La purificación del fluido de refrigeración por inmersión en centros de datos se está volviendo cada vez más crítica a medida que la refrigeración por inmersión pasa de aplicaciones de nicho a una arquitectura principal en el diseño moderno de centros de datos. Las instalaciones que utilizan sistemas de refrigeración basados en fluidos pueden lograr ahorros energéticos de hasta el 97%, reducir de forma significativa la huella física y mantener temperaturas óptimas y estables en los procesadores, pero solo cuando el propio fluido se mantiene dentro de las especificaciones. Antes de analizar por qué la purificación es importante, conviene comprender la magnitud del problema que la refrigeración por inmersión fue diseñada para resolver.

Los centros de datos modernos se encuentran entre las instalaciones con mayor consumo energético del planeta. Solo en Estados Unidos, representan aproximadamente el 2% del consumo total de electricidad, y una sola instalación grande puede consumir tanta energía al día como una ciudad de unas 9.000 personas. Una parte significativa de esa energía -entre el 2–6% y hasta el 60–70% según la instalación- no se utiliza para computación, sino para refrigeración. Esto convierte la gestión térmica en uno de los retos de ingeniería más importantes en el diseño de centros de datos actuales. La refrigeración por inmersión aborda este problema directamente: al sumergir las placas de servidores en fluidos no conductores, se eliminan ventiladores, disipadores y materiales de interfaz térmica, transfiriendo el calor de forma eficiente al líquido. Sin embargo, mantener estas ventajas a lo largo del tiempo depende de la purificación sistemática del fluido de refrigeración por inmersión en centros de datos.

Cómo funciona la refrigeración por inmersión

La refrigeración por inmersión elimina el calor al sumergir directamente las placas de circuito impreso en un fluido no conductor. El calor generado por los componentes se transfiere directamente y de forma eficiente al fluido, eliminando la necesidad de componentes activos de refrigeración como interfaces térmicas, disipadores y ventiladores. Este enfoque mejora la eficiencia energética y aumenta la densidad de servidores en los racks. El calor recuperado también puede reutilizarse en innovaciones posteriores.

Sistemas de una fase y de dos fases

Los fluidos de refrigeración pueden utilizarse en dos sistemas: de una fase o de dos fases. La diferencia radica en si ocurre una transición de fase, es decir, si el fluido se convierte en vapor. En un sistema de una fase, el fluido circula mediante una bomba adicional y no se convierte en vapor. Para estos sistemas se eligen fluidos con puntos de ebullición altos (por encima de 80°C / 176°F).

Un sistema de dos fases no requiere bomba en el mismo sentido y utiliza la transición de fase como mecanismo de transferencia térmica, lo que lo hace generalmente más eficiente.

Para una correcta selección del fluido, debe considerarse todo el rango de temperatura de operación. Por ejemplo, si un equipo semiconductor opera entre -40…104°F (-40…40°C), el fluido no debe hervir a 40°C (104°F). Al mismo tiempo, en el enfriador puede alcanzar -50°C (-58°F). Dado que muchos tanques de expansión son ventilados, el aire se satura con vapor del fluido, por lo que la única forma de reducir las pérdidas en cada ciclo térmico es disminuir la presión de vapor del fluido mediante una selección adecuada con mayor punto de ebullición.

Un sistema de dos fases utiliza un tanque con placas de servidor lleno de Novec, con un punto de ebullición de 61°C (141.8°F). Cuando los procesadores generan calor, el fluido hierve y el vapor asciende a la parte superior del tanque. Allí, una bobina de enfriamiento con agua condensa el vapor y lo devuelve al estado líquido. El fluido retorna al tanque sin necesidad de bombas, lo que permite ahorrar hasta un 95% de energía con pérdidas mínimas de fluido.

Las placas de circuito diseñadas para refrigeración por inmersión no incluyen disipadores ni almohadillas térmicas, lo que permite una mayor densidad de componentes. En algunos casos, los procesadores pueden funcionar a niveles superiores -por ejemplo, un ASIC de 500W puede alcanzar 750W.

