La refrigeración líquida se ha convertido en la opción preferida en la industria de los centros de datos para servidores de alta densidad y cargas de trabajo avanzadas.

El tipo de líquido utilizado varía de un sistema a otro, pero con una capacidad térmica mucho mayor que cualquier otro líquido y una conductividad térmica impresionante, el agua es un excelente refrigerante.

Sin embargo, su desventaja se debe a una ley básica de la física: el agua se congela. Las tuberías congeladas son un desastre en cualquier situación, desde la fontanería doméstica hasta el motor de un coche o los sistemas de refrigeración de un centro de datos. Pero a diferencia de una tubería congelada en una casa, en el circuito de refrigeración de un centro de datos, no se puede simplemente limpiar el sistema con agua caliente. Ahí es donde entra en juego el anticongelante.

¿Para qué sirve el anticongelante?

El anticongelante impide que el agua del circuito principal del sistema de refrigeración se congele si la temperatura exterior baja demasiado. También es fundamental si los servidores dejan de funcionar, ya que evita que el agua se congele en ausencia del calor que suele proporcionar el hardware.

“En esencia, el anticongelante es glicol”, afirma Peter Huang, vicepresidente global de gestión térmica de centros de datos de la petrolera Castrol. “El porcentaje de glicol depende de la temperatura ambiente. Cuanto más frío sea el ambiente, mayor será el porcentaje de anticongelante de glicol que se debe utilizar”.

En un ambiente muy frío, el porcentaje de glicol puede alcanzar hasta el 50%. En Canadá, según Huang, los operadores utilizan porcentajes de hasta el 40% para evitar que los sistemas de refrigeración líquida se congelen. Además de las concentraciones, existen diferentes variedades de anticongelante.

El primero es el propilenglicol (PG) y el segundo, el etilenglicol (EG). Si bien el EG es mucho más eficaz para la refrigeración, es una sustancia química tóxica con numerosos efectos secundarios potencialmente peligrosos relacionados con la exposición. El PG es menos tóxico y más respetuoso con el medio ambiente, pero mucho menos eficiente como refrigerante. Esto significa, según Huang, que sus credenciales ecológicas son objeto de debate, ya que un refrigerante menos eficaz aumenta la cantidad de electricidad utilizada para bombear el agua por el circuito cerrado para enfriar los chips.

Aunque tradicionalmente se ha centrado en lubricantes para vehículos, Castrol ha expandido su negocio de centros de datos en los últimos años, con una gama de fluidos refrigerantes para diferentes sistemas, así como anticongelantes. Sus productos se comercializan según el tipo de glicol que contienen y su concentración, pero cabe destacar que, según Huang, el producto no suele enviarse como producto terminado. Para ahorrar en costos de energía y envío, el glicol se envía concentrado. Una vez recibido en el centro de datos, se puede mezclar con agua.

También es importante controlar la cantidad de anticongelante en un sistema, ya que el líquido no puede simplemente dejarse sin usar. Huang afirma que Castrol recomienda a sus clientes tomar muestras cada 50 a 100 días, ya que el anticongelante puede evaporarse, especialmente en climas secos y cálidos. "La mayoría de las recargas se realizan en el circuito de refrigeración principal", añade.

Frío y roto

"La refrigeración es una ecuación compleja", explica Huang, "y depende del chip, la densidad y el sistema en su conjunto. Los climas fríos pueden considerarse una gran ventaja para el sector de la refrigeración, pero hacen que los sistemas de refrigeración líquida sean susceptibles a la congelación."

Aquí es donde el anticongelante se convierte en una parte importante del panorama.

Las regiones frías como los países nórdicos suelen ser aclamadas como la solución de la industria de los centros de datos para las crecientes necesidades energéticas de los sistemas de refrigeración. Operadores en países como Noruega destacan su sostenibilidad, la reducción de los gastos de capital y operativos, y la mejora de la eficiencia, todo ello gracias al enfriamiento gratuito, es decir, al uso de la temperatura del aire exterior para enfriar el fluido refrigerante.

