Se ha vuelto crucial monitorear continuamente el desempeño de los refrigerantes, como las mezclas a base de agua y glicol, mediante la evaluación de características como la degradación térmica, la concentración de glicol, la contaminación, la bioincrustación, los niveles de Brix, el punto de congelación, etc., que se pueden rastrear hasta mediciones directas con Rheonics'Sensores de densidad y viscosidad en línea.
Tabla de Contenido
- Introducción
- Sistemas de refrigeración y refrigerantes
- Refrigeración basada en líquido
- Refrigeración líquida directa al chip
- Refrigeración por inmersión
- Monitorear y controlar
- Rheonics sensor
- Instalación de sensores
- HPT-12G (válido solo para SRV)
- IFC-34N (variantes disponibles para SRV y SRD)
- FET Tri-Clamp camiseta con codo
- Referencias
Introducción
A medida que los centros de datos aumentan su densidad y demanda computacional, las arquitecturas tradicionales refrigeradas por aire tienen cada vez más dificultades para cumplir con los requisitos de gestión térmica, eficiencia energética y fiabilidad. La refrigeración por circuito de recirculación de líquido (que utiliza agua o mezclas de agua y glicol como principal medio de transporte de calor) se ha convertido en una de las soluciones más eficientes y escalables. Por ello, es crucial monitorizar continuamente el rendimiento de la refrigeración, lo que puede lograrse, entre otros métodos, evaluando las características del refrigerante en línea. Características como la degradación térmica, la concentración de glicol, la contaminación, la bioincrustación, los niveles de grados Brix, el punto de congelación, etc., se pueden rastrear mediante mediciones directas con Rheonics'Sensores de densidad y viscosidad en línea.
Figura 1 – Sala del centro de datos
Sistemas de refrigeración y refrigerantes
La función básica de un sistema de refrigeración es extraer el calor de un lugar y transferirlo a otro, enfriando el lugar original. El calor fluye naturalmente de las zonas más cálidas a las más frías mediante conducción (contacto sólido), convección (movimiento de fluidos) y radiación (ondas electromagnéticas).
- Sistemas de refrigeracion: Estos sistemas dependen de un refrigerante que experimenta cambios de fase (evaporación para absorber calor y condensación para rechazar calor), como en enfriadores, acondicionadores de aire y bombas de calor.
- Sistemas de calor sensible: Estos sistemas se basan en transferencia de calor sensible Utilizando líquidos refrigerantes o aire en lugar de refrigerantes. Estos suelen constar de dos circuitos:
- a. Un circuito primario que utiliza un fluido para absorber calor de la fuente.
- b. Un circuito secundario que extrae calor del fluido primario calentado. El circuito secundario suele ser un sistema de refrigeración o un sistema externo de disipación de calor, como torres de refrigeración o enfriadores secos, que liberan el calor al ambiente.
Refrigeración basada en líquido
La principal ventaja de la refrigeración basada en líquido es que El líquido es mucho más eficiente que el aire. cuando se trata de transferencia de calor. Esto hace refrigeración puramente líquida esencial para los centros de datos modernos de alta densidad, especialmente aquellos que admiten IA y computación de alto rendimiento (HPC).
Los circuitos de recirculación de líquidos (LRL) ofrecen:
- Mayor capacidad calorífica comparado con el aire
- Menor energía de bombeo para el mismo transporte de calor
- Mayor estabilidad térmica
- Compatibilidad con soluciones de refrigeración directa al chip (D2C) y por inmersión
Tanto el enfriamiento D2C como el enfriamiento por inmersión son sistemas de recirculación que utilizan un circuito primario para absorber el calor y un circuito secundario para rechazarlo.
Refrigeración líquida directa al chip
La refrigeración D2C consiste en la recirculación de refrigerante líquido directamente sobre los componentes más calientes de un centro de datos, normalmente las CPU y las GPU, utilizando placas frías Encima de ellos. El fluido utilizado en el circuito primario y secundario es agua pura desionizada (DI) o una mezcla de esta con glicol.
El propilenglicol (PG) es actualmente el refrigerante preferido para mezclar con agua, ya que no es tóxico ni inflamable, no contribuye al calentamiento global y ofrece un rendimiento óptimo en comparación con otras alternativas de fluidos secundarios. El PG tiene menor conductividad térmica y mayor viscosidad que el agua pura, por lo que la mezcla de glicol y agua genera un menor intercambio de calor y requiere mayor energía para su bombeo. Sin embargo, el PG tiene un punto de congelación más bajo y un punto de ebullición más alto que el agua, por lo que se utiliza cuando existe el riesgo de que el agua desionizada se congele o se evapore en la línea. El PG también evita la formación de bacterias en la línea de agua.
A menudo se elige D2C por su fácil integración en centros de datos existentes de gran escala (como Hyperscalers) donde el hardware de TI está diseñado para funcionar con agua fría estándar o fluidos no conductores especializados, y se desea una temperatura de suministro más baja para un alto margen de seguridad.
Figura 2: Refrigeración directa del chip
Refrigeración por inmersión
La refrigeración por inmersión está ganando popularidad en centros de muy alta densidad. Requiere la inmersión completa del centro de datos o de los racks de CPU y GPU en un fluido dieléctrico, como aceite mineral o fluidos sintéticos. El calor se transfiere de los racks al fluido por conducción y convección. La forma en que se recircula el fluido para mantener la temperatura deseada para la refrigeración define el tipo de refrigeración por inmersión.
