Refrigeración líquida directa en el centro de datos: tecnología, funcionamiento y rentabilidad

Entender la refrigeración líquida directa

En la refrigeración líquida directa (DLC), un líquido absorbe el calor directamente de determinados componentes del servidor. En la versión más habitual, denominada «Direct-to-Chip», se encuentra un Placa de refrigeración por ejemplo, en una CPU o en un acelerador. El fluido refrigerante circula por los canales de la placa, se calienta y disipa la energía a través de los conductos conectados.

En un sistema monofásico, el fluido permanece en estado líquido durante el funcionamiento previsto. Por el contrario, los procesos bifásicos aprovechan un cambio de fase del medio refrigerante; su diseño y sus requisitos de funcionamiento no pueden deducirse fácilmente a partir de un circuito monofásico. La refrigeración por inmersión también es un concepto diferente: en este caso, los componentes se encuentran sumergidos en un medio refrigerante adecuado, en lugar de estar simplemente conectados a él mediante placas de refrigeración.

La refrigeración disipa el calor, pero no impide que se genere. Una CPU sigue necesitando energía eléctrica para realizar sus operaciones de cálculo, energía que se disipa principalmente en forma de calor. El DLC puede influir en las necesidades energéticas de la tecnología de refrigeración; sin embargo, la instalación de placas de refrigeración no conlleva ni un menor consumo eléctrico de los sistemas informáticos ni, automáticamente, un ahorro para todo el centro de datos.

La tecnología Direct-to-Chip resulta especialmente interesante cuando la Densidad de los racks: Cuando hay muchos procesadores potentes funcionando en un espacio reducido, es necesario disipar una gran cantidad de calor de una zona pequeña. El líquido absorbe parte de ese calor directamente de los componentes, en lugar de liberarlo primero por completo al aire de la sala. Que la reforma merezca la pena depende también de la refrigeración del edificio, el perfil de carga y el funcionamiento.

El artículo sobre... ofrece una visión general de otros enfoques y sus ámbitos de aplicación. Refrigeración líquida de servidores en el centro de datos. Además, a la hora de diseñar un sistema DLC concreto, es fundamental cómo se conecta el circuito de líquido a la disipación de calor del edificio.

El recorrido del calor

La ruta térmica comienza en la superficie de contacto entre el componente y la placa de refrigeración. El fluido calentado fluye a través de mangueras y conexiones hasta un distribuidor, que conecta varios servidores o rutas térmicas con el circuito. Desde allí, suele llegar a una unidad de distribución de refrigeración (Cooling Distribution Unit, CDU), que abastece y regula el circuito del lado de las TI.

En una CDU de líquido a líquido, un Intercambiador de calor la energía del circuito informático a un circuito del edificio. Para ello, no es necesario que ambos fluidos se mezclen. Las bombas, los sensores y el sistema de regulación garantizan el caudal previsto y el control de la temperatura; dependiendo de la arquitectura, una CDU puede estar instalada en un rack o abastecer a varios racks.

La función no termina en el intercambiador de calor: el edificio debe seguir disipando el calor absorbido. Para ello, dependiendo de la instalación y de las condiciones de funcionamiento, se pueden utilizar, por ejemplo, refrigeradores, torres de refrigeración o máquinas de refrigeración. La combinación más adecuada depende, entre otras cosas, de las temperaturas requeridas, del clima exterior y de las condiciones de funcionamiento a lo largo del año.

Una alternativa a la disipación exclusiva al entorno es el aprovechamiento del calor mediante un receptor adecuado. Para ello, la oferta y la demanda deben coincidir en el tiempo; también son relevantes el nivel de temperatura y la distancia. Si la temperatura disponible no es suficiente, puede ser necesaria una bomba de calor. La mera existencia de una tubería de líquido no implica por sí sola un aprovechamiento real del calor.

Muchos servidores refrigerados por líquido siguen Sistemas híbridos. Las placas de refrigeración no cubren necesariamente todos los componentes; los componentes restantes siguen desprendiendo calor al aire. NVIDIA describe estos componentes restantes refrigerados por aire para las configuraciones GB200. Por ello, la circulación del aire en la sala y la refrigeración por aire disponible deben adaptarse a la carga restante, incluso cuando una gran parte del calor se disipa mediante líquido.

