Sistemas de refrigeración por inmersión

¿Qué es?

Immersion Cooling o Refrigeración por Inmersión es una nueva técnica de enfriamiento en la que los servidores están sumergidos en un líquido dieléctrico. El líquido en contacto directo con componentes calientes absorbe el calor que, a continuación, a través de intercambiadores de calor lo disipa en el exterior.

¿Qué son los líquidos dieléctricos?

Los fluidos adecuados para el enfriamiento por inmersión tienen muy buenas propiedades termodinámicas y aislantes para asegurar que puedan entrar en contacto con los componentes electrónicos. Son líquidos transparentes, incoloros, no conductivos, no inflamables, libres de residuos y térmica y químicamente estables.

Enfriamiento por inmersión en UNA FASE: el líquido refrigerante no cambian de estado, es decir, no evaporan dentro del tanque debido a su alto punto de ebullición, por lo tanto, requiere circulación forzada del líquido dieléctrico a través de los componentes electrónicos calientes antes de llegar al intercambiador de calor.

Enfriamiento por inmersión en DOS FASES: utiliza los hidrofluorcarbonos (refrigerante) que “hierve” en la superficie de los componentes electrónicos, absorbiendo el calor en el proceso de evaporación. Estas aplicaciones no requieren bombas, ni circulación forzada del líquido dieléctrico a través de los servidores. El intercambio de calor ocurre pasivamente por el proceso natural de evaporación. El gas en fase vapor se enfría de nuevo en un intercambiador de calor situado en la parte superior del tanque para permitir el flujo retorne a fase líquida.

Un concepto revolucionario

Observamos que en los sistemas tradicionales descritos anteriormente la refrigeración se produce en el exterior del rack y se transporta hasta los servidores, y recordamos que nuestro diseño será más eficiente cuanto más cerca estén los recursos frigoríficos de la verdadera fuente de calor (el microprocesador: 70ºC–90ºC) para incrementar, con la proximidad, el intercambio térmico y mejorar la eficiencia.

Pues bien, teniendo en cuenta lo anterior, vemos como los sistemas de inmersión introducen un concepto revolucionario: los servidores se colocan dentro de nuestro sistema de refrigeración, hasta tal punto que pasan a formar parte del circuito frigorífico: desaparece el evaporador siendo el microprocesador y resto de componentes electrónicos los que van a producir la evaporación del refrigerante… ¡Sorprendente! Hasta ahora algo inimaginable.

Ventajas de la refrigeración por inmersión

Menor consumo en servidores y refrigeración
Capacidad para alta densidad (up 250 kW/tanque)
Permite conseguir PUE cercanos a 1
Ahorro de espacio (up 100 kW/m2)
Reducción de componentes (2 intercambiadores, aceites/refrigerante y bomba)
Simplificación del diseño y la instalación => Gastos de capital reducidos (Reducción CAPEX 25%)
Sistema robusto y fácil de mantener => Gastos operativos reducidos (Reducción OPEX 40% – dependiendo de la región)
Mayor vida útil del hardware: componentes que no están sujetos a variaciones de temperatura, reduciendo el potencial de fallas y que no requieren ventiladores de enfriamiento, eliminando la degradación de componentes de la vibración.
Extremadamente limpio: se eliminan el flujo de aire, el polvo y el ruido.
Menor impacto medioambiental. Los refrigerantes o aceites utilizados son fluidos respetuosos con el medio ambiente sin destrucción de ozono

Cuadro resumen principales ventajas:

(Fuente: Submer)

Mayor eficiencia

La refrigeración por inmersión permite a los operadores reducir drásticamente el consumo de energía a través de la eliminación de la costosa infraestructura de climatización tradicional que incluye ventiladores en servidores, compresores, ventiladores de circulación de aire, y otros sistemas auxiliares activos como humectador y deshumidificadores. Estos sistemas se sustituyen por eficientes bombas de circulación de líquidos de baja velocidad e intercambiadores de calor y/o aerorefrigeradores.

La reducción de consumo que se puede lograr mediante el uso de enfriamiento por inmersión es del 90% en refrigeración y un 40% en el consumo total del data center.

(Fuente: Submer)

Desafíos de la refrigeración por inmersión

No hay formación específica ni documentación
No hay empresas especializadas
Estandarización
No hay normativa
La mayoría de los actuales de servidores se diseñan para baja densidad, porque están pensados para refrigeración por aire
Hadware no viene preparado para inmersión, por lo tanto, hay que adaptarlo

Estamos viviendo un momento apasionante en cuanto a los procesos de refrigeración de los centros de datos se refiere. Desde los sistemas tradicionales de aire acondicionado o por aire exterior, al revolucionario sistema de refrigeración por inmersión. Sin duda una tecnología que va a jugar un papel importantísimo no sólo en la transformación digital de muchísimas empresas a nivel global, sino también en el nuevo paradigma hacia el cual están evolucionando los Centros de Datos de todo el mundo gracias al Internet de las Cosas y al 5G.

Todavía no tenemos una respuesta clara a cómo van a reaccionar los mercados frente a esta tecnología, lo que sí está claro es que los sistemas de Refrigeración por Inmersión no se van a quedar al margen, y van a desempeñar un papel crucial en la evolución natural de los centros de datos de todo el mundo.