Auditoría de esquemas de enfriamiento para identificar posibles

Auditoría de
esquemas de
enfriamiento
para identificar
posibles
problemas de
enfriamiento
en centros
de datos
Kevin Dunlap
Informe interno
Nº 40
Revisión 2
Resumen ejecutivo
La compactación de los equipos informáticos y el incremento simultáneo de la potencia que
consumen los procesadores plantean a los administradores de centros de datos el desafío de
garantizar la distribución adecuada de aire frío, la extracción del aire caliente y el suministro
de una capacidad de enfriamiento suficiente. Este informe ofrece una lista de pautas para
evaluar posibles problemas que pueden afectar de manera adversa el entorno de enfriamiento
de un centro de datos.
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Introducción
Si bien la compactación de los equipos de computación y los avances simultáneos en materia de potencia de
los procesadores implican importantes beneficios, también han generado posibles retos para los responsables
de ofrecer y mantener entornos de misión crítica adecuados. A pesar de que la capacidad total de potencia y
enfriamiento general proyectada para un centro de datos pueda ser apropiada, también puede ocurrir que la
distribución de aire frío hacia las zonas que lo requieren no lo sea. Cuando se concentran equipos informáticos
más compactos en un único gabinete o cuando los administradores de un centro de datos proyectan
implementaciones de gran escala con racks múltiples atestados de servidores Blade ultracompactos, es
imprescindible solucionar el problema del aumento de la potencia requerida y el calor disipado. Los servidores
Blade, como se observa en la Figura 1, ocupan mucho menos espacio que los servidores tradicionales
montados en racks y ofrecen mayor capacidad de procesamiento, al tiempo que consumen menos potencia
por servidor. Sin embargo, incrementan de manera drástica la densidad de calor.
Figura 1 – Ejemplos de compactación
Al diseñar el sistema de enfriamiento de un centro de datos, el objetivo es crear una ruta sin obstrucciones
desde la fuente del aire enfriado hasta las entradas de los servidores. Asimismo, debe crearse una ruta
despejada desde la salida posterior de aire caliente de los servidores hasta el ducto de retorno de aire de la
unidad de aire acondicionado. Sin embargo, existen algunos factores que pueden tener un efecto adverso
respecto de ese objetivo.
Para determinar si existe un problema o un posible problema en relación con la infraestructura de enfriamiento
de un centro de datos, es necesario efectuar ciertos controles y mediciones. Esta auditoría determinará la
integridad del centro de datos a fin de evitar fallas de los equipos electrónicos relacionadas con la
temperatura. También puede utilizarse para evaluar la disponibilidad de una capacidad de enfriamiento
adecuada para el futuro. Las mediciones correspondientes a las pruebas señaladas deben registrarse y
analizarse utilizando la plantilla suministrada en el Apéndice. Debe evaluarse el estado actual de las
instalaciones y establecerse la situación de partida para garantizar que las acciones correctivas posteriores
tengan resultados positivos. En este informe se señala la manera de identificar posibles problemas de
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enfriamiento en centros de datos ya construidos; se trata de problemas que pueden afectar la capacidad total
de enfriamiento, la capacidad de densidad de enfriamiento y la eficiencia operativa de un centro de datos. Las
soluciones para estos problemas se describen en el Informe interno N° 42 de APC, “Diez soluciones de
enfriamiento para ofrecer respaldo a implementaciones con servidores de alta densidad".
1. Verificación de la capacidad
Teniendo presente que cada vatio de potencia para equipos informáticos requiere 1 vatio para enfriamiento, el
primer paso para suministrar un nivel adecuado de enfriamiento consiste en verificar que la capacidad del
sistema de enfriamiento cubra la carga de potencia actual y futura.
El sistema de enfriamiento típico está compuesto de una unidad CRAC (unidad de aire acondicionado para
salas de cómputo), que suministra el aire enfriado a la sala, y una unidad instalada en el exterior conocida
como condensadora, que elimina el calor y lo descarga en la atmósfera. Para obtener más información sobre
la manera en que funcionan las unidades de aire acondicionado y los diferentes tipos de equipos, consulte el
Informe interno N° 57 de APC, “Principios fundamentales de las unidades de aire acondicionado para
aplicaciones informáticas” y el Informe interno N° 59 de APC, "Diferentes tipos de equipos de aire
acondicionado para entornos informáticos”. Están apareciendo en el mercado versiones más nuevas de
unidades CRAC que pueden colocarse más cerca (o incluso, dentro) de los racks de datos en situaciones de
muy alta densidad.
En algunos casos, puede ocurrir que el sistema de enfriamiento se haya sobredimensionado en función de la
carga térmica proyectada para el futuro. Si el sistema de enfriamiento se encuentra sobredimensionado, se
produce un consumo energético no deseado que puede evitarse. Si desea obtener más detalles sobre
problemas provocados por el dimensionamiento de los sistemas de enfriamiento, consulte el Informe interno
Nº 25 de APC, “Cálculo de los requisitos totales de enfriamiento para centros de datos”.
