Os data centers são o núcleo da infraestrutura tecnológica global e desempenham um papel fundamental no armazenamento e processamento de dados pessoais, empresariais e de organizações de todos os tipos. Em 2021, houve um aumento de 23% no tráfego da internet em todo o mundo, e estima-se que até 2025 a quantidade de dados globais aumente para mais de 180 zettabytes. Com esse crescimento exponencial no consumo e geração de dados, surge a necessidade de aumentar a densidade de servidores nos data centers. No entanto, esse aumento também resulta em um maior consumo de energia e na geração de uma grande quantidade de calor, o que ressalta a importância dos sistemas de resfriamento nesse cenário, considerando que os equipamentos devem funcionar de forma contínua, 24 horas por dia, 7 dias por semana.

De acordo com Pablo Ruiz, vice-presidente de Serviços de Campo da região de Iberia na Schneider Electric, os centros de dados desempenham um papel crucial na estratégia de digitalização e na construção de um futuro mais sustentável. Atualmente, o consumo de energia nessas operações de missão crítica representa entre 1% e 1,5% do consumo elétrico global. No entanto, com a taxa de crescimento atual, estima-se que até 2025 esse número possa chegar a 6%. Portanto, é vital concentrar mais esforços em melhorar a eficiência energética dos equipamentos de processamento e resfriamento, com o objetivo de reduzir o consumo e alcançar um equilíbrio entre a energia utilizada e a gerada ou perdida.

De fato, estima-se que aproximadamente 40% da energia consumida em um centro de dados seja destinada aos sistemas de refrigeração, os quais são responsáveis por manter um ambiente com temperatura controlada durante todo o dia. Por isso, para garantir que o mundo continue conectado, investir em sistemas de resfriamento eficientes, projetados para extrair o calor gerado pelos servidores e manter a temperatura dentro dos níveis adequados da forma mais econômica possível, deve ser uma das prioridades dos gestores que buscam um desempenho ótimo e evitam problemas como superaquecimento, interrupções e redução da vida útil dos servidores.

Na década crucial para a eficiência energética, conforme a Agência Internacional de Energia, testemunhamos avanços significativos e uma maior preocupação por parte dos fabricantes no design de equipamentos com melhores índices de eficiência. A indústria de refrigeração está se adaptando e evoluindo para enfrentar os desafios e aproveitar as oportunidades que o setor enfrenta, impulsionando a crescente demanda por soluções de climatização de baixo carbono em um cenário de aquecimento global e alta densidade de dados nas operações de missão crítica ao redor do mundo.

O fim do uso do ar?

O resfriamento por ar ainda é a opção mais tradicional e amplamente utilizada em centros de dados. Ele se baseia no uso de unidades de ar condicionado e sistemas de ventilação para distribuir ar frio na operação e extrair o ar quente gerado pelos equipamentos. Embora seja uma solução comprovada e confiável, Mario Vasconcelos, Diretor de Contas Empresariais de Vendas na Vertiv, destaca que pode ser menos eficiente energeticamente em comparação com outros métodos de resfriamento e apresenta certas desvantagens. "Uma das primeiras limitações encontradas no resfriamento por ar é o espaço que ocupa, pois esse tipo de refrigeração requer uma infraestrutura adequada, como dutos de ar, ventiladores e condicionadores de ar, que ocupam um espaço significativo dentro do centro de dados", comenta o executivo.

"Além disso, o resfriamento por ar requer uma quantidade maior de energia para resfriar os equipamentos no centro de dados, o que aumenta os custos operacionais. Por sua vez, em data centers com um grande número de racks e equipamentos, pode haver uma distribuição desigual do ar frio, resultando em áreas que recebem resfriamento insuficiente, o que pode gerar pontos quentes e aumentar o risco de falhas nos equipamentos. Isso pode levar a um maior consumo de energia e a desafios adicionais para manter as temperaturas sob controle. Tudo isso pode ser traduzido como um impacto negativo no meio ambiente, especialmente se a energia utilizada provém de fontes não renováveis", conclui Vasconcelos.