Resultados en el mundo real

Supercomputadoras de Intel y SGI utilizan tecnología de refrigeración por inmersión de 3M, logrando valores de eficiencia energética (PUE) de 1.02–1.03. El supercomputador Suiren (“nenúfar”), desarrollado por la empresa japonesa PEZY Computing y ExaScaler Inc., utiliza refrigeración de una fase basada en fluidos de 3M. Esto lo colocó en la lista Green500 de los sistemas de cómputo más eficientes del mundo, ranking que evalúa operaciones por vatio. En 2014 alcanzó el segundo lugar con 4.95 Gflops/W y un consumo de 37.38 kW.

En Estados Unidos, la eficiencia energética de los centros de datos gubernamentales está regulada por una orden ejecutiva de 2015 que exige un PUE inferior a 1.5, con objetivos de 1.2–1.4 para nuevas instalaciones. En 2014, 3M recibió la Medalla de Bronce Edison de IEEE por su tecnología de refrigeración con fluido Novec de dos fases.

Por qué es importante el estado del fluido

Los fluidos dieléctricos como los fluidos de ingeniería Novec ofrecen propiedades excepcionales desde su fabricación: no son inflamables, no explosivos, químicamente estables, compatibles con metales, plásticos y elastómeros, y con perfiles de baja toxicidad. Están diseñados como fluidos “secos”, en los que los componentes permanecen limpios y sin residuos, a diferencia del aceite mineral, que se adhiere a las superficies y degrada los aislamientos.

Sin embargo, estas ventajas se reducen cuando el fluido se contamina. Las partículas disminuyen la calidad del aislamiento eléctrico, la humedad altera el comportamiento de ebullición en sistemas de dos fases y acelera la oxidación, y los gases disueltos reducen la conductividad térmica. En el caso de fluidos fluorados de alto coste, la contaminación también representa una pérdida económica significativa.

Por esta razón, la purificación del fluido de refrigeración por inmersión en centros de datos debe considerarse una disciplina de mantenimiento esencial, no una tarea secundaria.

GlobeCore CMM-LT: equipos para purificación de fluidos

Como solución para operadores de centros de datos con refrigeración por inmersión, CMM-LT de ofrece equipos diseñados para el mantenimiento de fluidos dieléctricos de alta pureza en condiciones exigentes.

Cada unidad CMM-LT combina procesamiento al vacío y filtración multietapa en una plataforma compacta y móvil:

El fluido pasa primero por filtros mecánicos que eliminan contaminantes sólidos.
Luego atraviesa una zona de calentamiento que reduce la humedad mediante evaporación.
Después entra en una etapa de desgasificación al vacío, donde se eliminan gases disueltos y vapores de humedad.
La filtración final hasta 0,3 micras garantiza la pureza del fluido.

La serie CMM-LT está disponible en cinco capacidades: CMM-1LT, CMM-2.2LT, CMM-4LT, CMM-6LT y CMM-8LT, con un rango de 1 a 8 m³/h (4.4 a 35.2 GPM). Todas las unidades están montadas sobre plataformas móviles para facilitar su uso en instalaciones y diseñadas para una operación sencilla.

Aunque originalmente fue desarrollada para aceites de transformadores, turbinas, sistemas hidráulicos y compresores, la tecnología de vacío y filtración del sistema se aplica directamente a la purificación del fluido de refrigeración por inmersión en centros de datos, donde es necesario controlar partículas, humedad y gases disueltos en fluidos dieléctricos de alto valor.

Caso de negocio de la purificación continua

Los centros de datos con refrigeración por inmersión ya se benefician de menores costes energéticos y menor huella física. Sin embargo, estas ventajas solo se mantienen si el fluido de refrigeración se conserva dentro de especificaciones.

Fluidos como 3M Novec, Shell S5X y Solvay son materiales costosos. En lugar de desechar el fluido degradado, la mayoría de operadores lo reciclan mediante destilación para eliminar contaminantes y subproductos. La purificación in situ con sistemas como CMM-LT prolonga la vida útil del fluido, reduce la frecuencia de reemplazo completo y mantiene el rendimiento térmico y dieléctrico del sistema.

Para instalaciones que buscan valores de PUE de 1.2–1.4 o mejores, la purificación del fluido de refrigeración por inmersión en centros de datos no es opcional, sino una base operativa esencial.

La refrigeración por inmersión está redefiniendo la gestión térmica en centros de datos, reduciendo componentes, espacio y consumo energético. En el centro de este sistema se encuentra el fluido dieléctrico, que debe mantenerse continuamente para garantizar eficiencia, fiabilidad y rendimiento a largo plazo.