Verifique la capacidad del sistema de enfriamiento consultando la nomenclatura del modelo que se encuentra
en el exterior o el interior de cada unidad CRAC. Para conocer los valores correspondientes a la capacidad,
consulte los datos técnicos provistos por el fabricante. Los fabricantes de unidades CRAC determinan la
capacidad nominal del sistema en base al nivel de control de la humedad y la EAT (temperatura del aire
entrante). El controlador de cada unidad muestra la EAT y la humedad relativa. Al consultar los datos técnicos,
tome nota de la capacidad de enfriamiento sensible de cada unidad CRAC.
Asimismo, la capacidad del equipo externo o condensadora debe ser igual o mayor que la capacidad de todas
las unidades CRAC de la sala. Cuando se trata de sistemas integrales más pequeños, los componentes
internos y externos suelen comprarse juntos al mismo fabricante. En el caso de sistemas más grandes, es
posible que los equipos de eliminación de calor o condensadora se hayan adquirido en forma independiente a
otro fabricante. En cualquiera de los casos, lo más probable es que estén bien dimensionados, aunque es
conveniente que un contratista externo lo verifique. Si la capacidad de la unidad CRAC y la capacidad del
equipo de eliminación de calor son diferentes, tome el componente con menor capacidad nominal para este
ejercicio. (Si tuviera dudas al efectuar las mediciones, póngase en contacto con el fabricante o el proveedor.)
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De este modo, obtendrá la capacidad máxima teórica de enfriamiento del centro de datos. Más adelante, se
verá que existen muchos factores que pueden reducir ese máximo de manera considerable. A continuación,
debe compararse la capacidad máxima calculada con el requisito de carga térmica del centro de datos. En la
Tabla 1 se suministra una hoja de trabajo que permite el cálculo rápido de la carga térmica. A partir de la hoja
de trabajo, es posible determinar la energía térmica total producida de un centro de datos en forma rápida y
confiable. En el procedimiento detallado debajo de la Tabla 1 se describe el uso de la hoja de trabajo. Para
obtener más información, consulte el Informe interno N° 25 de APC, “Cálculo de los requisitos totales de
enfriamiento para centros de datos”.
Los requisitos de carga térmica que se determinen a partir del cálculo que se incluye a continuación siempre
deberían ser inferiores a la capacidad máxima teórica de enfriamiento. El Informe interno N° 42 de APC, “Diez
soluciones de enfriamiento para ofrecer respaldo a implementaciones con servidores de alta densidad" brinda
algunas soluciones para los casos en que no se cumpla esa condición.
Tabla 1 – Hoja de trabajo para el cálculo de la energía térmica producida en un centro de datos o
sala de gestión de redes
Ítem
Datos requeridos
Cálculo de la
energía térmica
producida
Equipos
informáticos
UPS con batería
Potencia total de la carga
informática en vatios
Potencia nominal del sistema de
energía en vatios
Distribución de
energía
Potencia nominal del sistema de
energía en vatios
Iluminación
Espacio ocupado en pies
cuadrados, o
espacio ocupado en metros
cuadrados
Cantidad máxima de personal en
el centro de datos
Igual a la potencia total de la
carga informática en vatios
(0,04 x potencia nominal del
sistema) + (0,06 x energía
total de la carga informática)
(0,02 x potencia nominal del
sistema) + (0,02 x energía
total de la carga informática)
2,0 x espacio ocupado
(pies cuadrados), o
21,53 x espacio ocupado
(metros cuadrados)
100 x cantidad
máxima de personal
Personas
Total
Subtotales anteriores
Suma de los subtotales de
energía térmica producida
Subtotal de
energía térmica
producida
_____________ vatios
_____________ vatios
_____________ vatios
_____________ vatios
_____________ vatios
_____________ vatios
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Procedimiento
Obtenga la información solicitada en la columna “Datos requeridos”. Consulte las definiciones de datos que se
incluyen a continuación en caso de dudas. Realice los cálculos de energía térmica producida y coloque los
resultados en la columna de subtotal. Sume los subtotales para obtener la energía térmica producida total.
Definiciones de datos
Potencia total de la carga informática en vatios: Suma de las entradas de potencia de todos los equipos
informáticos.
Potencia nominal del sistema de energía: Potencia nominal del sistema UPS. Si se utiliza un sistema
redundante, no incluir la capacidad de la UPS redundante.
2. Verificación de las unidades CRAC
Si las unidades CRAC instaladas en un centro de datos no funcionan de manera coordinada, es probable que
trabajen por debajo de su capacidad de enfriamiento y ocasionen un costo operativo mayor. En general, las
unidades CRAC operan en cuatro modos: enfriamiento, calefacción, humidificación y deshumidificación. Si
bien dos de las condiciones mencionadas pueden darse en forma simultánea (enfriamiento y
deshumidificación), todos los sistemas que se encuentran en una zona definida (de 4 a 5 unidades
adyacentes) deben operar siempre en el mismo modo. La operación en modos opuestos (p. ej.,
deshumidificación y humidificación) de unidades CRAC no coordinadas, denominada “demand fighting”
(conflictos entre equipos), ocasiona derroches en materia de costos operativos y la reducción de la capacidad
de enfriamiento. Es necesario evaluar las unidades CRAC para garantizar que las lecturas de las temperaturas
(de suministro y retorno) y de los niveles de humedad se correspondan con los valores proyectados.
