UL ADC s05 Climatización

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Climatización en el Data Center Sesión 5

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Teste, casa, ojos, boca, lima

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  • Climatizacin en el Data

    Center

    Sesin 5

  • Introduccin

    El equipamiento de un centro de datos genera una gran cantidad de calor.

    Un centro de datos tpico utiliza, en cualquier lugar, de 4.000 a 40.000 kW

    de potencia.

    La mayor parte de este poder se divide entre el equipamiento (por ejemplo,

    servidores, almacenamiento, etc) en el

    centro de datos y la calefaccin,

    ventilacin y aire acondicionado

    (HVAC), sistemas que se utilizan para

    mantener el centro de datos fresco y

    seco.

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    Las temperaturas y la humedad relativa (HR) fuera de un rango de operacin estrecho o si sufren cambios extremos en sus condiciones llevan a

    fallos a los dispositivos y a un comportamiento poco fiable.

  • Introduccin

    Desde los centros de datos se gastan enormes cantidades de energa elctrica, es importante por ello optimizar el uso del HVAC.

    Debido a que las unidades de HVAC operan en todo momento y requieren un mantenimiento programado en intervalos regulares, es

    fundamental contar con unidades redundantes disponibles en caso

    de fallas de HVAC y durante las ventanas de mantenimiento.

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  • Introduccin

    En la tabla se muestra la temperatura ptima, aceptable y los rangos de humedad relativa que debe mantener la climatizacin en el centro

    de datos.

    A pesar de que los rangos aceptables para el equipamiento son amplios, el centro de datos debe mantenerse cerca del nivel ptimo

    para aumentar la esperanza de vida y la fiabilidad de los equipos.

    Una temperatura de 72 F (~ 22C), es la mejor porque es fcil mantener un nivel seguro de humedad relativa a dicha temperatura.

    El Uptime Institute, una organizacin que mide el tiempo de inactividad del centro de datos, dice que se ha medido arriba de 100 F

    en los bastidores.

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    Una regla general es que la fiabilidad a largo plazo de la electrnica se

    reduce en un 50 % por cada 18 F de incremento en la temperatura por

    encima de 70 F.

  • Introduccin

    La HR es la cantidad de humedad en el aire a una temperatura dada en relacin con la cantidad

    mxima que puede contener el aire a esa

    temperatura.

    Si el aire tiene la mxima cantidad de humedad que sea posible, su HR es 100 % (es decir, que est

    saturado).

    Puesto que el aire caliente se expande, su capacidad para retener la humedad aumenta con un

    aumento de la temperatura.

    Dado que el aire en el centro de datos es ms caliente que el aire en la cmara del subsuelo, su

    humedad relativa ser menor.

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    La humedad relativa debe mantenerse entre 45-50 %. Una HR alta causar condensacin y una posterior corrosin de los equipos, y una HR baja (aire

    seco) reduce la capacidad para disipar las descargas electroestticas (DES).

  • Razones para estrictos requerimientos

    Medioambientales

  • Requerimientos Medioambientales

    La temperatura del aire de entrada a un bastidor debe ser mantenida dentro de

    las especificaciones de temperatura

    requeridas por el fabricante del equipo.

    Es importante comprender los factores inherentes en los centros de datos que

    pueden conducir a elevadas temperaturas

    internas en los servidores.

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    El cableado, las puertas del bastidor, y los equipos de alta densidad disminuyen la velocidad del flujo de aire a travs de los

    servidores.

    Hay temperatura desigual en el frente de cada rack, dependiendo de la proximidad a la baldosa de refrigeracin ms cercana, a la presin

    del aire y a la disparidad de temperatura por debajo del piso elevado.

  • Requerimientos Medioambientales

    El impacto de la entrada irregular de temperatura depende del

    sistema de climatizacin, el ancho

    del pasillo, y la perforacin de las

    baldosas.

    Un servidor en la parte superior del bastidor puede estar a 95 F (35

    C), mientras que otro servidor en la

    parte inferior del bastidor puede

    estar a 75 F (24 C), y esto da una

    diferencia de 20 F (11 C).

    Los servidores de la mitad superior de los racks son

    propensos a daos trmicos.

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  • Requerimientos Medioambientales

    Por lo tanto, el Sistema de Climatizacin y el Flujo de Aire deben de alguna manera mantener la temperatura y la humedad

    relativa dentro de un rango estrecho por las siguientes

    razones:

    Los Servidores y el almacenamiento generan importantes cantidades de calor - El sistema HVAC debe enfriar el

    equipamiento y el aire a su alrededor para evitar el

    sobrecalentamiento, el comportamiento anormal y el dao de los

    mismos.