En 2024, Hydro Hash, empresa de centros de datos de criptomonedas con sede en Montana, sufrió una interrupción del suministro eléctrico tras una caída de las temperaturas de -6 °C a -34 °C en poco más de 24 horas. Su instalación de 1 MW se quedó sin suministro eléctrico, lo que provocó la congelación del sistema de refrigeración del bloque de agua.

Huang, de Castrol, explica que los operadores pueden ahorrar una cantidad considerable utilizando refrigeración gratuita directa e indirecta, eliminando así la necesidad de enfriadores mecánicos. Por ejemplo, en Islandia, la temperatura ambiente promedia está por debajo de los 15 °C, por lo que puede utilizarse para la refrigeración gratuita, aunque señala que los operadores de centros de datos no diseñan instalaciones que utilicen exclusivamente refrigeración gratuita directa.

Y aunque el anticongelante es más necesario en climas fríos, los centros de datos que operan en regiones más templadas aún deben considerarlo una parte importante de sus sistemas de enfriamiento.

Huang afirma que el factor más importante al diseñar un sistema de refrigeración es la "temperatura de suministro", es decir, la temperatura que debe tener el fluido refrigerante al llegar al rack para refrigerar eficazmente el hardware. Esto se puede calcular calculando a la inversa. Por ejemplo, si el cliente desea que la temperatura del agua de entrada a los racks sea de 26 °C, la temperatura del agua en el circuito principal debe rondar los 20 °C, lo que significa que la temperatura ambiente debe rondar los 15 °C.

Una alternativa al anticongelante

En la actualidad, Huang cree que no existe una alternativa emergente al anticongelante. Mientras el agua siga siendo el mejor fluido conductor del calor y la refrigeración líquida sea necesaria en el centro de datos, el anticongelante es la única solución para evitar sorpresas indeseadas por congelamiento.

Sin embargo, LRZ München, el centro de supercomputación de las universidades de Múnich y la Academia Bávara de Ciencias y Humanidades, ha implementado una alternativa a los sistemas anticongelantes a base de glicol, utilizando nitrógeno. La universidad decidió adoptar un nuevo enfoque para el anticongelante, en parte debido a su ubicación junto al río Isar. El glicol es particularmente tóxico para la vida marina, por lo que una fuga al río podría tener consecuencias más que perjudiciales.

Hiren Gandhi, asistente científico de LRZ München, explica que el sistema utiliza agua purificada. En comparación con una solución de agua y glicol, la capacidad calorífica y la conductividad térmica del agua pura son mayores, y la viscosidad del fluido es menor, por lo que se requiere menos energía para bombear el líquido por el sistema. "No es ningún secreto", afirma.

Si la temperatura ambiente alcanza el punto de congelación, el agua se drena inmediatamente y se introduce nitrógeno por las tuberías. «Si usamos aire por las tuberías, el oxígeno las corroerá. Por eso, usamos nitrógeno», explica Gandhi.

Con la presión del nitrógeno que entra en las tuberías, se drena toda el agua. Gandhi dice también que el sistema está diseñado "solo para situaciones de emergencia" y se activa cuando los servidores dejan de funcionar. Si los servidores no están caídos, pueden suministrar suficiente calor para que el agua nunca se congele, incluso con temperaturas exteriores gélidas.

Esto ha permitido a LRZ München, según Gandhi, lograr un ahorro energético del 30 al 40 por ciento. "El sistema podría implementarse en centros de datos más grandes", afirma, "ya que es fácilmente escalable, aunque la obtención y el almacenamiento de nitrógeno en grandes cantidades no están exentos de problemas".

Todavía queda por ver si surgirán alternativas viables al anticongelante a base de glicol para los operadores comerciales, pero con cada vez más tuberías que llenan las nuevas generaciones de centros de datos de IA, mantener el flujo de agua nunca ha sido más importante.

_{Este reportaje ha sido traducido y editado al español por Gabriel Carrillo M-Feduchi}