Comprender cómo funciona un centro de datos

Comprender el funcionamiento de la climatización de un centro de datos

EOLIOS es experto en la disipación del calor para los centros de datos.

Con el aumento de la cantidad de información y el grado de informatización de los procesos de trabajo, la cuestión de la seguridad de esa información durante el funcionamiento ininterrumpido de los servidores se vuelve cada vez más aguda. Un fallo en este ámbito puede suspender toda la actividad de la empresa y provocar graves pérdidas. Una de las principales condiciones para un funcionamiento estable de los servidores es el mantenimiento de la temperatura óptima del aire en el volumen de las salas de servidores, obtenido mediante sistemas basados en una climatización de precisión.

La explotación de un centro de datos es muy exigente en energía: el sistema de refrigeración consume a menudo tanta (o más) energía que los ordenadores que soporta.

En este artículo, examinaremos algunas de las tecnologías de refrigeración de centros de datos más comúnmente utilizadas, así como los nuevos enfoques de la simulación CFD.

Diseño de pasillo frío / pasillo caliente

Se trata de una disposición de racks de centro de datos que utiliza filas alternas del tipo «pasillos fríos» y «pasillos calientes».

Delante de los racks se disponen difusiones de aire frío (generalmente mediante rejillas) para que los servidores aspiren el aire; los pasillos calientes evacúan el calor de la parte trasera de los servidores. Los conductos de aireación suelen estar conectados a un falso techo que toma el aire caliente de los pasillos calientes para ser refrigerado, y luego el aire refrigerado se evacúa hacia los pasillos fríos, mediante un falso suelo o conductos.

Los racks de servidores vacíos deben rellenarse con paneles obturadores, para evitar el sobrecalentamiento y reducir la cantidad de aire frío desperdiciado. En efecto, el vacío creado por la ausencia de servidores puede provocar transferencias de aire parásito debido a las diferencias de presión entre zona caliente y fría; este desplazamiento de aire parásito es energía perdida.

Sistema de agua helada

Esta tecnología es la más comúnmente utilizada en los centros de datos de tamaño medio a grande.

El aire en el centro de datos es aportado por sistemas de tratamiento de aire, conocidos como sistemas de tratamiento de aire de la sala informática (CRAH), y se utiliza agua refrigerada (suministrada por un sistema de refrigeración externo a la instalación) para enfriar la temperatura del aire.

¿Cuál es la diferencia entre las unidades CRAC y CRAH?

Unidades CRAC

Las unidades CRAC funcionan como las unidades de climatización de las viviendas. Tienen un sistema de expansión directa y compresores integrados directamente en la unidad. Aseguran la refrigeración soplando aire sobre un intercambiador lleno de refrigerante; el refrigerante mantiene su estado frío gracias a un compresor interno, y el exceso de calor se expulsa mediante una mezcla de glicol, agua o aire. Mientras que la mayoría de las unidades CRAC solo proporcionan un volumen constante (funcionamiento marcha/paro), se están desarrollando nuevos modelos que permiten variaciones del flujo de aire.

Existen distintas maneras de colocar las unidades CRAC, pero generalmente se instalan en el lado opuesto a los pasillos calientes de un centro de datos. Allí, liberan aire refrigerado a través de las perforaciones del suelo elevado (rejillas o perforaciones de las losas de suelo), refrigerando los servidores informáticos.

Unidades CRAH

Las unidades CRAH funcionan como unidades de tratamiento de aire por agua helada instaladas en la mayoría de los edificios de oficinas. Aseguran la refrigeración soplando aire sobre un intercambiador lleno de agua helada. El agua refrigerada suele ser suministrada por «enfriadoras de agua» — también conocidas como planta de agua helada. Las unidades CRAH pueden regular la velocidad del ventilador para mantener una presión estática definida, garantizando que los niveles de humedad y la temperatura permanezcan estables.