Atualmente, existem tecnologias inovadoras que combinam distribuição eficiente de ar e gerenciamento inteligente de energia para alcançar resfriamento efetivo e reduzir o consumo de energia. Isso é especialmente relevante, pois os sistemas de resfriamento representam um dos maiores consumidores de eletricidade em centros de dados.

Além disso, alguns centros de dados começaram a investir em resfriamento por imersão usando combustíveis vegetais como alternativa. Um exemplo notável é a multinacional Cargill, que lançou no ano passado o NatureCool, um refrigerante de imersão sustentável e eficiente feito com óleo de soja, com o objetivo de substituir os fluidos à base de petróleo em centros de dados. Segundo a empresa, essa solução de resfriamento pode reduzir o consumo de energia em até 60% em comparação com os sistemas convencionais de resfriamento por ar.

No entanto, mesmo considerando tudo isso, a pergunta persiste: qual solução de resfriamento escolher? Os especialistas têm opiniões divergentes, e estamos longe de ter uma única e definitiva decisão. A resposta depende e pode variar de acordo com o tamanho do centro de dados, o espaço disponível para os equipamentos, a densidade, a localização geográfica e a disponibilidade de recursos das empresas que operam essas infraestruturas críticas.

Além disso, também é verdade que, para um centro de dados que está em operação há algum tempo, trocar todo o sistema de resfriamento de ar para soluções de resfriamento líquido não só é caro, mas muitas vezes inviável, pois muitas instalações não foram projetadas levando em consideração a possibilidade de uma mudança nos sistemas de resfriamento.

Dessa forma, embora haja um claro avanço no uso e criação de novas tecnologias baseadas em resfriamento líquido e por imersão, os sistemas de resfriamento por ar continuam sendo predominantes na maioria dos centros de dados ao redor do mundo. Tanto fabricantes quanto clientes mostram cautela ao adotar novas abordagens de resfriamento, seja pela falta de familiaridade, percepção de risco ou necessidade de justificar o investimento adicional.

Segundo Pedro Nascimento, Consultor de Resfriamento de Salas na Altice Portugal, "implementar e manter um sistema de resfriamento por ar em um centro de dados é mais simples em comparação com um sistema de resfriamento a água, que é mais complexo e, às vezes, requer mais espaço devido ao tamanho e tipologia dos dutos, bem como à quantidade de componentes necessários". No entanto, à medida que a densidade dos racks aumenta, os sistemas de resfriamento por ar podem se tornar insuficientes. Nesses casos, o resfriamento líquido se torna uma alternativa viável para centros de dados com alta carga térmica, como os hyperscales.

O futuro é líquido

Para Mario Vasconcelos, Diretor de Contas Empresariais de Vendas na Vertiv, "está comprovado que o resfriamento líquido oferece várias vantagens em comparação com o resfriamento a ar, o que representa um avanço não apenas no impacto ambiental que isso pode causar, mas também nos avanços tecnológicos. Partimos do pressuposto de que a água ou outros líquidos têm uma capacidade de calor muito maior do que o ar, o que significa que eles podem absorver e dissipar calor de maneira mais eficiente, resultando em menor consumo de energia e custos operacionais em comparação com o resfriamento a ar. Ao manter as temperaturas mais baixas e estáveis, o resfriamento líquido pode ajudar a melhorar o desempenho e a vida útil dos equipamentos nos Centros de Processamento de Dados (CPDs)."

