Aire acondicionado de precisión en centros de datos

¿Son realmente necesarios?

Por: Ing. Pablo Hernández

Los equipos de aire acondicionado se clasifican en dos grandes grupos: equipos de confort y equipos de precisión. Los equipos de confort están diseñados para asegurar la comodidad de las personas. Mientras tanto, los equipos de precisión, son aquellos que se utilizan para asegurar, más que la comodidad, las condiciones de operación de un ambiente determinado.

Cuando se hace referencia al enfriamiento de centros de datos, es inevitable reflexionar en cuál es el equipo de aire acondicionado más apropiado para nuestra aplicación, máxime cuando lo que se analiza son los costos de los mismos. Sin embargo, hay una serie de consideraciones que justifican la inversión en equipos de precisión, para asegurar la continuidad del negocio y la confiabilidad del servicio.

Si ambos equipos “enfrían igual”, ¿porqué equipos de precisión?

Para responder a esta pregunta, es necesario tener claro qué es lo que se enfría y cuál es el verdadero concepto tras esta expresión. El calor o carga térmica que se genera en equipos eléctricos tiene efecto neto que es el aumento de la temperatura del aire a su alrededor y se denomina calor sensible. También existe otro tipo de calor, que es menos común en la aplicación tratada, y es el responsable de que una sustancia realice un cambio de fase (muy asociado con la humedad en el aire y la transpiración humana), a este se le denomina calor latente.

En un centro de datos, donde existen equipos eléctricos funcionando las 24 horas del día durante todo el año, es compresible que la mayor parte del calor generado sea del tipo sensible. Caso aparte es el de una oficina, donde además de equipo eléctrico, se tiene una considerable cantidad de personal trabajando por lo que el control de la carga latente toma relevancia.

Si analizamos las características de los aires acondicionados de precisión tenemos que el porcentaje de calor sensible que pueden extraer ronda el 95% de su capacidad nominal mientras que un equipo de confort está entre un 60% y 70%. Esto hace que en un ambiente donde la ocupación es mínima y la mayor parte del calor es debido a los equipos eléctricos, se desperdicie un 30% de su capacidad. Esto debido a que el equipo buscará remover calor latente que no se está generando siquiera y que más bien puede resultar en problemas de baja humedad en el aire (aire muy seco se traduce en carga estática y posible corrupción de datos).

Otro punto que importante es la confiabilidad de operación. Los equipos de precisión están diseñados para operar 365 días al año a capacidad pico y de manera constante. Para los equipos de confort, en cambio, el promedio de horas de diseño es de 1200 al año (aproximadamente 8 horas por día). Además, solo una pequeña porción del tiempo se operaría a su capacidad pico, ya que la carga térmica varía durante el día dependiendo de la ocupación, carga por iluminación, hora del día, etc.

Cuando hablamos de procesamiento de datos, los equipos electrónicos suelen ser diseñados para  operar bajo condiciones estables y así asegurar la calidad de su función. Es por esto que cambios rápidos en la temperatura puede llevarlos a errores en el procesamiento. Si bien es cierto todos los equipos de aire acondicionado son diseñados para operar en un rango de temperatura máxima y mínima, el control en equipos de precisión es de ±0,56°C, mientras que en confort es de ±3°C.

Si se toma en cuenta que la tasa de calentamiento de un centro de datos, ronda los 5°C/min, un rango de 6°C alrededor del punto de operación (3°C hacia arriba y 3°C hacia abajo) implica cambios muy rápidos en las temperaturas bajo las que operan componentes tan delicados y tan importantes como los microprocesadores y demás.

Sumado al control de temperatura está el control de humedad relativa. En equipos de precisión el control de humedad en el aire es de ±5% y se realiza mediante humidificadores y deshumidificadores (recalentamiento eléctrico es una opción común). Un equipo de confort no tiene un control real en la humedad relativa del cuarto, lo que puede hacer es bajarla solamente. De hecho son diseñados para remover mucha humedad (producto de la transpiración humana, proceso ausente en máquinas eléctricas) y puede llegarse al punto de bajarla demasiado y dejar el aire seco. Esto puede producir estática que al final va ser traducida en datos corruptos. En el otro extremo si se permite una elevada humedad relativa, corremos el riesgo de condensación en los equipos.

