Os desafios e considerações de segurança da integração do resfriamento por imersão no projeto, construção e/ou operação do Data Center requerem atenção especial.

Isso é especialmente importante no que se refere aos fluidos de resfriamento usados e aos perigos associados à implantação dessa nova tecnologia.

O resfriamento por imersão, também conhecido como “resfriamento líquido direto”, é uma técnica usada para resfriamento de computadores, baterias e motores quando componentes elétricos e eletrônicos, incluindo servidores e dispositivos de armazenamento, são principalmente ou totalmente submersos em um refrigerante líquido termicamente condutor, mas eletricamente isolante.

No entanto, apesar dos benefícios, existem desafios e considerações de segurança preocupantes que devem ser abordados. Como a água comum é condutora eletricamente e pode danificar equipamentos eletrônicos, líquidos dielétricos são necessários para evitar choque elétrico e danos ao equipamento.

Além disso, devido à quantidade de calor gerada na computação de alta densidade e IA, o líquido dielétrico usado precisa ter uma alta capacidade de calor específico, condutividade térmica e deve ser não inflamável ou ter um ponto de fulgor suficientemente alto para reduzir o risco de incêndio.

Outra consideração é a disponibilidade do líquido dielétrico no mercado comercial, pois deve haver um suprimento suficiente do líquido dielétrico para suportar uma grande operação de Data Center e garantir operações ininterruptas.

Finalmente, na seleção de um fluido de resfriamento, longevidade, compatibilidade, baixo peso, faixa de temperatura, custo, viscosidade, sustentabilidade e tendências/riscos legais são considerações que também devem ser abordadas.

Hidrocarbonetos vs. fluorocarbonetos

Em geral, os líquidos dielétricos usados em processos de resfriamento por imersão em um Data Center se enquadram em duas categorias: hidrocarbonetos e fluorocarbonetos.

Os hidrocarbonetos são compostos orgânicos que contêm carbono e hidrogênio (ligações CH), enquanto os fluorocarbonos, como substâncias perfluoroalquil (PFAS) ou “produtos químicos para sempre”, são compostos altamente estáveis com carbono e flúor (ligações CF).

Esses líquidos dielétricos são normalmente usados em aplicações monofásicas e bifásicas, que são simplesmente diferenciadas pelo fato de o líquido de resfriamento se transformar ou não em gás durante o ciclo de resfriamento.

O reconhecimento, a avaliação e os controles proativos e robustos de riscos são essenciais ao implementar sistemas de resfriamento por imersão em um Data Center.

Além dos perigos tradicionais, por exemplo, pontos de esmagamento, trabalho em altura, superfícies quentes e respingos, o resfriamento por imersão introduz várias considerações de segurança adicionais e exclusivas.

Um perigo primário é o potencial de acidentes elétricos e exposições devido ao equipamento elétrico, bem como a proximidade de fluidos de resfriamento a componentes energizados, especialmente os servidores submersos que podem gerar fluoreto de hidrogênio (HF), um gás tóxico, se ocorrer um arco elétrico.

Como tal, é essencial reconhecer e abordar esses riscos por meio de estudos e medidas abrangentes de segurança elétrica, incluindo técnicas de isolamento e isolamento.

Outro perigo primário está relacionado à escolha do próprio fluido de resfriamento, que requer uma consideração cuidadosa, pois alguns fluidos dielétricos podem representar riscos à saúde e ao meio ambiente. Os efeitos a longo prazo do uso de “produtos químicos para sempre” no meio ambiente, nos animais e na saúde humana ainda são relativamente desconhecidos.

A Hierarquia de Metodologia de Controle NIOSH

Uma vez identificados e priorizados os perigos, o uso da Metodologia de Hierarquia de Controle NIOSH é um método eficaz para reduzir os riscos associados ao resfriamento por imersão.