El conflicto entre equipos puede afectar de manera drástica la eficiencia del sistema CRAC. Si no se
soluciona, este problema puede significar una reducción de la eficiencia de entre el 20% y el 30% que, en el
mejor de los casos, tiene como resultado costos operativos innecesarios y, en el peor, tiempos de inactividad
ocasionados por una capacidad de enfriamiento insuficiente.
A fin de que el sistema trabaje con eficiencia y sin derroche, debe estudiarse la posibilidad de operarlo dentro
de los límites inferiores de los parámetros proyectados en cuanto a humedad relativa. Modificar levemente el
punto de referencia aproximándolo al extremo inferior del rango posible puede influir de manera notoria en la
capacidad de eliminación de calor y reducir el tiempo de funcionamiento del humidificador. Como se muestra
en la Tabla 2, modificar el punto de referencia de la humedad relativa del 50% al 45% tiene como resultado
ahorros significativos en cuanto a costos operativos.
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Tabla 2 – Ejemplo de ahorro en costos de humidificación con punto de referencia inferior
Temperatura 72°F (22,2°C)
Punto de referencia de la humedad relativa
50%
45%
48,6 (166.000)
45,3 (155.000)
49,9 (170.000)
49,9 (170.000)
Humedad eliminada (capacidad latente total) (Btu/h)
Humidificación requerida libras/h (kg/h) – (Btu/1074 o kW/0,3148)
Tiempo de funcionamiento del humidificador
kW necesarios para la humidificación
3,3 (11.000)
10,24 (4,6]
100,0%
3,2
0,0 (0000)
0
0,0%
0
Costo anual de humidificación (costo por kW x 8760 x kW requerido)
US$2242,56
$0,00
Capacidades de enfriamiento – kW (Btu/h)
Capacidad total de enfriamiento
Cambio de temperatura (capacidad sensible total)
Requisito de humidificación
Nota: Los supuestos y especificaciones correspondientes al presente ejemplo pueden consultarse en el
Apéndice.
Verificación de los puntos de referencia
Los puntos de referencia de la temperatura y la humedad deben ser los mismos para todas las unidades
CRAC de un centro de datos. Si los puntos de referencia no son iguales, se producen casos de conflicto entre
equipos y hay fluctuaciones en la sala. Las cargas térmicas y el contenido de humedad son relativamente
constantes en cada zona; es necesario definir la operación de las unidades CRAC en grupos e impedir que los
equipos funcionen en modos opuestos mediante un sistema de administración de edificios (BMS) o un cable
de comunicación tendido entre las unidades que integran el grupo. En un intervalo dado, no debe haber dos
unidades que operen en modos opuestos, a menos que formen parte de grupos diferentes. Cuando se
encuentran agrupadas, todas las unidades de un grupo específico operan juntas para una zona determinada.
Los parámetros para los puntos de referencia deben estar comprendidos en los siguientes rangos:
•
Temperatura – 68-77°F (20-25°C)
•
Humedad – Humedad relativa del 40-55%
Para evaluar el rendimiento del sistema, se debe medir tanto la temperatura de retorno como la de suministro.
Se deben utilizar tres puntos de monitoreo situados en el centro geométrico del suministro y el retorno, como
se muestra en la Figura 2.
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Figura 2 – Puntos de monitoreo de temperatura del suministro y el retorno
reo
onito
de m )
s
o
t
Pun (retorno
itor
mon
os de istro)
t
n
u
P
in
(sum
eo
reo
onito
de m ro)
s
o
t
Pun uminist
(s
o
itore
mon
e
d
os
Punt retorno)
(
En condiciones ideales, la temperatura del aire suministrado debe coincidir con la temperatura de entrada
requerida por los servidores, lo cual se verificará en un paso posterior, midiendo la temperatura en las
entradas de los servidores. La lectura de la temperatura del aire de retorno debe ser igual o mayor que las
lecturas de temperatura tomadas en el paso 4: una temperatura de aire de retorno más baja que la lectura
obtenida en el paso 4 indica falta de eficiencia del sistema debida a ciclos cortos. Los ciclos cortos se
producen cuando el aire frío suministrado por la unidad CRAC se desvía de los equipos informáticos y fluye
directamente hacia el ducto de retorno de aire de las unidades CRAC. Para obtener información sobre la
manera de prevenir los ciclos cortos, consulte el Informe interno Nº 49 de APC, "Cómo evitar errores que
ponen en riesgo el rendimiento del sistema de enfriamiento en centros de datos y salas de gestión de redes".
El desvío de aire frío es la mayor causa de sobrecalentamiento y puede obedecer a muchos factores. Las
secciones 6 a 10 de este informe describen esos factores.
Asimismo, se debe comprobar que los filtros estén limpios. Si la circulación de aire en la unidad CRAC se ve
impedida, el sistema se apagará como reacción a la alarma de pérdida de circulación de aire. Los filtros deben
cambiarse en forma trimestral como procedimiento de mantenimiento preventivo.
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3. Verificación y evaluación de los principales circuitos de enfriamiento
Para comprender esta sección, es necesario contar con conocimientos básicos de equipos de aire
acondicionado. Para obtener más información sobre este tema, consulte el Informe interno Nº 59 de APC,
“Diferentes tipos de equipos de aire acondicionado para entornos informáticos”. Solicite a la empresa
encargada del mantenimiento o a un consultor en HVAC que revise el estado de las unidades CRAC, los
sistemas de bombeo y los demás equipos de enfriamiento principales. Asegúrese de que todas las válvulas
funcionen correctamente.
