Los centros de datos adoptan torres de enfriamiento para la eficiencia energética

A medida que los flujos masivos de datos inundan la nube, impulsando el rápido crecimiento económico digital, los centros de datos proliferan en todo el mundo. Sin embargo, la enorme potencia de cálculo que sustenta estas instalaciones genera cantidades asombrosas de calor. La disipación eficiente del calor se ha convertido en un desafío crítico para las operaciones sostenibles de los centros de datos. Las torres de enfriamiento, consideradas durante mucho tiempo controvertidas por su uso de agua, están siendo reevaluadas como componentes esenciales que en realidad pueden contribuir a una infraestructura de datos más ecológica cuando se implementan correctamente.

Las soluciones de enfriamiento de los centros de datos varían significativamente según múltiples factores, incluido el tamaño de la instalación, los requisitos informáticos, los costos energéticos regionales y la densidad de carga de datos. Los principales enfoques de enfriamiento incluyen:

• Enfriadores refrigerados por agua: Sistemas que incorporan enfriadores, bombas, torres de enfriamiento e intercambiadores de calor de placas que disipan el calor a través de la evaporación.
• Enfriadores refrigerados por aire: Sistemas simplificados que utilizan solo enfriadores y bombas que dependen del aire para el rechazo del calor.
• Enfriamiento evaporativo directo: Sistemas de "enfriamiento por pantano" que emplean medios húmedos que aprovechan la evaporación del agua sin refrigeración mecánica.
• Enfriamiento adiabático: Sistemas híbridos que combinan enfriamiento por aire y agua, utilizando enfriamiento asistido por agua durante los períodos de máxima demanda.

Los operadores deben considerar tanto los costos operativos como el impacto ambiental al seleccionar soluciones de enfriamiento. Dos métricas clave guían estas decisiones: la Eficacia del uso de energía (PUE), que mide el consumo total de energía en relación con el uso del equipo de TI (siendo 1.0 el ideal), y la Eficacia del uso del agua (WUE), que evalúa el consumo de agua del sistema de enfriamiento.

Si bien las torres de enfriamiento consumen agua a través de la evaporación, los expertos de la industria argumentan que esto debe evaluarse en comparación con los impactos más amplios del sistema energético. Tim Chiddix, vicepresidente de ingeniería mecánica de Swanson Rink, enfatiza que la selección de la tecnología de enfriamiento requiere un análisis localizado que considere las condiciones climáticas, la infraestructura energética y los requisitos operativos.

Una evaluación exhaustiva debe tener en cuenta el consumo de agua en toda la cadena energética. Las centrales eléctricas tradicionales, como las instalaciones de carbón, consumen una cantidad sustancial de agua durante la generación de electricidad. Si bien los sistemas refrigerados por aire reducen el uso de agua en el sitio, sus mayores demandas de energía aumentan indirectamente el consumo de agua en las instalaciones de generación. En muchos casos, los sistemas de enfriamiento evaporativo mecánico demuestran una eficiencia general superior en comparación con las alternativas refrigeradas por aire.

Por ejemplo, un sistema refrigerado por aire que consume 1 MW anuales frente a un sistema refrigerado por agua que utiliza 0,5 MW con un consumo de agua de 3000 galones por minuto podría, en realidad, conservar más agua al tener en cuenta los requisitos de generación adicionales de la opción refrigerada por aire menos eficiente.

Un documento técnico coescrito por Chiddix y Brook Zion, "Uso de agua en centros de datos en Denver, Phoenix y Los Ángeles: The Big Picture", examinó si la reducción del consumo de agua en instalaciones individuales realmente disminuye el uso regional de agua. El estudio encontró que las capacidades superiores de transferencia de calor del agua la hacen más eficiente que el aire para el enfriamiento, aunque la efectividad varía según el clima, y las regiones áridas son las que más se benefician.

Al analizar centros de datos de muestra de 1500 kW en tres ciudades e incorporar datos locales de intensidad de agua de la red del Laboratorio Nacional de Energías Renovables, los investigadores compararon tres sistemas: enfriadores refrigerados por agua estándar, enfriadores refrigerados por aire y enfriamiento evaporativo. Los resultados mostraron que los sistemas refrigerados por aire requerían significativamente más energía (4.663.740 kWh anuales en Denver frente a 1.610.748 kWh para los sistemas refrigerados por agua), y casi todo el consumo de agua se trasladó a las instalaciones de generación de energía en lugar de eliminarse.

Chiddix advierte que las regulaciones locales bien intencionadas que exigen un menor uso de agua y energía en el sitio pueden aumentar inadvertidamente el consumo total de recursos al tener en cuenta los impactos de la generación de energía. Los sistemas refrigerados por agua a menudo resultan más eficientes, particularmente cuando incorporan modos de "enfriamiento gratuito" (o economizador del lado del agua) que aprovechan el aire frío exterior para enfriar el agua sin refrigeración mecánica, lo que podría reducir las necesidades de energía en un 75% o más en condiciones favorables.

La tecnología de flujo variable permite a los operadores reducir el flujo de agua de las torres de enfriamiento durante las estaciones más frías, con velocidades de ventilador ajustables que brindan ahorros de energía adicionales. Los diseños modulares de torres de enfriamiento ofrecen más beneficios, lo que permite la expansión de la capacidad alineada con el crecimiento del servidor mientras se controlan los gastos de capital y operativos. Los sistemas modulares prefabricados también admiten una implementación más rápida, fundamental para los proyectos de centros de datos sensibles al tiempo.

A medida que los centros de datos continúan expandiéndose a nivel mundial, la evaluación exhaustiva de las soluciones de enfriamiento debe considerar tanto el consumo directo como el indirecto de recursos. Cuando se implementan correctamente con una perspectiva a nivel de sistema, las soluciones de enfriamiento basadas en agua pueden ofrecer una eficiencia superior, lo que respalda el desarrollo de una infraestructura digital sostenible al tiempo que conserva los recursos de energía y agua.