Una unidad de distribución de refrigerante (CDU) suministra líquido a los servidores con un caudal, una temperatura y una presión controlados, y posteriormente transfiere el calor recogido de dichos servidores a otro circuito de refrigeración. En una configuración líquido-líquido, su intercambiador de calor separa el refrigerante que circula por los equipos informáticos del agua de la instalación que transporta el calor hacia la planta de refrigeración del edificio.

Esta separación permite a los operadores controlar las condiciones que llegan a los equipos sensibles. Un circuito de refrigeración de servidores puede requerir una química del agua, unos límites de presión y unas temperaturas de funcionamiento diferentes de los del circuito del edificio. La CDU conecta térmicamente ambos circuitos, al tiempo que permite que funcionen como sistemas hidráulicos independientes. Su valor se entiende mejor al seguir el recorrido del calor por el circuito y considerar qué ocurre cuando cambian las cargas de los servidores.

Ubicación de la CDU en el circuito de refrigeración

Consideremos un sistema de refrigeración directa al chip, en el que el líquido pasa por placas frías fijadas a los procesadores u otros componentes que generan calor. El líquido refrigerado sale de la CDU, circula por las tuberías de impulsión y los colectores de los racks, y entra en las placas frías. Después de absorber el calor, retorna a la CDU a través del colector de retorno y las tuberías.

Dentro de una CDU líquido-líquido, el refrigerante calentado pasa por un lado de un intercambiador de calor. El agua más fría de la instalación pasa por el otro lado. El calor atraviesa las superficies del intercambiador sin que ambos fluidos se mezclen de forma intencionada. A continuación, el líquido enfriado del lado de los servidores vuelve a circular hacia los equipos.

Esto crea dos circuitos diferenciados:

• El circuito de refrigeración de la tecnología conecta la CDU con los equipos informáticos. El refrigerante y las condiciones de funcionamiento deben ser adecuados para las placas frías, las mangueras, las juntas, los conectores y otros componentes en contacto con el fluido.
• El circuito de agua de la instalación conecta la CDU con la infraestructura que recibe y, en última instancia, rechaza o reutiliza el calor.

Por tanto, una CDU necesita un destino al que enviar el calor. Por sí sola, no proporciona la ruta completa desde un procesador hasta el aire exterior o un usuario del calor. Algunos diseños transfieren el calor al aire de la sala en lugar de al agua de la instalación, por lo que el nombre «CDU» por sí solo no define la configuración de refrigeración. El esquema del sistema debe mostrar tanto dónde entra el calor como dónde sale.

Cómo sus componentes mantienen estable la refrigeración

Las bombas mantienen la circulación en una red cambiante

Las bombas de la CDU proporcionan la diferencia de presión necesaria para mover el refrigerante por las tuberías, los colectores, los conectores y las placas frías. Cada componente introduce resistencia. La bomba debe suministrar un caudal suficiente a través del sistema conectado, respetando al mismo tiempo los límites de presión de los equipos.

Las bombas de velocidad variable pueden ajustar su rendimiento cuando cambian la demanda o las condiciones hidráulicas. Según el diseño, el control puede utilizar la presión diferencial, las mediciones de caudal, las señales de temperatura o una combinación de estas entradas. Una mayor velocidad de la bomba no produce automáticamente una mejor refrigeración: un caudal excesivo puede aumentar el consumo de energía de bombeo y la carga de presión sin proporcionar una mejora útil de la temperatura.

La distribución también es importante. Un caudal total adecuado en la CDU no demuestra que todos los servidores reciban suficiente refrigerante. Las ramas en paralelo presentan resistencias diferentes, y unas rutas mal equilibradas pueden dejar a algunos equipos con un caudal insuficiente. Los colectores de los racks, los controles de las ramas y la CDU deben funcionar conjuntamente.

El intercambiador de calor establece una relación de temperaturas

El intercambiador de calor transfiere el calor de los servidores al circuito receptor. Su rendimiento depende de las temperaturas de los fluidos, los caudales, las propiedades de los fluidos y el estado de sus superficies de transferencia térmica. Una capacidad de refrigeración indicada solo es significativa junto con las condiciones utilizadas para determinarla.

En una CDU líquido-líquido que funciona sin refrigeración mecánica, la temperatura de impulsión del lado de los servidores debe mantenerse por encima de la temperatura del agua de la instalación a la entrada, con una diferencia de temperatura alcanzable. Si el agua de la instalación se calienta, la CDU no puede mantener indefinidamente la misma temperatura de impulsión de los servidores simplemente aumentando la velocidad de la bomba. Las condiciones disponibles para la transferencia térmica terminan estableciendo el límite.

El control de temperatura puede ajustar las válvulas del lado de la instalación, las velocidades de las bombas o las configuraciones de mezcla, según el diseño. El objetivo es mantener una temperatura de impulsión aceptable en todo el rango de funcionamiento previsto, incluidos los periodos de baja carga.