Circuito de enfriamiento por agua helada
Las condiciones del suministro del ciclo de agua helada a la unidad CRAC afectan en forma directa la
capacidad de la unidad para proporcionar aire acondicionado adecuado a la sala o a la cámara del piso
elevado. Para verificar la temperatura del suministro, póngase en contacto con la empresa encargada del
mantenimiento del sistema o con un consultor en HVAC. A modo de revisión rápida, puede medirse la
temperatura de las tuberías de suministro a la unidad CRAC. Mida la temperatura de la superficie de la tubería
de suministro utilizando un termómetro láser. En algunos casos, es posible que se hayan instalado medidores
en la tubería que muestran la temperatura del agua suministrada.
Las tuberías de agua helada deben aislarse de la corriente de aire para prevenir la condensación en la
superficie de la tubería. Para tomar una medición más precisa, retire una porción del aislante y mida
directamente la temperatura en la superficie de la tubería. Si no fuera posible, es probable que dentro de la
unidad CRAC haya una sección pequeña de tubería expuesta en la entrada al serpentín, a la izquierda o la
derecha del serpentín.
Circuito de agua del condensador (enfriado por agua y glicol)
Los sistemas enfriados por agua y glicol utilizan un condensador en la unidad CRAC para transferir calor de la
unidad al circuito de agua. Es probable que las tuberías de agua del condensador no se encuentren aisladas
debido a las temperaturas más templadas del agua suministrada. Mida la temperatura de la superficie de la
tubería de suministro en el punto de ingreso a la unidad CRAC. Es necesario verificar los sistemas de
expansión directa (DX) para garantizar que estén completamente cargados con la cantidad adecuada de
refrigerante.
Tubería de refrigerante con enfriamiento por aire
Al igual que en el caso de las unidades CRAC enfriadas por agua y glicol, es necesario comprobar que la
carga de refrigerante tenga el nivel adecuado. Póngase en contacto con la empresa encargada del
mantenimiento de los equipos o con un consultor en HVAC independiente para verificar las condiciones de la
tubería de refrigerante, los intercambiadores de calor externos y la carga de refrigerante.
Compare las temperaturas con las que se especifican en la Tabla 3. Las temperaturas que no se ajusten a
estas guías puede indicar algún problema en el ciclo de suministro.
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Tabla 3 – Tolerancias térmicas en el ciclo de suministro
Agua helada
Agua del
condensador
(enfriado por
agua)
Agua del
condensador
(enfriado por
glicol)
45°F (+/- 3°F)
7,2°C (+/- 1,7°C)
Máx. 90°F
Máx. 32,2°C
Máx. 110°F
Máx. 43,3°C
4. Registro de las temperaturas de los pasillos
Al registrar la temperatura en varios sitios entre las hileras de racks, se crea un perfil de temperatura que
ayuda a diagnosticar posibles problemas de enfriamiento y a asegurarse de que se suministre aire frío a las
zonas críticas. Si los pasillos de racks no están situados de manera adecuada, es posible que se generen
concentraciones de calor en diversos lugares, lo cual puede provocar fallas múltiples en los equipos. En la
sección 9, se describe e ilustra la práctica recomendada en cuanto a disposiciones de racks. Tome la
1
temperatura en puntos estratégicos de los pasillos del centro de datos. . En general, estos puntos deben estar
centrados entre hileras de equipos y separados por una distancia aproximada equivalente a cuatro racks, tal
como se muestra en la Figura 3.
Figura 3 – Puntos de medición en pasillos calientes / pasillos fríos según ASHRAE TC9.9
Reimpreso con permiso de ASHRAE 2004. (c) Asociación de Ingenieros en Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado de los Estados
Unidos, www.ashrae.org.
Además, los puntos de medición de temperaturas deben estar a una altura de 5 pies (1,5 metros) desde el
piso. Cuando no se dispone de medios más sofisticados para medir las temperaturas en los pasillos, debe
considerarse este procedimiento como un requisito mínimo de medición. Las temperaturas obtenidas deben
registrarse y compararse con las temperaturas de entrada recomendadas por el fabricante de los equipos
1
El estándar TC9.9 de la organización ASHRAE proporciona más detalles sobre el posicionamiento de
sensores para realizar una evaluación óptima y lograr las temperaturas de entrada recomendadas. ASHRAE
(Asociación de Ingenieros en Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado de los Estados Unidos
www.ashrae.org)
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informáticos. Cuando no se cuenta con información sobre temperaturas recomendadas, debe tomarse 68-75°F
(20-25°C) como guía, según el estándar de la ASHRAE. Las temperaturas que excedan esta tolerancia
pueden reducir el rendimiento del sistema y la vida útil de los equipos, y ocasionar tiempos de inactividad no
previstos. Nota: Las verificaciones y pruebas mencionadas deben llevarse a cabo en forma trimestral. Las
verificaciones de temperatura deben efectuarse durante un período de 48 horas cada vez para registrar los
niveles máximo y mínimo.