    Algunas reas requieren ms refrigeracin - Racks densamente poblados con equipos y zonas con grandes servidores

    y dispositivos de almacenamiento requieren ms aire fro de la

    HVAC. Los fabricantes estn haciendo servidores cada vez ms

    potentes que encajan en las ranuras finas dentro de un rack. Ellos

    deben ventilar ms aire y ms caliente.

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  • Requerimientos Medioambientales

    El clima es impredecible - Si se pone afuera (del DC) muy caliente o hmedo, el Sistema HVAC debe incrementar su capacidad de

    refrigeracin para poder mantener el entorno del centro de datos dentro

    del rango (estricto) de temperatura y humedad relativa.

    Cambios en el equipo en el centro de datos - Si ms calor producido por servidores y dispositivos es aadido a los centros de datos, el

    sistema de climatizacin debe adaptarse y proporcionar una mayor

    refrigeracin.

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  • Requerimientos Medioambientales

    Numerosos intercambios de aire - Un rea de oficina requiere de un intercambio de aire cada media hora y los

    acondicionadores de aire para un confort de oficina son de unos

    350 pies cbicos por minuto (CFM) por tonelada.

    Por otro lado, un centro de datos con racks completos requiere un cambio de aire cada minuto, y los aparatos de aire

    acondicionado de precisin deben pasar por lo menos de 500

    toneladas por CFM.

    Si el aire no se cambia a un ritmo muy rpido, el aire fro de la climatizacin se calentar antes de llegar a los racks y los

    servidores.

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  • Requerimientos Medioambientales

    La humedad relativa alta causa corrosin y cortocircuitos - La alta humedad provoca

    condensacin en el interior o fuera de los dispositivos.

    La condensacin reacciona con los metales y corroe los componentes.

    La condensacin de metales distintos en un entorno muy cercano conduce a la corrosin electroltica o galvnica.

    Las altas cantidades de humedad reaccionan con los gases en el aire para crear compuestos corrosivos.

    El agua tambin crea caminos conductivos y crea cortocircuitos.

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  • Requerimientos Medioambientales

    La humedad relativa baja causa problemas de DES Las DES son fciles de crear y no pueden disiparse en el aire seco,

    especialmente cuando la HR llega a menos del 35%.

    Las actividades del centro de datos que pueden alterar el perfil de temperatura - La puerta puede dejarse abierta. Las

    baldosas se retiran para cableado. Algunas partes del sistema

    HVAC puede fallar y cerrarse por mantenimiento. Si la

    temperatura se mantiene estable en un nivel ptimo, las

    actividades en el centro de datos tendrn un menor impacto global

    sobre el entorno y el equipamiento.

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  • Necesidad de Sistemas HVAC

    de Eficiencia Energtica

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  • Sistemas HVAC eficientes

    Mientras que HVAC es un requisito obligatorio en los centros de datos y cumple una funcin crtica, es tambin uno de los gastos

    operativos ms costosos.

    De hecho, los sistemas de climatizacin se estima que representan entre el 40 y el 60 % del consumo de energa en los centros de

    datos, mientras que los servidores y todos los dems equipos por lo

    general representan el otro 40 por ciento a 50.

    En condiciones normales de edificios comerciales, los sistemas de HVAC consumen slo una cuarta parte de las necesidades

    energticas del edificio.

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  • Sistemas HVAC eficientes

    Con precios de la energa por escalas, medidas para reducir costos en el consumo de energa se estn volviendo comunes.

    Es importante prestar atencin a la tasa de consumo de energa eficiente de climatizacin, servidores y sistemas de

    almacenamiento.

    Los centros de datos deben considerar la implementacin de sistemas de eficiencia energtica HVAC, dispositivos inteligentes de

    temperatura y de control humedad relativa, y correctos diseos de

    refrigeracin como componentes esenciales de la estrategia de

    infraestructura.

    Todo esto ayudar a reducir gastos operativos y gastos de energa entre un 15 y un 25 %.

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  • Sistemas de Aire Acondicionado

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  • Sistemas de Aire Acondicionado

    Los Sistemas HVAC son grandes, sistemas precisos de aire acondicionado con un mecanismo de flujo de aire altamente efectivo.

    La eficiencia del sistema se determina por la capacidad de enfriar el aire y entregarlo a los racks y al equipamiento donde se

    necesita.

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  • Sistemas de Aire Acondicionado de Fro

    Liquido

    Este tipo es til en regiones clidas y desrticas.