Uno de los puntos críticos a la hora de elegir un equipo es la densidad de carga térmica para la cual se ha diseñado. Mientras que un equipo de precisión puede llevar cargas de alrededor de 2,1 kW/m2, los equipos de confort se diseñan para 0,20 kW/m2. Esto representa casi un 90% más de carga por unidad de área.

Dadas las nuevas tendencias en el diseño de centros de datos, cada vez se tiene una mayor densidad de carga por rack. Es importante que el equipo seleccionado sea capaz de neutralizar la carga no solo en términos de capacidad nominal, sino también en términos de caudal y distribución del de aire. El caudal de aire por kW de capacidad de una unidad de precisión puede llegar a ser hasta 3 veces mayor que el correspondiente caudal de una unidad de confort. Esta es la razón de que sea capaz de hacerle frente a una densidad más elevada ya que hay más aire para transportar el calor generado.

Cuando trabajamos con equipos de cómputo tan especializados, es importante asegurarnos la limpieza de los mismos. Es por esto que los equipos de aire acondicionado de precisión cuentan con filtros de aire que pueden tener una capacidad de entre 60 y 90%. En contraste los equipos de confort cuentan con filtros cuya eficiencia ronda entre 20 y 30% debido a la poca especialidad de su aplicación.

Un parámetro que también es digno a tomar en cuenta es la vida útil. No se pueden menospreciar los 15 años de vida aproximada que se le da a una unidad de aire de precisión que opera continuamente a capacidad plena. En contraparte, los equipos de confort tienen una proyección que va desde los 7 a los 10 años bajo una condición normal de operación, que como se mencionó anteriormente, no son los parámetros de carga bajo los que se opera en un centro de datos.

¿Es realmente necesario enfriar el centro de datos?

Todo equipo eléctrico produce calor. De hecho, se puede considerar que toda la potencia eléctrica que se consume, se transforma en este tipo de energía. Si no se provee un sistema de enfriamiento, se va a presentar acumulación de calor. Equipos que se sobrecalientan presentan problemas en su operación y pueden incluso detenerse o no funcionar adecuadamente. El recalentamiento baja la vida útil de los equipos y se reduce la disponibilidad. Sumado a esto si los equipos no operan, se presenta un tiempo muerto significativo para el negocio que se puede traducir en pérdidas millonarias.

Recordemos que los centros de datos son grandes hornos, y estos generan calor sensible. Los equipos de TI especializados, como los servidores, deben ser protegidos ante temperaturas extremas, humedad elevada y polvo o suciedad. Son además sensibles ante cambios repentinos en sus condiciones ambientales de operación, los cuales pueden ocasionar daños transitorios o fallas en componentes por estrés térmico que son difíciles de detectar y rastrear.

Ahora si el sistema de aire acondicionado falla, no está respaldado por UPS, un generador o no existe del todo, el calor debe ser absorbido por el edificio y este es un proceso lento que no es igual a la tasa de producción de calor. Esto nos lleva de nuevo al punto de la acumulación de calor en el centro de datos que se tocó anteriormente.

El daño que se presenta ante una eventualidad de sobrecalentamiento se puede ver como un efecto bola de nieve. Si un servidor se calienta, se reduce su capacidad de transferir calor, por lo que este se absorbe en sus mismos componentes y se sobrecalienta aún más. Este proceso ocurre en periodos de tiempo muy cortos. Un sobrecalentamiento puede además activar protecciones propias del equipo de cómputo que lo lleva a apagarse y proteger así la integridad de la unidad, poniendo en riesgo claro, la continuidad del negocio.

Un sistema de enfriamiento de precisión no es suficiente si lo que se busca es asegurar realmente la estabilidad operativa. La redundancia, conocimiento de operación y puesta en marcha, así como un acompañamiento operativo son aspectos necesarios para evitar periodos de “downtime” costosos. Sin embargo, se puede asegurar que contar con equipos de precisión es un primer paso para lograr este objetivo, además de ser un requisito si se persigue una certificación, como por ejemplo la Tier III o Tier IV del UpTime Institute, donde la disponibilidad del centro de datos llega a solicitar hasta los cinco 9’s (99,999%). 

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