5. Registro de las temperaturas en los racks
Si el suministro de aire al frente de un rack es deficiente, puede ocasionarse la recirculación del aire caliente
extraído del equipo y el reingreso por las entradas de aire. Como resultado, algunos equipos –por lo general,
los que están montados en la parte superior del rack— se sobrecalientan y se apagan o fallan. El objetivo de
este paso es verificar que las temperaturas globales de entrada al rack sean adecuadas para los equipos
instalados. Tome y registre las temperaturas en la parte superior, media e inferior del eje geométrico que
divide el frente del rack, como se muestra en la Figura 4. Cuando el rack no se encuentra completamente
ocupado con equipos, mida las temperaturas de entrada en el centro geométrico de cada equipo. Consulte las
pautas especificadas en el paso 2 para informarse sobre valores aceptables de temperaturas de entrada. Las
temperaturas que no se ajustan a esas pautas implican la presencia de un problema de enfriamiento en ese
punto de monitoreo.
Los puntos deben estar a 2 pulgadas (50 mm) del frente de los equipos montados en rack. El monitoreo puede
efectuarse con termoacopladores conectados a un dispositivo de recolección de datos. También es posible
medir la temperatura en los puntos de monitoreo empleando un termómetro láser, para efectuar una
verificación rápida como método básico.
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Figura 4 – Puntos de monitoreo para temperaturas de entrada a equipos según la ASHRAE
Puntos de
monitoreo
Reimpreso con permiso de ASHRAE 2004. (c) Asociación de Ingenieros en Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado de los Estados
Unidos, www.ashrae.org.
6. Verificación de la velocidad del aire proveniente de las rejillas del piso
Es importante comprender que la capacidad de enfriamiento del gabinete se encuentra en relación directa con
el suministro de caudal de aire expresado en cfm (pies cúbicos por minuto). Por diseño, los equipos
informáticos elevan la temperatura del aire suministrado en 20-30°F (11-17°C). Utilizando la ecuación de la
eliminación de calor, se puede calcular rápidamente el volumen de circulación de aire requerido con un
aumento dado de la temperatura.
3
CFM o m por segundo = volumen de circulación de aire requerido para eliminar el calor generado
por equipos informáticos
Q = cantidad de calor a eliminar expresada en kilovatios (kW)
∆°F o ∆°C = temperatura del aire extraído del equipo menos temperatura de entrada
CFM =
3412 × Q
1,085 × ∆°F
m3 / s =
Q
1,21 × ∆°C
Por ejemplo, para calcular la circulación de aire necesaria para enfriar un servidor de 1 kW con un aumento de
la temperatura de 20°F:
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CFM =
3412 ×1kW
=157,23
1,085 × 20°F
m3 / s =
1kW
= 0,0742
1,21 ×11°C
Por lo tanto, por cada kW de calor que es necesario eliminar con un Delta T (aumento de la temperatura en el
equipo informático) de diseño de 20°F (11°C), se deben suministrar en forma aproximada 160 pies cúbicos por
3
minuto (0,076 m por segundo o 75,5 litros por segundo) de aire acondicionado al equipo. Cuando se calculan
los requisitos de circulación de aire por rack, puede emplearse este valor como un parámetro de diseño
aproximado. Sin embargo, se deben respetar los requisitos de servicio especificados por el fabricante.
CFM / kW =157,23
(m 3 / s ) / kW = 0,074 ( L / s ) / kW = 74,2
Con el valor de diseño y la capacidad de circulación de aire de la losa típica (abertura aproximada del 25%)
como se observa en la Figura 5, la densidad máxima de potencia por gabinete debería ser de entre 1,25 y 2,5
kW. Esta estimación es válida para instalaciones que utilizan una losa por gabinete. En casos en que la
relación gabinete/losa sea superior a 1, la capacidad de enfriamiento disponible debe dividirse entre los
gabinetes que componen la hilera.
Evaluación de la circulación de aire en una losa perforada
Para medir la capacidad de enfriamiento disponible en una losa dada basta con colocar un trozo pequeño de
papel sobre la losa. Si el papel es aspirado por los orificios de la losa, significa que el aire está retrocediendo
hacia el interior del piso elevado, lo cual indica que existe un problema vinculado con la ubicación del rack y la
unidad CRAC. Si el papel no resulta afectado, podría ocurrir que no esté llegando aire a esa losa. Si el papel
se despega del piso, entonces se está distribuyendo aire a través de esa losa. Sin embargo, según cuál sea la
densidad de potencia de los equipos que se están enfriando, puede suceder que el volumen de aire
suministrado por la losa no sea suficiente. En ese caso, puede ser necesario utilizar una rejilla especial o un
dispositivo de distribución de aire para permitir que circule más aire hacia el frente de los racks.
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Figura 5 – Capacidad disponible para enfriamiento de racks de una losa en función de la circulación
Capacidad de enfriamiento por losa
Capacidad de enfriamiento por los
(kW)
de aire por losa
7
Capacidad típica
6
Con
esfuerzo
Extrema
No práctica
5
4
3
2
1
0
0
100
[47,2]
200
[94,4]
300
400
500
600
700
800
900
1000
[141,6] [188,8] [236,0] [283,2] [330,4] [377,6] [424,8] [471,9]
Circulacion de aire por losa (CFM) [litros por seg.]