Clasificar correctamente las temperaturas y las interfaces

Para la conexión de un servidor, no basta con indicar „refrigeración líquida“. Los proyectistas necesitan los datos de funcionamiento homologados para la configuración concreta y deben compararlos con la CDU, la red de distribución y la instalación del edificio. Solo se consigue una conexión adecuada cuando todos los componentes implicados encajan entre sí en las condiciones de carga y funcionamiento previstas.

El Temperatura de impulsión Se refiere a la temperatura del fluido en su recorrido hacia el equipo que se va a refrigerar. Debe estar dentro de los límites de homologación del equipo; al mismo tiempo, influye en las condiciones en las que el sistema de climatización del edificio puede disipar el calor. Una temperatura más alta puede favorecer determinados conceptos de refrigeración, pero no debe superar el límite admisible del servidor en cuestión.

El caudal necesario indica la cantidad de fluido refrigerante que debe circular por el circuito de refrigeración en un tiempo determinado. El Pérdida de presión Se produce, entre otros lugares, en placas de refrigeración, mangueras y racores. El diseño de las bombas y las tuberías debe permitir el caudal necesario teniendo en cuenta estas resistencias y, al mismo tiempo, respetar los límites de presión admisibles de los componentes.

Igualmente importantes son la calidad del refrigerante y la compatibilidad de los materiales. Los requisitos del fabricante pueden referirse, por ejemplo, a la composición del fluido y al tratamiento de las impurezas. Las mangueras, los acoplamientos y las juntas homologados deben ser compatibles con el fluido y con la conexión correspondiente; el hecho de que una pieza encaje mecánicamente no significa automáticamente que esté homologada para el uso previsto.

ASHRAE distingue entre clases W para el suministro de agua en los edificios. Estas clases ayudan a clasificar el suministro, pero no sustituyen a la homologación de los equipos ni establecen automáticamente las condiciones del circuito de TI independiente. Por lo tanto, los valores de un fabricante o de un lado del circuito no deben aplicarse sin comprobar a otros equipos, conexiones o medios.

Comparación de cuatro métodos de refrigeración

A la hora de elegir el sistema de refrigeración, no basta con fijarse únicamente en si se utiliza un líquido. Lo decisivo es, donde se absorbe el calor y qué infraestructura se necesita para ello en el servidor y en el edificio. Los cuatro enfoques también se diferencian en si el aire sigue circulando a través de los equipos informáticos.

En caso de una carga moderada y distribuida espacialmente, la refrigeración por aire existente puede ser suficiente, siempre que el flujo de aire y las reservas de temperatura se adapten al funcionamiento real. Por el contrario, un intercambiador de calor de puerta trasera se instala en el rack sin que sea necesario cambiar el sistema de disipación de calor del servidor a placas de refrigeración. No obstante, es necesario planificar el suministro de líquido y el acceso a la parte trasera del rack.

Cuando la densidad térmica es elevada, la tecnología «Direct-to-Chip» puede facilitar la disipación directamente en los procesadores y aceleradores. La refrigeración por inmersión traslada la absorción de calor a un baño de líquido, pero altera en mayor medida la integración y el mantenimiento. Por lo tanto, la solución más adecuada para cada ubicación depende, además de la densidad de los racks, del hardware compatible, del esfuerzo de adaptación y de la capacidad de disipación térmica disponible.

Planificar la incorporación de racks de alta densidad al parque instalados

Un ejemplo concreto de alta densidad de rack es el GB200 NVL72 de NVIDIA: el fabricante indica que este diseño de rack requiere una capacidad de refrigeración de 120 kW por rack. Este valor describe los requisitos de la configuración mencionada, no un límite de potencia general para Refrigeración líquida directa y no se garantiza la compatibilidad con otros sistemas.

En este sistema, la refrigeración tampoco se limita al líquido: NVIDIA documenta que el resto de componentes se refrigeran por aire. Por lo tanto, a la hora de planificar la ubicación, hay que tener en cuenta tanto el suministro de líquido como la carga de aire restante del sistema concreto que se vaya a suministrar. Son vinculantes los datos de conexión específicos del proyecto, y no un valor genérico tomado del ejemplo.

En las instalaciones existentes, la planificación comienza con el reparto de carga real y previsto: ¿qué racks seguirán refrigerándose por aire, cuáles contarán con placas de refrigeración y dónde se ubicarán? A partir de ahí se pueden Zonas de refrigeración y deducir los requisitos correspondientes para la refrigeración por aire y por líquido. No se debe confundir una única carga elevada en un rack con una carga uniforme en toda la sala.