La refrigeración por inmersión monofásica mantiene el fluido en estado líquido mediante un circuito secundario, generalmente a través de un intercambiador de calor, con líquido o aire. Las mezclas de glicol y agua son comunes en el circuito secundario.
El enfriamiento por inmersión bifásico permite que el fluido pase de fluido a vapor por disipación. Un serpentín condensador en la parte superior del tanque de inmersión atrapa el vapor líquido y reduce su temperatura gracias a un circuito secundario para transformarlo de nuevo a fase líquida, de modo que el líquido pueda volver a caer en el tanque.
El enfriamiento por inmersión es muy eficaz para operar a temperaturas de entrada de refrigerante más altas Dado que todo el servidor está sumergido, se proporciona una refrigeración uniforme en todos los componentes y se eliminan los puntos calientes. Esta mayor temperatura de funcionamiento es un factor clave en su alta eficiencia energética.
Figura 3: Método monofásico de enfriamiento por inmersión
Monitorear y controlar
El control de los fluidos refrigerantes se basa en las Unidades de Distribución de Refrigerante (CDU). Estas son clave para mantener la eficiencia de la refrigeración, manteniendo constante la circulación, la presión y la distribución del caudal. Están integradas con controladores externos para gestionar la velocidad de las bombas, las válvulas, las alarmas y la lógica de redundancia.
Los sensores en línea son esenciales para el pronóstico y la gestión de la salud (PHM), ya que permiten a los operadores monitorear la salud y la concentración del refrigerante directamente.
Parámetros clave monitoreados en el LRL (especialmente el circuito de glicol-agua):
- Temperatura de suministro/retorno: Fundamental para determinar la carga térmica y la eficiencia del sistema.
- Caudal y presión diferencial de la bomba: Indicadores clave de energía de bombeo (PUE) y posibles bloqueos (incrustaciones).
- Concentración de glicol: sensores de densidad y viscosidad Son útiles para controlar con precisión el porcentaje de glicol. Esto es crucial porque:
- Verifica la concentración de glicol y punto de congelación del refrigerante.
- Permite el cálculo de la caudal másico real y garantiza que la bomba no desperdicie energía intentando superar la viscosidad excesiva.
- Conductividad y calidad del agua: Mide la pureza y el potencial de corrosión del agua (especialmente en circuitos de agua DI), ya que incluso trazas de contaminantes pueden provocar daños en los componentes.
Rheonics sensor
Rheonics Los sensores de densidad y viscosidad en línea se basan en una tecnología de resonador torsional equilibrado (BTR) que mide las propiedades del fluido mediante contacto directo y evaluación de los efectos del fluido en la frecuencia de resonancia y la amortiguación del resonador.
Rheonics Los sensores en línea, como el viscosímetro en línea SRV y el medidor de densidad y viscosidad en línea SRD, son adecuados para monitorear fluidos de transferencia de calor, como refrigerantes de glicol-agua y aceites minerales en D2C y enfriamiento por inmersión.
La pestaña Rheonics Las ventajas son:
- Compacidad: Rheonics Las sondas de sensor son pequeñas y compactas, lo que las hace ideales para un montaje flexible en espacios pequeños, como bastidores, líneas de recirculación de refrigerante y tanques de inmersión.
- Robustez: El sensor funciona independientemente del caudal del fluido, de baja temperatura o de fluidos multifásicos: agua sucia, productos de corrosión, biopelículas y partículas dispersas dentro del fluido pueden presentarse como un pequeño ruido en las lecturas, sin embargo, el sensor puede medir la viscosidad y la densidad del fluido de manera confiable.
- Sin mantenimiento: No hay partes móviles que puedan generar deriva durante la vida útil del sensor.
Instalación de sensores
Integrar el Rheonics sonda del sensor en el tubo de polímero o en las tuberías de acero inoxidable utilizando Rheonics Celdas de flujo en línea y weldolets o conexión estándar y bridas.
HPT-12G (válido solo para SRV)
Esta pequeña celda de flujo requiere un volumen mínimo de fluido y cuenta con puertos de entrada y salida con rosca macho G1/2". El sellado se realiza con FKM o FFKM (para altas temperaturas). O-Ring. Ver página del producto.
IFC-34N (variantes disponibles para SRV y SRD)
Esta celda de flujo tiene variantes disponibles para Rheonics SRV y SRD. Cuenta con puertos hembra NPT de 3/4", lo que la convierte en la opción ideal para líneas pequeñas, especialmente de 3/4" o 1". Consulte IFC-34N-SRV e IFC-34N-SRD.
FET Tri-Clamp camiseta con codo
Disponible en tamaños de 1.5”, 2” y 3”, este accesorio utiliza Tri-Clamp Conexiones en entrada, salida y puerto de sonda. Ver página del producto.
Pieza de carrete en T FTP
Disponible en tamaños de 2” o más grandes, esta celda coloca la sonda perpendicular al flujo de fluido mientras mantiene las zonas muertas mínimas. Ver página del producto.
Instalación directa de Rheonics Las sondas SRV y SRD en las líneas principales o de suministro de refrigerante son posibles con weldolets como:
WOL-34NL (apto para SRV y SRD)
HAW-12G-OTK (válido para SRV y SRD), FKM o FFKM (para alta temperatura) se utiliza para crear un sello de conexión.
Referencias
Comprensión de las unidades de distribución de refrigerante (CDU) para refrigeración líquida