7. Inspección visual de racks
El espacio que queda sin utilizar en el interior de los racks hace que el aire caliente producido por los equipos
tome un “atajo” de regreso a la entrada de los equipos. Estos ciclos de aire caliente no restringidos provocan
el calentamiento innecesario de los equipos, lo cual puede ocasionar daños en los equipos o períodos de
inactividad. En el Informe interno N° 44 de APC, “Cómo mejorar el rendimiento del sistema de enfriamiento de
los racks con paneles de obturación”, se describe con más detalle el uso de paneles de obturación para
combatir este efecto. Examine en forma visual cada rack. ¿Se observan huecos en los espacios en U? ¿Se
utilizan monitores TRC? ¿Se instalaron paneles de obturación en estos racks? ¿Hay un exceso de cables que
obstruya la circulación de aire?
Si se observan huecos en los espacios en U, no se instalaron paneles de obturación o hay un exceso de
cables en la parte posterior del rack, la circulación de aire dentro del rack no será óptima, como se muestra en
la Figura 6 a continuación.
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Figura 6 – Diagramas de la circulación de aire en el rack – Efecto de los paneles de obturación
6A: Sin paneles de obturación
6B: Con paneles de obturación
Lateral
Lateral
Panel de
obturación
8. Verificación de las rutas de circulación del aire debajo del piso
Controle los espacios bajo el piso elevado para verificar que estén limpios y libres de obstrucciones. Las
partículas de suciedad y polvo por debajo del piso elevado se dirigirán a través de las rejillas hacia el interior
de los equipos informáticos. Las obstrucciones que puede haber debajo del piso, como los cables de red y de
alimentación, impiden la circulación de aire y tienen un efecto adverso en el suministro de aire frío a los racks.
A medida que se agreguen racks y servidores, se instalarán más cables de red y de alimentación. A menudo,
cuando se trasladan o reemplazan los servidores y los racks, el cableado que deja de usarse queda debajo del
piso elevado.
Debe realizarse una inspección visual de la superficie del piso cuando se utiliza un piso elevado para distribuir
aire. Los vacíos, huecos y losas faltantes ejercen un efecto negativo en la presión estática de la cámara. La
capacidad de mantener el caudal de aire suministrado a través de las losas perforadas se verá disminuida por
la presencia de zonas del piso elevado que no han sido selladas.
Deben reponerse las losas faltantes. Todas las secciones de la cuadrícula deben estar cubiertas por losas
perforadas o sin perforar. Los orificios efectuados en las losas del piso elevado para el acceso de cables
deben sellarse utilizando escobillas u otros productos destinados a ese fin. Las mediciones efectuadas
muestran que del 50 al 80% del aire frío disponible se pierde en forma prematura a través de aberturas para
acceso de cables que no se encuentran selladas.
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9. Verificación de la disposición de pasillos y losas
A excepción de algunos casos, la mayoría de los servidores montados en rack están diseñados para tomar
aire por la parte frontal y expulsarlo por la parte posterior. Cuando todos los racks están colocados en hileras
con la misma orientación, el aire caliente de la hilera 1 se expulsa al pasillo, donde se mezcla con el aire
suministrado o con el aire de la sala, para ingresar luego por el frente de los racks de la hilera 2. En la Figura
7, se ilustra esta disposición. A medida que el aire atraviesa cada hilera consecutiva de racks, los equipos
informáticos reciben aire más caliente en la entrada. Si en todas las hileras los gabinetes están dispuestos de
modo que las entradas de los servidores queden orientadas en la misma dirección, es inevitable que los
equipos terminen funcionando en forma inadecuada.
Figura 7 – Configuración de racks sin separación entre pasillos fríos y calientes
Al disponer los racks en una disposición de pasillo caliente / pasillo frío, el aire extraído queda alejado de las
entradas de los servidores. Así se permite que el aire frío suministrado por las losas ingrese a los gabinetes
sin mezclarse con aire caliente, tal como se muestra en la Figura 8. Para más información sobre arquitecturas
de distribución de aire en centros de datos, consulte el Informe interno Nº 55 de APC, “Opciones en
arquitectura de distribución de aire para instalaciones de misión crítica”.
Figura 8 – Configuración de racks con pasillo caliente/pasillo frío
La ubicación inadecuada de las rejillas puede llevar a que el aire suministrado por las unidades CRAC se
mezcle con el aire caliente extraído antes de llegar a los equipos, con los subsiguientes problemas de
rendimiento y costos que se describieron anteriormente. La ubicación incorrecta de las rejillas de suministro o
retorno de aire es un problema frecuente que puede eliminar prácticamente todas las ventajas de un diseño de
pasillo caliente/pasillo frío.
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10. Verificación de la ubicación de las unidades CRAC
La ubicación de las unidades CRAC respecto del pasillo es importante para la distribución del aire. Según cuál
sea la arquitectura de distribución del aire, las unidades CRAC deben colocarse en forma perpendicular al
pasillo, en un pasillo frío o caliente, como se observa en la Figura 9. Cuando se emplea un piso elevado para
distribuir el aire, las unidades CRAC deben situarse en el extremo de los pasillos calientes. La ruta de retorno
del aire caliente a la unidad CRAC sigue la dirección del pasillo sin que el aire circule pasando por encima de
los pasillos, donde se incrementa la probabilidad de recirculación del aire. Al disminuir la mezcla del aire
caliente cuando circula por la sala, la capacidad de las unidades CRAC se verá incrementada puesto que las
temperaturas a las que retorna el aire son más templadas. Adoptando esta disposición, es posible que se
requiera menor cantidad de unidades en la sala.