A continuación, hay que comprobar el trazado de las tuberías, el espacio disponible para los distribuidores y la CDU, así como la accesibilidad para el mantenimiento. El sistema de refrigeración existente del edificio debe ser capaz de disipar el calor adicional, incluso en las condiciones de funcionamiento previstas. El hecho de que se pueda instalar una CDU en la sala no dice por sí solo nada sobre la capacidad de refrigeración disponible.

Para terminar, no puede faltar un concepto de redundancia: Los operadores deben determinar qué carga debe seguir recibiendo suministro en caso de fallo de una vía de refrigeración y cómo afecta el mantenimiento a la capacidad restante. Solo teniendo en cuenta estos requisitos y los datos del fabricante es posible dimensionar de forma fiable las reformas, las ampliaciones y el funcionamiento.

Balance térmico y posibles usos

La potencia térmica disipada describe la rapidez con la que se transporta el calor. La energía térmica transportada durante un periodo de tiempo determinado se calcula, si la potencia es constante, multiplicando la potencia por el tiempo. Esta distinción es importante a la hora de dimensionar un sistema de refrigeración o de analizar un posible suministro de calor a lo largo de un periodo de tiempo.

Un ejemplo ilustrativo de cálculo: si se supone que se disipa una cantidad constante de 40 kW de calor durante una hora, la multiplicación de 40 kW por una hora da como resultado 40 kWh de energía térmica transportada. Esto no es una medición. Del resultado no se deduce ni un ahorro de electricidad ni que la cantidad total de calor esté disponible o sea aprovechable para un consumidor.

Para una verdadera Aprovechamiento del calor residual La temperatura debe ajustarse a las necesidades del usuario. Si es demasiado baja, una bomba de calor puede elevarla; en ese caso, su consumo eléctrico se incluye en el balance total. Unas temperaturas más altas del fluido pueden facilitar la integración, pero no sustituyen al análisis de la instalación concreta.

A la hora de planificar, los operadores deben comparar la oferta de calor con las necesidades temporales de un posible consumidor. También hay que valorar si una solución de almacenamiento es viable para el proyecto concreto. Una cantidad teórica de calor anual por sí sola no garantiza un uso durante todo el año.

A la hora de tomar una decisión de inversión, los operadores también deberían evaluar, en función de cada emplazamiento, la conexión con el consumidor y el coste de la tecnología adicional. El calor transportado no debe considerarse automáticamente como un rendimiento aprovechado en su totalidad. Para realizar una evaluación fiable se necesitan datos concretos sobre el uso previsto.

Garantizar el funcionamiento y el mantenimiento

Un sistema de refrigeración líquida que se pueda mantener requiere algo más que servidores accesibles. Para cada conexión debe quedar claro qué Acoplamientos rápidos El fabricante debe indicar dónde se puede cerrar el tramo en cuestión y cómo desconectar un equipo del circuito de forma segura. Estos pasos deben formar parte de un procedimiento de mantenimiento específico para cada instalación, que también incluya la puesta en servicio y la comprobación de las conexiones.

Antes de realizar una sustitución, deben aclararse las responsabilidades y las repercusiones que esto tendrá en el resto de racks. Una distribución compartida puede hacer que una desconexión afecte a más de un servidor. Por ello, en el lugar de instalación deben estar disponibles los esquemas de cableado, las conexiones etiquetadas y las especificaciones del fabricante del equipo; las piezas de recambio necesarias deben ser compatibles con el modelo instalado.

La calidad del líquido refrigerante también es una responsabilidad de la empresa. Los materiales, el líquido y el tratamiento deben ser compatibles entre sí para que, por ejemplo, la corrosión o los depósitos no afecten al funcionamiento. Las pruebas, los valores límite y los intervalos de sustitución que deben aplicarse vienen determinados por los requisitos de los componentes y del circuito en cuestión, y no por una recomendación general sobre el agua.

A Control de fugas Entre ellos se incluyen sensores colocados en los lugares adecuados, una transmisión fiable de las alarmas y una respuesta documentada. El equipo debe saber quién atiende la alarma, evalúa la zona afectada e interviene según los procedimientos del centro. Se puede prever una desconexión automática específica para cada proyecto, pero no está presente en todos los sistemas ni es la única respuesta posible.

Los procedimientos de mantenimiento y de gestión de incidencias deben estar coordinados: si durante los trabajos de mantenimiento se tapa un sensor o se suprime temporalmente un mensaje de alarma, también debe estar regulado el proceso para restablecerlos. Los registros de las intervenciones y las anomalías ayudan a detectar problemas recurrentes y a preparar de forma específica las próximas ventanas de mantenimiento.

