À medida que as organizações de manufatura adotam inteligência artificial (IA) para potencializar análises avançadas e tomada de decisão automatizada, são necessárias técnicas de resfriamento mais eficientes nos data centers. À medida que o poder de processamento cresce, também aumenta a perda total de energia, o que aumenta a temperatura de operação nos racks. Isso mudou o foco no gerenciamento de calor eficaz e com eficiência energética para melhorar a eficiência geral do sistema.

Para lidar com o aumento do calor, os data centers estão substituindo e aprimorando os sistemas de resfriamento tradicionais que dependem de racks refrigerados a ar por abordagens refrigeradas a líquido, que podem ser de 50 a 1000 vezes mais eficientes.

Métodos para resfriamento ativo e vazão típica dentro do sistema

Há muito comprovado para aplicações de mainframe e jogos, o resfriamento líquido está se expandindo para proteger servidores montados em rack em data centers em todo o mundo. Alguns sistemas de refrigeração líquida podem reduzir os custos de energia em até 40%, reduzir o ruído do data center em 55% e reduzir os custos de infraestrutura elétrica em 89%.

A taxa de fluxo de água em um data center de IA pode variar amplamente com base no projeto do sistema de resfriamento, no tamanho do data center, na carga de calor gerada pelos servidores e na eficiência das tecnologias de resfriamento usadas.

• Sistemas de torre de resfriamento: Para grandes data centers, as torres de resfriamento são comumente usadas para dissipar o calor. A vazão de água nesses sistemas pode variar de centenas a milhares de galões por minuto (GPM). Um grande data center típico pode exigir taxas de fluxo na faixa de 500 a 5.000 GPM ou mais, dependendo da escala das operações e do clima local.
• Sistemas de água gelada: Os sistemas de água gelada circulam a água por meio de trocadores de calor para resfriar o ar, que é usado para resfriar os servidores. As taxas de fluxo nesses sistemas também podem variar, mas podem estar na faixa de 1.000 a 10.000 GPM para grandes data centers.
• Sistemas de resfriamento líquido direto (DLC): alguns data centers usam sistemas de resfriamento líquido direto onde a água (ou outro refrigerante) circula diretamente para os componentes do servidor. As taxas de fluxo aqui podem ser menores em comparação com as torres de resfriamento, geralmente variando de 10 a 100 GPM por unidade de resfriamento ou rack de servidor.

No entanto, o resfriamento líquido também pode apresentar alguns desafios de manutenção para garantir essa eficiência. Um fator primário que pode afetar a eficiência dos sistemas de refrigeração líquida é o crescimento de biofilme em placas frias. Biofilmes, comunidades de microrganismos que se ligam a superfícies sólidas, são comuns em reservatórios ou tanques de circulação onde a água pode ser aquecida.

O impacto da biocontaminação na eficiência hídrica

A água tem excelente condutividade térmica e disponibilidade. No entanto, também é suscetível à contaminação microbiana, principalmente porque transporta o calor das estantes para os tanques de recirculação e resfriamento. Se a água contiver matéria orgânica ou for exposta a contaminantes ambientais, ela pode se tornar um terreno fértil para bactérias e algas. Esses microrganismos podem formar biofilmes nas superfícies do sistema de resfriamento, reduzindo ainda mais a eficiência da transferência de calor e levando a bloqueios.

No caso de sistemas de refrigeração líquida direta, a qualidade da água torna-se ainda mais crítica. A água usada neste método de resfriamento pode conter impurezas como minerais, partículas e contaminantes biológicos. Essas impurezas podem levar a vários problemas, incluindo corrosão, entupimento e crescimento biológico dentro do sistema de refrigeração. Tais problemas podem comprometer a eficiência do processo de resfriamento, aumentar os custos de manutenção e até mesmo levar a falhas de hardware.

À medida que a água é ciclada por todo o sistema, a chance de biofilmes se desenvolverem e reduzirem a eficiência geral do sistema aumenta. A adição de desinfecção ultravioleta (UV) ao ciclo de recirculação permite que esses sistemas mantenham um nível de tratamento de água que garante um desempenho ideal.

Como funciona a desinfecção UV

A luz nos comprimentos de onda ultravioleta germicida (UVC), de 250 a 280 nanômetros (nm), desativa bactérias, vírus e outros micróbios, destruindo a informação genética dentro do DNA. A desativação desses micróbios evita a formação de uma matriz de biofilme - o que acaba levando à bioincrustação. A irradiação UVC oferece um método melhor para as opções de prevenção de biofilme, pois não é química e pode ser adaptada para manter um nível específico de qualidade da água. Esta é uma solução de tratamento comum para água potável - tanto no nível municipal centralizado quanto no ponto de uso.

As soluções baseadas em LED UVC apresentam uma solução ideal para manter a qualidade da água nesses sistemas de resfriamento ativos. Como fonte de luz de estado sólido, os LEDs UVC podem ser operados com um ciclo de trabalho para maximizar a desinfecção enquanto otimizam o consumo de energia e a vida útil.

A quantidade de radiação UVC necessária para atender a um nível de desempenho de desinfecção é chamada de dose UV necessária. A dose necessária para tratar a água não tratada será significativamente maior do que a dose necessária para manter um nível de desinfecção na água pós-tratamento. Além disso, embora a exposição contínua seja usada no tratamento de água corrente, embora sob demanda em sistemas baseados em LED UVC, estudos mostraram que o UV pulsado pode ser mais eficaz no controle de biofilmes. Isso significa que os sistemas baseados em LED podem fornecer tratamento de água confiável e consistente por anos com impacto mínimo no consumo de energia e nos custos de manutenção.

O resfriamento líquido, direto e indireto, não é simplesmente uma moda passageira, pois suas vantagens se tornaram mais atraentes a cada geração de equipamentos de TI. Como resultado, gerentes de instalações, gerentes de data center e engenheiros térmicos estão reconhecendo os méritos do resfriamento líquido e há uma tendência crescente em sua aplicação ao ambiente de TI.