Figura 9 – Ubicación de unidades CRAC en pasillos calientes
CRAC
PASILLO FRIO
PASILLO CALIENTE
CRAC
PASILLO FRIO
PASILLO CALIENTE
PASILLO FRIO
CRAC
CRAC
Cuando se utiliza piso de losas de concreto, la unidad CRAC debe colocarse en el extremo del pasillo frío. De
este modo, el aire suministrado se distribuye hacia el frente de los gabinetes. En esta disposición, el aire se
mezcla en algún grado, por lo que sólo debe implementarse cuando las densidades de potencia por rack son
bajas.
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Conclusión
Las verificaciones de rutina del sistema de enfriamiento de un centro de datos permiten identificar posibles
problemas de enfriamiento en una etapa temprana y ayudar a evitar períodos de inactividad. Tanto los
cambios en el consumo de potencia, como las actualizaciones y la ampliación de los equipos informáticos
pueden modificar la cantidad de calor generado en un centro de datos. Es muy probable que si se realizan
controles de integridad regulares, se identifique el impacto de esos cambios antes de que se convierta en un
problema de proporciones. Es posible lograr el entorno adecuado para una densidad de potencia dada
solucionando los problemas identificados a través de los controles de integridad que se especifican en este
informe interno. Para más información sobre soluciones de enfriamiento para densidades de potencia más
elevadas, consulte el Informe interno N° 42 de APC, “Diez soluciones de enfriamiento para ofrecer respaldo a
implementaciones con servidores de alta densidad".
Acerca del autor
Kevin Dunlap es Gerente de Marketing de Productos para la línea de Soluciones de Enfriamiento en
American Power Conversion (APC). Kevin se desempeña en el sector desde 1994, primero con un proveedor
de hardware y software para administración de energía y más tarde en APC, como Gerente de Productos.
Kevin ha participado en numerosos paneles del sector, además de agrupaciones y comisiones de la ASHRAE
dedicadas al tema de la administración térmica y economizadores eficientes de energía.
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Apéndice
Supuestos y especificaciones correspondientes a la Tabla 2
Los dos escenarios del ejemplo relativo al ahorro en costos de humidificación presentado en la Tabla 2 se
basan en los siguientes supuestos:
•
50 kW de cargas informáticas eléctricas que dan como resultado 50 kW de disipación de calor,
aproximadamente.
•
La temperatura del aire que retorna a la entrada de las unidades CRAC es de 72°F (22,2°C).
•
Un año de operación (en modalidad 7x24), lo cual es igual a 8760 horas.
•
Flujo volumétrico por unidad CRAC de 9000 cfm (4245 m por segundo).
•
Se requiere ventilación, pero a fin de simplificar el ejemplo se partió del supuesto de que el centro de
3
datos se encuentra completamente sellado: no hay infiltración ni ventilación.
•
El costo por kW/hora se supuso igual a US$ 0,08.
•
Las especificaciones de la unidad CRAC corresponden a la unidad FM50 de APC:
- Descarga inferior estándar
- Unidad enfriada con glicol (sin multicool ni economizador)
- Humidificador generador de vapor por electrodos (del tipo con contenedor plástico con ajuste
automático de nivel de agua a partir de la conductividad del agua)
- Capacidad del humidificador: 10 libras por hora (4,5 kg por hora)
- Consumo eléctrico del humidificador: 3,2 kW
- Tensión: 208 VCA.
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Lista de verificación para auditoría de esquemas de enfriamiento
Verificación de capacidad
Unidades CRAC
Modelo
Capacidad total
Cap. sensible
Cantidad
Unidad 1
Unidad 2
Unidad 3
Unidad 4
Unidad 5
Unidad 6
Unidad 7
Unidad 8
Unidad 9
Unidad 10
Capacidad utilizable total = SUM (Cap. Sensible x Cantidad)
Demanda de la carga térmica
Equipos informáticos Potencia total de carga inf. en vatios
Potencia nominal del sist. de energía en
vatios
UPS con batería
Potencia nominal del sist. de energía en
vatios
Distr. de energía
Espacio ocupado en pies cuadrados
o espacio ocupado en metros cuadrados
Iluminación
Nº máx. de personal en el centro de
datos
Personas
Subtotales anteriores
Total
Igual a potencia total de carga inf. en vatios
(0,04 x Potencia nominal del sist.) +
(0,06 x Potencia total de carga inf.)
(0,02 x Potencia nominal del sist.) +
(0,02 x Potencia total de carga inf.)
2,0 x espacio ocupado (pies2), o
21,53 x espacio ocupado (m2)
100 x Nº máx. de personal
Suma de los subtotales de
energía térmica producida
¿La capacidad es igual o mayor que la energía térmica producida?
Sí
No
Puntos de monitoreo de unidades CRAC
Suministro (promedio de tres puntos de monitoreo para cada una)
CRAC 1 ________
CRAC 2 ________
CRAC 3 ________
CRAC 4 ________
CRAC 5 ________
CRAC 6 ________
CRAC 7 ________
CRAC 8 ________
CRAC 9 ________
CRAC 10________
Promedios
aceptables: Temp.
68-75ºF (2025ºC), Humedad
40-55% R.H.