Localizar las averías de forma sistemática

Si la temperatura de un componente aumenta, no tiene por qué ser necesariamente culpa de la placa de refrigeración. Comprueba primero el Carga informática y compara la evolución de la temperatura con los valores límite especificados para ese hardware concreto. Un aumento de la carga puede alterar la disipación de calor; lo decisivo es si el sistema sigue funcionando dentro de sus especificaciones en las condiciones de funcionamiento previstas.

A continuación, se puede comprobar paso a paso el recorrido de refrigeración: ¿Se encuentra la temperatura de impulsión en el punto de medición previsto dentro del rango admisible? ¿Alcanza el caudal el valor requerido para el equipo? Ambas magnitudes deben ajustarse a la configuración realmente utilizada. Un valor aceptable en el suministro del edificio no confirma por sí solo que el servidor también reciba el suministro adecuado.

Un modificado Pérdida de presión Puede indicar un cambio en el recorrido del flujo, pero sin un análisis más detallado no explica su causa. Compare los datos disponibles de presión y caudal con los valores de referencia y el estado de funcionamiento anterior. A continuación, compruebe la CDU, sus avisos y la transferencia de calor hacia el edificio; las intervenciones deben ser realizadas exclusivamente por personal cualificado, de acuerdo con los procedimientos del fabricante y del centro.

En un sistema híbrido, la refrigeración por aire residual también forma parte del diagnóstico. Si las vías de ventilación están obstruidas o el suministro de aire previsto no funciona según lo previsto, los componentes que no se refrigeran por líquido pueden verse afectados. Por lo tanto, un circuito de líquido que funcione con normalidad no descarta la existencia de un problema térmico en el mismo rack.

Una alarma de fuga se gestiona por separado del diagnóstico de temperatura, de acuerdo con el plan local de respuesta ante incidencias. Si falla una vía de refrigeración, el plan de actuación ante fallos documentado determina qué carga se redirige o qué instalación se pone fuera de servicio de forma controlada. El sistema de alarmas y la escalada de incidencias deben funcionar incluso cuando aún no se haya determinado la causa; las intervenciones improvisadas en tuberías a presión no sustituyen al diagnóstico.

Evaluar la rentabilidad y el alojamiento web ecológico

Para realizar una comparación medioambiental, la PUE La relación entre el consumo total anual de energía en el centro de datos y el consumo anual de energía de los sistemas informáticos. El WUE compara el consumo anual de agua en las instalaciones con el consumo anual de energía de los sistemas informáticos. Ambos valores solo pueden compararse de forma significativa si se especifican el periodo y los límites de medición.

Un valor bajo del PUE no implica automáticamente unas emisiones absolutas bajas ni un consumo reducido de agua. Para Alojamiento ecológico Por ello, también son relevantes el consumo energético total, el balance de emisiones o la composición de la red eléctrica y el consumo absoluto de agua. Una carga informática creciente puede aumentar el consumo de la instalación, incluso si la relación entre el consumo energético total y el de las tecnologías de la información mejora.

Ni siquiera un circuito informático cerrado garantiza necesariamente que el funcionamiento general se realice sin agua: en otra etapa de la disipación de calor puede evaporarse agua. En el caso del calor residual, a su vez, no solo cuenta la oferta teórica, sino la calor realmente utilizado. Para ello, la temperatura y las necesidades temporales del usuario deben coincidir; una bomba de calor puede necesitar energía adicional.

La rentabilidad depende de la ubicación. Compara el perfil de carga previsto y la densidad de racks planificada con las inversiones necesarias en infraestructura informática compatible, distribución, CDU y adaptaciones del edificio. A ello hay que añadir los gastos de mantenimiento, energía y, en su caso, agua, así como los costes de redundancia y prevención de averías. Compara estas partidas, para el mismo periodo de explotación, con una alternativa diseñada de forma realista para la ubicación en cuestión.

Para los clientes de servicios de alojamiento web, es recomendable preguntar a los proveedores por el periodo de medición, los datos de ubicación y el alcance real del aprovechamiento del calor residual, en lugar de deducir el impacto medioambiental basándose únicamente en la tecnología de refrigeración. El artículo recoge otros avances en materia de infraestructura y sostenibilidad en la sección de Tendencias en alojamiento web para 2026 en.