Diferencias entre enfriamiento de precisión y de confort
*Por Alejandra Castellanos
Con frecuencia nos encontramos usuarios de centros de cómputo y/o de comunicación, con este tema, usuarios que hoy día utilizan equipos diseñados para el confort humano, ¿cuántas veces nos encontramos equipos de confort llamados típicamente “mini Split” que son de aplicación residencial enfriando sitios de misión critica?, parte de nuestro trabajo es ser un asesor confiable y diseñar una solución especifica dependiendo la aplicación. Responder preguntas acerca de estas diferencias y resolver objeciones en cuanto al costo inicial de un equipo de confort (capex) contra uno de precisión (opex), así como exponer los beneficios en disponibilidad y confiabilidad, son puntos que deben de ser manejados adecuadamente.
Aquí los principales puntos diferenciales:
La cargas electrónicas generan calor sensible (calor seco, sin contenido de humedad), a diferencia del calor latente generado por las cargas típicas de un sistema de confort, esta condición cambia significativamente la demanda del sistema de enfriamiento y por lo tanto la capacidad requerida. Existen dos tipos de enfriamiento: Latente y sensible. Enfriamiento latente es la capacidad del sistema de aire acondicionado de remover o abatir humedad, esto es importante en las aplicaciones típicas de enfriamiento de confort, como edificios de oficinas, tiendas departamentales o instalaciones donde hay una alta densidad de personas usando dichas instalaciones, el foco del enfriamiento latente es mantener un balance confortable de temperatura y humedad para las personas que trabajan y visitan este tipo de inmuebles. Estas instalaciones tienen frecuentemente puertas que llevan directamente al exterior y hay una cantidad considerable de entrada y salida de personas, a diferencia del enfriamiento sensible, donde la capacidad del sistema de aire acondicionado es remover calor que puede ser medido por un termómetro. Los centros de datos generan mucho más calor pie cuadrado que un ambiente típico de confort, un centro de datos no está ocupados por una alta densidad de personas, incluso, en la mayoría de los casos hay un acceso limitado. Los sistemas de aire acondicionado de confort tienen una relación de calor sensible de 0.6 a 0.70, esto significa que están dedicados en 60 o 70 porciento a abatir la temperatura y 30 a 40 porciento dedicado a abatir la humedad, en cambio los ambientes de centro de datos requieren una relación de calor sensible de 0.80 a 0.90 para un enfriamiento efectivo y eficiente, es decir, el aire acondicionado de precisión está diseñado para una relación sensible de 0.85 a 1, esto significa que 80 a 100 por ciento de su esfuerzo está enfocado al enfriamiento y 0 al 20 por ciento a remover humedad. En otras palabras los Centros de datos, tienen mínima necesidad de enfriamiento latente y requiere mínima cantidad de remoción de humedad. Lo cual lo hace una elección apropiada para un centro de datos/equipo electrónico.
La densidad de calor en sistemas electrónicos es, entre tres y cinco veces mayor que una instalación típica de confort, esta relación es incremental. Para ejemplificarlo, se requiere una tonelada de confort de capacidad de aire acondicionado (12,000BTU/hr o 3413 W) para 250-300 pies cuadrados de espacio de oficina, esto significa 15 W por pie cuadrado, en contraste, una tonelada de capacidad en aire acondicionado de precisión es requerida por cada 50-100 pies cuadrados de espacio de centro de datos. Lo cual significa mas de 75 Watts por pie cuadrado. Esto es un número promedio que va incrementando año tras año, algunos sitios pueden tener densidades tan grandes como 200-300 Watts por pie cuadrado. Desde el punto de vista de flujo de aire, los sistemas de precisión, como mencionamos, son diseñados para manejar mayores densidades de carga en centros de datos, un sistema de aire acondicionado de precisión logra una mayor relación de calor sensible, ayudando a mantener el objetivo de temperatura y humedad y contribuye a una mejor filtración de aire vía el movimiento que es significativamente mayor en cuanto a volumen de aire desplazado. Los aires acondicionados de precisión proveen típicamente de 500 a 900 pies cúbicos por minuto (CFM) por tonelada de enfriamiento, en contraste con los 350 a 400 CFM típicamente entregados por un aire de confort.