Los sensores y controles facilitan la gestión del circuito

Las mediciones de temperatura, presión y caudal permiten al controlador regular el funcionamiento e identificar condiciones anómalas. Los filtros, los sistemas de compensación de expansión, la eliminación de aire y la detección de fugas también pueden formar parte del conjunto o de la instalación general. Su ubicación y alcance exactos varían, por lo que deben comprobarse en la documentación del equipo.

Estas funciones de apoyo afectan directamente a la fiabilidad. El aire atrapado puede alterar la circulación, mientras que la suciedad puede aumentar la resistencia y reducir la transferencia de calor. Un filtro puede proteger los conductos situados aguas abajo, pero también requiere supervisión y mantenimiento a medida que acumula material. Un control eficaz depende de mediciones que reflejen las condiciones en los equipos, no solo dentro del armario de la CDU.

¿Qué protección proporciona realmente la CDU?

La separación de los circuitos ayuda a mantener la química del agua de la instalación y los residuos alejados del circuito de la tecnología. También permite que ambos circuitos funcionen a presiones diferentes. Esto resulta útil cuando las condiciones del agua del edificio no son adecuadas para la circulación directa por las placas frías de los servidores.

La separación no resuelve por sí sola el problema de la calidad del refrigerante. El circuito de la tecnología sigue necesitando materiales compatibles, un refrigerante adecuado, un llenado controlado y mantenimiento. La corrosión, la contaminación y los aditivos inadecuados pueden perjudicar la transferencia de calor o dañar los componentes, incluso cuando el circuito de la instalación está completamente aislado.

La protección contra la presión también requiere más que un punto de ajuste normal de funcionamiento. El arranque, la parada, el movimiento de las válvulas y el aislamiento de componentes pueden crear condiciones diferentes de las de un funcionamiento estable. Las presiones nominales, la compensación de la expansión y los dispositivos de protección deben ser adecuados para el circuito completo.

Los ajustes de temperatura introducen otro límite práctico: la condensación. Si las tuberías o los componentes expuestos descienden por debajo del punto de rocío del aire circundante, puede formarse humedad. Por tanto, el control de la temperatura de impulsión debe tener en cuenta la humedad de la sala y el rango de funcionamiento permitido para los equipos. Una temperatura más baja del refrigerante no siempre es el objetivo más útil.

La fiabilidad depende tanto de la respuesta ante los fallos como del control normal. Una alarma identifica un problema, pero no necesariamente mantiene la refrigeración. Cuando se requiere continuidad, la redundancia de las bombas, la configuración de la alimentación eléctrica, las válvulas de aislamiento y la lógica de conmutación por fallo deben permitir el mantenimiento o hacer frente a la avería de un componente. Las bombas redundantes por sí solas no protegen frente a todos los fallos compartidos del controlador, la alimentación eléctrica o el sistema de rechazo de calor.

Qué implica esto al evaluar un sistema de refrigeración

Una CDU puede favorecer un funcionamiento eficiente al adaptar el esfuerzo de bombeo a la demanda y permitir una estrategia adecuada de temperatura del refrigerante. Un refrigerante a mayor temperatura puede ampliar las posibilidades de refrigeración sin refrigeración mecánica o de reutilización del calor. Estas posibilidades dependen de los límites de los servidores, el diseño de la instalación, el clima y, en el caso de la reutilización, la temperatura requerida por el usuario del calor. La CDU transfiere el calor; no eleva automáticamente dicho calor hasta una temperatura útil para su suministro.

Para una evaluación inicial, cuatro preguntas proporcionan más información que una cifra de capacidad independiente:

• ¿En qué condiciones está disponible la capacidad? Compruebe conjuntamente la temperatura de entrada del agua de la instalación, la temperatura de impulsión del circuito de la tecnología, los caudales y la composición del refrigerante.
• ¿Puede el equipo conectado recibir el caudal requerido? Considere la presión disponible de la bomba frente a la resistencia de toda la red de distribución.
• ¿Qué ocurre fuera del funcionamiento normal? Examine el arranque, la baja carga, la pérdida de refrigeración de la instalación, el fallo de la bomba y el aislamiento para mantenimiento.
• ¿Quién controla cada interfaz? Establezca quién es responsable de la calidad del refrigerante, el llenado, la supervisión, las alarmas y la coordinación con los controles del edificio.

Un paso siguiente útil consiste en seguir el circuito propuesto en un esquema, señalando el flujo de calor, los límites de los fluidos, los puntos de control y los límites de funcionamiento. Esto muestra si la CDU puede proporcionar las condiciones que requieren los servidores y si la instalación puede seguir aceptando su calor durante todo el rango de funcionamiento previsto.