos: la sala donde están instalados los servidores cuenta con climatizadores que, bien por el techo o bien por el suelo, generan corrientes de aire que mueven el calor hacia unos extractores, los cuales llevan el aire caliente a un sistema de enfriamiento, y lo devuelven mediante ventiladores de gran potencia a las instalaciones.

Este sistema permite una refrigeración muy constante y altamente potente para los centros de datos, pero su mayor inconveniente lo encontramos en su consumo energético: tanto en el movimiento del aire (aspirado e insuflado) como en su propio enfriamiento se está consumiendo una gran cantidad de electricidad. Para minimizar este consumo, muchos centros de datos están ajustando de forma inteligente los ciclos de refrigeración (reduciendo el movimiento de aire cuando la temperatura es adecuada, modificando la velocidad a la que se mueven los ventiladores) y mejorando la circulación natural del aire (creando configuraciones especiales de pasillos fríos y calientes que eviten que se mezcle el aire caliente con el frío, por ejemplo).

Refrigeración por aire exterior

Otra de las técnicas que se están poniendo de moda es el uso del aire exterior como forma de refrigerar los centros de datos, también conocido como ‘free cooling’. Así, los centros de datos localizados en zonas frías o con corrientes de aire intensas pueden aprovechar estas condiciones ambientales para “enfriar” el aire que entra al CPD y, por ende evitar un gran consumo energético en esta parcela.

En la mayoría de los casos, se siguen usando ventiladores para introducir el aire frío del exterior a los pasillos y los racks adecuados, así como para extraer el aire caliente que desprenden los equipos. Pero, por otro lado, encontramos centros -como algunos de Intel en Santa Clara- que reducen al mínimo el consumo energético, permitiendo el trasvase de aire entre el exterior y el interior de forma natural, sin el uso habitual de ventiladores, reservados sólo para ocasiones en las que el movimiento natural no sea suficiente.

De este modo, el consumo energético es casi nulo, pero a cambio la capacidad de refrigeración también es menor. Sin embargo, cada vez los servidores permiten temperaturas de funcionamiento más altas, incluso de hasta 27 grados, frente a los 15 grados que habitualmente se maneja como estándar de temperatura en un CPD, con lo que esto no debería ser un problema a largo plazo.

Refrigeración por agua

La principal alternativa a la refrigeración mediante aire es la refrigeración líquida. En estos casos, se utiliza el agua como mecanismos para enfriar no el centro de datos, sino los propios servidores desde su interior. Lo que se hace es introducir agua fría (bien enfriada de forma artificial o aprovechando el agua fría de un río o manantial cercano) para que pase por una serie de tuberías dispuestas en torno o dentro de los racks, enfriando por contacto los equipos en cuestión.

Entre las ventajas del uso de la refrigeración por agua -ya usada por Google o Facebook, entre otros- encontramos un menor consumo energético que en los sistemas por aire, pero también una ventaja muy importante para los técnicos que trabajan en estas salas: la eliminación del ruido provocado por los ventiladores en funcionamiento. Asimismo, también permiten reducir el tamaño de las instalaciones que albergan los CPD; ya que no son necesarios los espacios para albergar el sistema de ventilación que habitualmente se emplea en ellos.

Refrigeración con CO2

La refrigeración utilizando CO2 consiste en utilizar dióxido de carbono (CO2) como refrigerante. A grandes rasgos en las salas de CPD hay unos evaporadores donde se gasifica el CO2, absorbiendo el calor desprendido en los racks que será descargado en el exterior a través de condensadores. Así, en invierno, cuando la temperatura del exterior es inferior a 15ºC, el calor se expulsa al exterior a través de aeroventiladores, produciéndose una condensación del CO2 que lo devuelve a la sala CPD en estado líquido.

Por su parte, en verano, cuando la temperatura supera los 15ºC, el calor se expele del CO2, y se vuelve a condensar con agua fría en un intercambiador de CO2/ Agua. Una vez hecho esto, CO2 en estado líquido se vuelve a retornar a la sala de CPD, listo para volver a evaporarse, tal y como explica David Romanos Tabuenca, jefe de producto de AITCS en TROX España, en este post.

Escrito por Alberto Iglesias Fraga

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