Ignorar el impacto de la humedad puede resultar en un problema serio a largo plazo, incluyendo el daño de equipos y otros recursos. Un rango óptimo de humedad para un ambiente de sistemas electrónicos es de 45-50 porciento. Un nivel mayor de humedad puede corroer los circuitos, los cuales pueden ocasionar fallas de equipos o mal funcionamiento, en el otro extremo del espectro, la baja humedad puede causar descargas estáticas que pueden interferir con la operación normal de los equipos, este es un escenario mas común en los centros de datos, desde que es típicamente enfriado 24×7, creando menores niveles de humedad. Los sistemas de confort típicamente no tienen control de humedad, lo cual hace más difícil mantener una humedad relativa estable, incluso si se añaden los controles y componentes necesarios, tendrían que ser ajustados para operar como un sistema completo. El aire acondicionado de precisión tiene operaciones multi-modo para proveer un rango propio de enfriamiento, humidificación y deshumidificación, esto los hace mucho más adecuados para los bajos niveles de tolerancia de fluctuación de humedad en centros de datos
Incluso pequeñas cantidades de polvo y otras partículas pueden dañar y almacenarse en los componentes electrónicos. La mayoría de los filtros utilizados en sistemas de aire acondicionado de uso residencial tiene el 10% eficiencia, haciéndolos inadecuados para un ambiente centro de datos, los filtros de un sistema de precisión tienen un mayor porcentaje de eficiencia (20-30 porciento), compatible con las normas de diseño.
Los sistemas de aire acondicionado de confort están diseñados para operar 8 horas por día y 5 días a la semana, esto significa unas 1,200 hrs por año, asumiendo que el enfriamiento es requerido solo en meses de verano, mientras que la mayoría de los centros de datos requieren disipación de calor 24 hrs los 365 días por año sin importar las condiciones exteriores. Los sistemas de precisión y sus componentes están diseñados para cumplir con esta demanda y operar continuamente 8,760 horas por año, incluyendo ventiladores y componentes de conmutación y control.
El costo inicial es mayor en un sistema de precisión que en un sistema de confort, sin embargo una comparación adecuada resulta de la diferencia en los costos de operación, haciendo referencia del punto anterior, la resultante de tener operando un equipo de confort a marchas forzadas de 8,760 horas por año resulta en un deterioro anticipado del equipo, ya que no fue diseñado para estar encendido esta cantidad de horas, adicional un sistema de aire acondicionado de confort deberá ser dimensionado de mayor capacidad (recordado la relación de calor sensible que tiene que abatir, ver el punto 1), si se desea abatir determinada cantidad de calor sensible generado por el equipo electrónico, se debería sobredimensionar un equipo de confort resultando en mayor consumo energético,
Los sistemas críticos requieren disponibilidad y confiabilidad, es decir acompañado al equipo debe de existir el soporte técnico necesario ante una contingencia, lo cual, a veces resulta difícil de obtener en un equipo comercial. Es importante que los sistemas operen de forma continua, y que el desempeño este ajustado específicamente al control del ambiente de sistemas críticos para el cual fue implementado. Dentro de las principales características de un sistema de precisión, es tener mayor redundancia interna y de sus componentes, permitiéndole continuar operando ante un evento de falla. El servicio, adicional al equipo es muy importante, los profesionales técnicos deben estar preparados para proveer servicios emergentes, tener la sensibilidad de operar un sistema crítico y aplicar las normas de trabajo en un ambiente de estas características.
Tendencias y retos del gerenciamiento térmico. Los dispositivos de comunicación, procesamiento y almacenamiento incrementan su capacidad día a día, proporcionalmente incrementa la densidad de carga térmica por pie cuadrado, lo cual exige que las aplicaciones cada día se adapten a condiciones heterogéneas, siendo no solo el equipo y la capacidad determinantes para un correcto enfriamiento, sino también la ingeniería de detalle que pueda adaptar diferentes configuraciones de equipos a las necesidades particulares de un sitio. Adicional, incrementan los retos en ahorros de energía y optimización de recursos, llevando a los fabricantes y diseñadores a buscar e innovar en este rubro siempre y cuando no se comprometa lo más importante de un centro critico: La operación continua y confiable.
* La autora es Directora de canales y empresas en Emerson Network Power
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