Por exemplo, os riscos de perigos relacionados ao fluido de resfriamento podem ser mitigados por meio da implementação de sistemas de ventilação modificados/personalizados, controles ambientais e procedimentos rígidos de manuseio para controlar suficientemente o ambiente de trabalho.

Também é necessário treinamento abrangente para o pessoal que manuseia os fluidos de resfriamento, enfatizando procedimentos operacionais seguros e protocolos de resposta a emergências para garantir um ambiente de trabalho seguro. Ao realizar avaliações e avaliações abrangentes de riscos, juntamente com a adoção de medidas robustas de controle de riscos, seu Data Center pode aproveitar os benefícios do resfriamento por imersão enquanto prioriza a segurança do equipamento e do pessoal.

Apesar desses perigos, o resfriamento por imersão está provando ser um método eficaz para remover o calor em ambientes de Data Center e tem algumas vantagens de segurança, o que o torna uma escolha atraente em certas circunstâncias, como segue:

• Hardware: O método de submergir componentes de hardware em um líquido dielétrico minimiza o risco de superaquecimento, proporcionando gerenciamento térmico aprimorado. Isso pode levar a uma maior confiabilidade geral do sistema e a uma probabilidade reduzida de falhas de hardware devido a problemas relacionados ao calor, bem como a redução dos ciclos gerais de manutenção para o pessoal.
• Eficiência Energética/Conservação de Água: A melhoria da eficiência energética e a redução do uso de água são pontos positivos notáveis, pois podem apoiar as iniciativas e compromissos de sustentabilidade da empresa. Da mesma forma, os sistemas de resfriamento por imersão, operando em temperaturas mais baixas do que seus equivalentes tradicionais refrigerados a ar, também promovem um ambiente de trabalho mais seguro.
• Prevenção de incêndio: A natureza fechada e selada das configurações do sistema de resfriamento por imersão reduz o risco de acúmulo de poeira e o potencial de incêndios elétricos, melhorando o perfil geral de segurança, enquanto o líquido dielétrico usado em sistemas de resfriamento por imersão pode funcionar como um supressor de incêndio natural, fornecendo uma camada adicional de proteção.

Os benefícios de segurança do resfriamento por imersão, incluindo melhor regulação térmica, risco reduzido de falhas de hardware, melhorias na eficiência energética e economia total de água e maior segurança contra incêndio, o tornam uma escolha atraente em cenários onde essas considerações são primordiais.

Considerações adicionais

Embora o resfriamento por imersão pareça ser altamente eficiente e ofereça benefícios notáveis, vários desafios e preocupações de segurança ainda merecem uma consideração cuidadosa, como segue:

• Uso de energia: Mesmo com as vantagens de densidade de rack desses enormes Data Centers de gigawatts e o potencial para PUEs ultrabaixos, o resfriamento por imersão consome uma quantidade enorme de energia, o que não se alinha com as iniciativas e compromissos de sustentabilidade da empresa.
• Peso/Massa: O aumento de peso associado às configurações do sistema de resfriamento por imersão é significativo, pois o líquido dielétrico adiciona massa substancial ao sistema. Esse peso adicional pode representar desafios em relação à integridade estrutural e transportabilidade segura. Qualquer construção e retrofit de sistema de resfriamento por imersão deve incluir uma análise estrutural para garantir que o piso do Data Center possa suportar o peso do equipamento, tanques e fluido de resfriamento, bem como um plano de transportabilidade seguro. Além disso, qualquer pensamento de elevar os sistemas de resfriamento por imersão para um segundo andar ou superior de um Data Center requer consideração e atenção especiais do ponto de vista da segurança.
• Monitoramento de hardware/ambiental: A necessidade de hardware especializado e monitoramento ambiental para garantir a segurança do pessoal, bem como a compatibilidade dos sistemas de resfriamento por imersão, pode aumentar significativamente os custos, tornando-o uma opção menos economicamente viável para algumas aplicações.
• Aquisição: Os contratos com fornecedores podem precisar de modificações e/ou as garantias podem ser anuladas/comprometidas, pois o equipamento pode não ter sido projetado ou testado para resfriamento por imersão, enquanto o equipamento pronto é caro para atender às especificações operacionais e de segurança.
• Espaço: Os requisitos de espaço para configurações de sistemas de resfriamento por imersão também são consideráveis, exigindo áreas dedicadas com infraestrutura adequada. Medidas seguras de transportabilidade e dispositivos de elevação também são necessários porque os racks normalmente ficam horizontalmente dentro dos tanques, em vez de verticalmente, e os servidores precisam ser levantados para dentro/para fora dos tanques para instalação, substituição, manutenção e/ou serviço.
• Vazamentos/derramamentos: O risco de vazamentos ou derramamentos do fluido de resfriamento apresenta preocupações adicionais, não apenas para o hardware em si, mas também para o pessoal e o equipamento ao redor. Como tal, a manutenção e a limpeza tornam-se um aspecto crítico, exigindo atenção meticulosa para prevenir e resolver vazamentos prontamente, aumentando a complexidade operacional geral e possíveis preocupações de segurança.
• Nenhum método e procedimentos de teste aprovados: Os desafios de segurança são ainda mais complicados pelo fato de que não há métodos e procedimentos de teste aprovados pelo governo para a maioria dos líquidos dielétricos; outros produtos químicos devem servir como substitutos para monitorar os limites de exposição, o que cria incerteza com os níveis de exposição ocupacional (OELs).
• Sem Limite de Valor – Limite de Exposição de Curto Prazo (TLV-STEL): A maioria dos líquidos dielétricos não tem TLV-STEL. Assim, o Comitê TLV da Conferência Americana de Higienistas Industriais Governamentais (ACGIH) aconselha o controle de exposições de pico de curto prazo acima da Média Ponderada no Tempo TLV (TLV-TWA) para substâncias sem TLV-STEL, mesmo que o TLV-TWA de oito horas esteja dentro dos limites recomendados. Limitar a alta exposição de curto prazo destina-se a evitar efeitos adversos agudos à saúde resultantes de exposições transitórias durante um turno de trabalho.
• Modelagem e Monitoramento de Higiene Industrial/Dinâmica de Fluidos Computacional: Como os líquidos dielétricos se transformam em gás no resfriamento por imersão bifásico e podem ser liberados no salão do Data Center por meio de ventilação, tampas de tampa abertas, etc., é importante formalizar e documentar os OELs dos trabalhadores, bem como os padrões de vapor do gás para garantir a segurança do pessoal.
• Produtos químicos para sempre: Como observado acima, o uso de “produtos químicos para sempre” em aplicações de resfriamento por imersão introduz possíveis preocupações ambientais e de saúde porque os efeitos de longo prazo no meio ambiente, nos animais e na saúde humana ainda são relativamente desconhecidos, e alguns desses compostos são persistentes ao longo do tempo e resistentes à degradação, levantando possíveis preocupações de toxicidade. É importante, no entanto, que ainda se desconhece muito sobre esses produtos químicos.
• Legislação Emergente / Tendências Legais: Em escala global, a legislação emergente e as tendências legais não parecem positivas para “produtos químicos para sempre”. Na verdade, várias grandes empresas interromperam a pesquisa de resfriamento por imersão e/ou a produção de “produtos químicos para sempre” por causa dos efeitos colaterais potencialmente tóxicos, potencial de contaminação ambiental generalizada e os processos multibilionários associados que acompanham a produção e/ou uso desses produtos.

Simplificando, o resfriamento por imersão parece ser altamente eficaz e, na superfície, é relativamente seguro. No entanto, existem limitações à sua aplicabilidade. O resfriamento por imersão ainda apresenta muitas incógnitas e riscos de segurança, que podem eventualmente afetar sua praticidade e utilidade. Como tal, do ponto de vista da segurança, o júri ainda não decidiu sobre o resfriamento por imersão.