    El Aire a ser enfriado entra en la unidad de climatizacin a travs de una ingesta.

    El aire admitido pasa a travs de las siguientes etapas antes de ser enviado al centro de datos:

    El aire pasa a travs de un conjunto de filtros con carga elctrica que atrapan el polvo, ciertos productos qumicos y

    contaminantes.

    El aire pasa entonces a travs de un conjunto de bobinas con lquido muy fro. El lquido absorbe el calor del aire, reduciendo

    as la temperatura del aire.

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  • Sistemas de Aire Acondicionado de Fro

    Liquido

    El fluido en las bobinas es enviado a las torres de

    refrigeracin para liberar su calor.

    El aire pasa a travs de una cmara de humidificacin, que

    aade una niebla atomizada de

    agua al aire para ajustar la

    humedad relativa.

    Los ventiladores se utilizan para forzar el aire fro en la cmara

    impelente por debajo de las

    baldosas a una presin alta y

    velocidad.

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  • Sistemas de Aire Acondicionado de Fro

    Liquido

    Las Unidades HVAC fijan la temperatura objetivo y los

    niveles de humedad relativa.

    Los sensores situados en diversos lugares dentro del

    centros de datos registran y

    transmiten la temperatura del

    medio ambiente y el nivel de HR

    a los Sistemas HVAC.

    Esta informacin ayuda al equipo de climatizacin a ajustar

    su grado de refrigeracin y

    humidificacin para alcanzar los

    niveles objetivo.

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  • Sistemas de Aire Acondicionado en Seco

    Este tipo de aire acondicionado es ideal para zonas hmedas como Florida y Alabama en los Estados Unidos, en Singapur, Hong Kong, y

    en ciudades costeras como Calcuta y Bombay en la India.

    La funcin primaria es la deshumidificacin y, en el proceso, se enfra y se limpia el aire y eliminan muchas bacterias del aire.

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  • Sistemas de Aire Acondicionado en Seco

    La Tecnologa de Acondicionado en Seco alcanza sus objetivos de temperatura y humedad ms

    rpidamente y con mucha menos

    energa que otros equipos.

    Puesto que reduce tanto la temperatura y la humedad, puede ser utilizada para

    los sistemas de aire acondicionado tanto

    para las regiones calientes o hmedas

    fras donde el aire acondicionado es

    necesario para los propsitos de

    deshumidificacin solamente.

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  • Sistemas de Aire Acondicionado en Seco

    Hay tres etapas en el ciclo de aire acondicionado en seco:

    1. Recoleccin

    2. Intercambio de calor

    3. Regeneracin

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  • Sistemas de Aire Acondicionado en Seco 1. Recoleccin

    El sistema de climatizacin utiliza una solucin concentrada y fra de cloruro de litio, la que se aplica como una corriente continua a un

    empapado, panal de celulosa.

    A medida que la solucin fluye por la superficie del material, esta entra en contacto con una corriente de aire que fluye desde el exterior.

    Las molculas de agua en el aire hmedo entrante reaccionan con las soluciones de cloruro de litio, eliminando as el contenido de agua del aire de

    enfriamiento y la suciedad, partculas, y bacterias.

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    Una caracterstica innovadora de este tipo de sistema HVAC es que elimina la mayor parte de la suciedad

    transmitida por el aire, humo, bacterias y otras

    partculas.

    El secador de aire y el refrigerante que fluye fuera del sistema de aire acondicionado se entrega de nuevo si

    se requiere ms enfriamiento.

    Finalmente, el aire fro y seco se bombea en el espacio interior.

  • Sistemas de Aire Acondicionado en Seco

    2. Intercambio de Calor. Una parte de la solucin de cloruro de litio

    es enviada al intercambiador de calor y a un filtro, donde una

    bomba de calor transfiere el calor de la solucin de sal a un

    regenerador.

    3. Regeneracin. Aqu, el cloruro de litio en solucin salina se

    calienta para eliminar la humedad.

    La solucin caliente se pulveriza entonces como un flujo continuo sobre un material alveolar (panal).

    A medida que fluye hacia abajo en una pelcula delgada, una corriente de aire se hace pasar a travs de los medios (como en la fase de

    recogida).

    El aire recoge la humedad y el calor de la solucin de sal y luego es expulsado.

    La solucin salina es secada y enfriada.

    A continuacin se bombea de nuevo al lado de recogida.