Nesse sentido, de acordo com a Vertiv, a refrigeração líquida apresenta cinco principais benefícios para infraestruturas de alta densidade:

• Melhora o desempenho de TI: a refrigeração líquida melhora a confiabilidade e o desempenho de TI ao evitar o superaquecimento das CPUs e permitir que sistemas de alta densidade operem em seu máximo desempenho sem reduzir sua voltagem e frequência de clock.
• Melhora na eficiência energética: permite economias significativas de energia ao ter propriedades de transferência térmica superiores ao ar e eliminar a necessidade de ventiladores.
• Sustentabilidade: a refrigeração líquida reduz o consumo de energia nos data centers, melhora a eficiência (PUE) e permite o reaproveitamento do calor capturado, reduzindo a demanda nos sistemas de aquecimento do prédio.
• Maximização do uso do espaço: a refrigeração líquida permite maximizar o espaço no data center, evitando expansões ou novas construções, além de suportar aplicações de borda com alta demanda de processamento em espaços limitados.
• Menor custo de propriedade: de acordo com a ASHRAE, a refrigeração líquida em data centers pode melhorar o custo total de propriedade por meio de maior densidade, maior uso de resfriamento gratuito e melhor desempenho por watt.

A OVHcloud se junta à lista de empresas que se beneficiam das soluções de resfriamento líquido. Desde 2003, a empresa reconhece as vantagens da menor resistência térmica da água em comparação com a refrigeração a ar. Como resultado, eles desenvolveram, utilizaram e aprimoraram um sistema de refrigeração líquida para dissipar eficientemente o calor residual gerado pelos processadores, que são os componentes que consomem mais energia nos servidores. Graças a essa tecnologia, eles conseguiram melhorar significativamente a eficiência e o desempenho de seus sistemas de resfriamento, permitindo manter uma temperatura ideal e reduzir o consumo de energia.

Principais métodos de refrigeração líquida

1. Resfriamento líquido direto (DLC): esse método envolve o uso de um líquido refrigerante para resfriar diretamente os componentes quentes, como processadores e placas gráficas, nos servidores. O líquido é distribuído por meio de tubos ou canais específicos, absorvendo o calor e levando-o a uma unidade de refrigeração. O resfriamento líquido direto permite uma dissipação de calor mais eficiente e pode ajudar a reduzir significativamente a temperatura dos componentes. Segundo a Vertiv, esse método de resfriamento pode eliminar aproximadamente 70-75% do calor gerado pelo equipamento no rack.
2. Resfriamento líquido indireto (ILC): nessa abordagem, o líquido refrigerante não entra em contato direto com os componentes quentes do servidor. Em vez disso, um trocador de calor é utilizado para transferir o calor dos componentes para o líquido refrigerante. O líquido refrigerante circula por um sistema fechado e é resfriado em uma unidade de refrigeração externa antes de ser recirculado novamente.
3. Imersão em líquido (immersion cooling): essa técnica envolve a imersão completa dos componentes eletrônicos em um líquido dielétrico especializado, não condutor e não corrosivo, para resfriá-los. O líquido dielétrico tem alta capacidade de absorção e dissipação de calor, permitindo um resfriamento eficiente dos equipamentos. Além disso, o resfriamento por imersão elimina a necessidade de ventiladores e reduz o ruído gerado pelos sistemas de resfriamento tradicionais. No entanto, requer um projeto especializado e considerações adicionais de segurança.
4. Resfriamento por placa traseira (Rear Door Cooling): essa abordagem envolve a instalação de uma unidade de resfriamento na parte traseira dos racks de servidores. A unidade utiliza um sistema de circulação de líquido refrigerante para extrair o calor dos componentes quentes. O ar quente gerado pelos servidores encontra-se com a unidade de resfriamento, onde o calor é dissipado antes de ser recirculado novamente. O resfriamento por placa traseira é uma solução relativamente fácil de implementar e é especialmente útil em data centers onde não é possível expandir ou modificar a infraestrutura existente.

Em geral, introduzir o resfriamento líquido em um data center resfriado a ar requer um planejamento cuidadoso e uma engenharia adequada. No entanto, cada vez mais operações estão investindo na transição e optando por soluções que aumentam a eficiência e reduzem os custos operacionais a longo prazo. Assim, é provável que nos próximos anos ocorra uma maior adoção da tecnologia de resfriamento líquido em data centers à medida que seu desenvolvimento continua e os desafios associados são abordados, como a necessidade de maior eficiência energética, o aumento na densidade dos equipamentos e uma crescente conscientização ambiental em todo o mundo.