La producción de agua helada puede realizarse por expansión directa o mediante DRY de tipo enfriamiento adiabático, mucho más eficientes energéticamente.

¿Cuál es la temperatura óptima de un centro de datos?

Las salas de servidores contienen una mezcla de aire caliente y frío: los ventiladores del servidor expulsan el aire caliente durante el funcionamiento, mientras que la climatización aporta aire fresco para contrarrestar el aire de escape caliente. Mantener el buen equilibrio entre aire caliente y aire frío siempre ha sido primordial para la disponibilidad de los centros de datos. Si un centro se calienta demasiado, el equipo corre un riesgo de avería más elevado — provocando tiempos de inactividad, pérdida de datos y pérdida de ingresos.

En los años 2000, el rango de temperatura recomendado era de 20 a 24 °C: la gama aconsejada por la ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) como óptima para una disponibilidad y una vida útil máximas del material, con un margen tampón suficiente en caso de avería de la climatización.

Desde 2005, han aparecido nuevas normas y mejores equipos, con tolerancias mejoradas para rangos más elevados: la ASHRAE recomienda ahora un rango de funcionamiento aceptable de 18 a 27 °C.

La subida de las temperaturas a la entrada de los servidores hace también el uso del free cooling o del free chilling (utilizar el aire exterior para soplar aire fresco en la sala o enfriar el agua, en lugar del grupo de producción de agua helada) mucho más interesante, en particular en regiones templadas como Francia. Con consignas de 25 °C en la sala en lugar de 15 °C, los periodos durante los cuales el free cooling puede utilizarse sin activar la climatización se alargan considerablemente — lo que genera importantes ahorros de energía y mejora el PUE (Power Usage Effectiveness). Lo mismo ocurre con el free chilling, utilizable con más frecuencia para enfriar los circuitos de agua (consigna a 15 °C en lugar de 7 °C).

Las problemáticas de una temperatura de consigna demasiado elevada

Lamentablemente, unas temperaturas de funcionamiento más elevadas pueden reducir el tiempo de reacción en caso de aumento rápido debido a una avería de la unidad de refrigeración. Un centro cuyos servidores funcionan a temperaturas más elevadas corre el riesgo de sufrir instantáneamente averías materiales simultáneas. Las recientes reglamentaciones ASHRAE subrayan la importancia de una vigilancia proactiva de la temperatura en el interior de las salas de servidores.

¿Qué ocurre si hace demasiado calor?

Cuando la temperatura en el interior del centro aumenta demasiado, el equipo puede sobrecalentarse fácilmente, lo que puede dañar los servidores. Los datos podrían perderse, causando problemas mayores a las empresas que confían en los servicios del centro de datos. Por eso todos los centros deben disponer de sistemas de refrigeración que permitan superar un periodo de crisis o de mantenimiento.

¿Qué ocurre en caso de avería de los sistemas de climatización?

En función de la densidad de potencia instalada, el aumento de las temperaturas de aire en el interior de la sala de servidores puede ser extremadamente rápido. Observamos generalmente, en las simulaciones de fallo de tipo corte de corriente, una elevación del orden de 1 °C por minuto. De ello resulta un riesgo importante de degradación del material y de pérdidas de datos si los sistemas de redundancia y de seguridad no están correctamente dimensionados. Por otra parte, el tiempo de reinicio y de activación a plena potencia de los compresores es un reto para las salas más exigentes. Para retrasar los efectos, existen sistemas de inercia que permiten almacenar energía calorífica algunos minutos con el fin de suavizar la curva de elevación de temperatura.

¿Por qué realizar una simulación CFD de un centro de datos?

La simulación CFD proporciona información sobre la relación entre el funcionamiento de los sistemas mecánicos y las variaciones de la carga térmica de los equipos informáticos. Gracias a esta información, el personal informático y el personal del sitio pueden optimizar la eficiencia del flujo de aire y maximizar la capacidad de refrigeración.