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  • Sistemas de Aire Acondicionado en Seco

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  • Circulacin de Aire en el DC

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  • Circulacin de Aire

    El patrn del flujo de aire en un centro de datos decide el equipamiento y el diseo de los racks

    Los siguientes son algunos patrones comunes de flujo de aire:

    Patrn de flujo de aire con el suministro de subsuelo y las rejillas de retorno generales - El flujo de aire sigue los principios

    bsicos convencionales: "El aire caliente sube, el aire fro

    desciende. El patrn es comn en los centros de datos con pisos elevados y tiene las siguientes etapas:

    1. La unidad HVAC toma aire, que es enfriado y secado.

    2. El aire es forzado en el plenum (entre el piso y baldosas del falso piso) y luego dirigido al centro de datos y los bastidores a travs de

    baldosas recortadas y perforadas.

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  • Circulacin de Aire

    3. El aire enfriado pasa a travs de los equipos y bastidores, donde se mezcla con el aire caliente. Como se enfran los

    componentes, el aire se hace ms caliente.

    4. El aire caliente de los bastidores se eleva hacia el techo.

    5. Desde el techo, el aire caliente se retorna en la unidad HVAC, donde se enfra y se seca, y luego es obligado a ir de nuevo a el

    subsuelo.

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  • Circulacin de Aire

    Patrn del flujo de aire con sobrecarga y retorno de ventilacin - Los centros de datos sin bomba de aire fro de piso elevan los

    suministros de ventilacin generales.

    El aire fro se mezcla con el aire caliente que est tratando de encontrar su camino hacia las rejillas de retorno, que tambin se

    encuentran por encima de los bastidores en el techo del plenum o en

    las paredes laterales.

    El contacto calienta el aire fro antes de que pueda alcanzar el equipo. El contacto tambin crea turbulencias menores por encima

    de los bastidores.

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  • Ubicacin de Bastidores

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  • Ubicacin de Bastidores

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    Equipos de diferentes fabricantes tienen diferentes requerimientos de flujo de aire.

    Sin embargo, todo el equipamiento colocado dentro de un bastidor debe tener el mismo requerimiento.

    Si dos piezas de equipamiento tienen requisitos conflictivos y se colocaron en el mismo bastidor, el aire de escape caliente procedente

    de uno podra entrar en el otro.

    Cada equipo independiente o rack tiene una huella fsica, as como un huella de enfriamiento.

    Esta ltima es la cantidad de rea que un rack o un equipo necesita para ser enfriado.

  • Ubicacin de Bastidores

    Bastidores de enfriado vertical (flujos de aire de arriba a abajo o de abajo a arriba)

    requieren menos espacio de refrigeracin

    que bastidores de enfriado horizontal

    (refrigerados por delante a atrs o de lado

    a lado).

    La huella de enfriamiento depende de la densidad de los dispositivos que son

    colocados en el rack y de sus

    caractersticas de generacin de calor.

    Los dispositivos ms nuevos contienen ms componentes electrnicos dentro de

    cajas ms pequeas, incrementando as el

    calor generado dentro de cada dispositivo.

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  • Ubicacin de Bastidores

    Es sencillo de entender el patrn de flujo de aire fro y

    caliente, si se piensa en el

    centro de datos como un

    capullo cerrado.

    Las posiciones relativas de los racks en el espacio cerrado

    deben basarse principalmente

    en las necesidades de

    refrigeracin del bastidor.

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    Los factores secundarios son la ubicacin de las conexiones de alimentacin disponibles, as como interrupciones en las filas de

    racks y estructuras (tales como pasillos, columnas, entradas y

    rampas).

  • Enfriado de Racks de abajo a arriba

    Esta es la estrategia de refrigeracin ms eficiente. El aire fro entra al rack desde abajo.

    En el piso elevado de los centros de datos, el aire forzado es dirigido a los equipos a travs de las baldosas recortadas o perforadas,

    colocados debajo de los bastidores.

    El aire fro se mezcla con el aire caliente y se enfran los dispositivos.

    A continuacin, se extrae a travs de la parte superior de los bastidores en las rejillas de retorno en el techo de arriba.

    Una vez que las porciones inferiores del rack obtienen el aire enfriado, las porciones superiores no reciben el aire fro de las

    baldosas perforadas en el piso.

    A continuacin, retorna el aire caliente desde otras porciones de la habitacin, como la parte posterior del bastidor.

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  • Flujo de aire HVAC para Centro de Datos de abajo a arriba para enfriado de Racks

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  • Enfriamiento de Racks frente a frente

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    Filas de Racks frente a frente alternando

    pasillos calientes y fros

  • Enfriamiento de Racks de adelante a atrs

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    Todos los racks (de delante

    a atrs) han obligado al flujo

    de aire en la misma

    direccin