Dentro/fuera de márgenes de
tolerancia (marcar lo que corresponda)
Todas dentro del rango
1-2 fuera del rango
>2 fuera del rango
Retorno (promedio de tres puntos de monitoreo para cada una)
CRAC 1 ________
CRAC 2 ________
CRAC 3 ________
CRAC 4 ________
CRAC 5 ________
CRAC 6 ________
CRAC 7 ________
CRAC 8 ________
CRAC 9 ________
CRAC 10________
Promedios
aceptables:
Temp. 58-65ºF
(14-18ºC)
Dentro/fuera de márgenes de
tolerancia (marcar lo que corresponda)
Todas dentro del rango
1-2 fuera del rango
>2 fuera del rango
Circuitos de enfriamiento
Agua helada
Agua del condensador - Enfriamiento por agua
Agua del condensador - Enfriamiento por glicol
Enfriamiento por aire
45ºF (+/- 3ºF), 7,2ºC (+/- 1,7ºC)
Máx. 90ºF (32,2ºC)
Máx. 110ºF (43,3ºC)
Dentro/fuera de
márgenes de
tolerancia (marcar
lo que corresponda)
Si
Si
Si
Se recomienda la verificación por contratista calificado en HVAC
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No
No
No
Temperaturas en pasillos
Puntos de medición a 5 pies (1,5 m) del piso cada 4 racks (promedio por pasillo)
Pasillo 1 ________
Pasillo 2 ________
Pasillo 3 ________
Pasillo 4 ________
Pasillo 5 ________
Pasillo 6 ________
Pasillo 7 ________
Pasillo 8 ________
Pasillo 9 ________
Pasillo 10________
Promedios
aceptables: Temp.
68-75°F (20-25°C)
Dentro/fuera de márgenes de
tolerancia (marcar lo que corresponda)
Todas dentro del rango
1-2 fuera del rango
>2 fuera del rango
Temperaturas en pasillos
Puntos de medición a 5 pies (1,5 m) del piso cada 4 racks (promedio por pasillo)
R1 ____ R2 ____ R3 ____
R4 ____ R5 ____ R6 ____
R7 ____ R8 ____ R9 ____
R10 ____ R11____ R12 ____
R13 ____ R14____ R15 ____
R16 ____ R17____ R18 ____
R19 ____ R20____ R21 ____
R22 ____ R23____ R24 ____
R25 ____ R26____ R27 ____
R28 ____ R29____ R30 ____
R31 ____ R32____ R33 ____
R34 ____ R35____ R36 ____
R37 ____ R38____ R39 ____
R40 ____ R41____ R42 ____
R43 ____ R44____ R45 ____
R46 ____ R47____ R48 ____
R49 ____ R50____ R51 ____
R52 ____ R53____ R54 ____
R55 ____ R56____ R57 ____
R58 ____ R59____ R60 ____
R61 ____ R62____ R63 ____
R64 ____ R65____ R66 ____
R67 ____ R68____ R69 ____
R70 ____ R71____ R72 ____
R73 ____ R74____ R75 ____
R76 ____ R77____ R78 ____
R79 ____ R80____ R81 ____
R82 ____ R83____ R84 ____
R85 ____ R86____ R87 ____
R88 ____ R89____ R90 ____
Promedios
aceptables: Temp.
68-75°F (2025°C); las
temperaturas
desde la parte
sup. a la inf. de
cada rack no
deberían diferir en
más de 5ºF
(2,8ºC)
Dentro/fuera de márgenes de
tolerancia (marcar lo que corresponda)
Todas dentro del rango
1-2 fuera del rango
>2 fuera del rango
Circulación de aire
Verificar todas las losas perforadas (de corresponder), comparar con tolerancias
Medición de circ. de aire (verif.
de circ. positiva); un contratista calificado
en HVAC debería evaluar los volúmenes
Losas perforadas
Promedios
aceptables: =>
160 cfm/kW (75,5
l/s) /kW
Dentro/fuera de márgenes de
tolerancia (marcar lo que corresponda)
Todas dentro del rango
1-2 fuera del rango
>2 fuera del rango
Inspección de racks
Paneles de obturación
¿Hay instalados paneles de obturación en los espacios
del rack donde no hay equipos informáticos?
Dentro/fuera de
márgenes de
tolerancia (marcar lo
que corresponda)
Si
No
Si
No
Si
No
Si
No
Si
No
Si
No
Ruta de aire bajo el piso (de corresponder)
Obstrucciones visibles
¿Hay instalados paneles de obturación en los espacios
del rack donde no hay equipos informáticos?
Losas faltantes, huecos
y vacíos
¿Todas las losas se encuentran en su lugar? ¿Las aberturas
para cables se encuentran selladas adecuadamente?
Dentro/fuera de
márgenes de
tolerancia
(marcar lo que
corresponda)
Disposición de pasillos y losas
Posiciones de losas
perforadas
Losas faltantes, huecos
y vacíos
Disposición de pasillos
calientes y fríos
¿Hay instalados paneles de obturación en los espacios
del rack donde no hay equipos informáticos?
¿Las unidades CRAC están alineadas con los
pasillos calientes?
¿Existe separación entre los pasillos calientes y
fríos (los racks no están orientados en la misma dirección)?
Dentro/fuera de
márgenes de
tolerancia
(marcar lo que
corresponda)
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