O que considerar ao selecionar sensores de pressão para sistemas de resfriamento líquido em Data Centers
Os data centers são o centro do mundo digital, mas, à medida que a inteligência artificial transforma a computação, essas instalações operam com temperaturas cada vez mais elevadas. Os sistemas tradicionais de resfriamento a ar têm dificuldade para acompanhar a crescente densidade dos servidores, o que resulta em aumento dos custos de energia, perda de eficiência e paradas operacionais de alto custo.
Para enfrentar esse desafio, o resfriamento líquido surgiu como uma solução altamente eficiente, capaz de remover o calor de forma muito mais eficaz e permitir uma densidade computacional superior àquela para a qual os sistemas convencionais de resfriamento a ar foram projetados.
A Ashcroft, parte do grupo da Nagano Keiki Co., Ltd., é referência em tecnologias de medição e sensoriamento de pressão desenvolvidas para manter sistemas de resfriamento líquido seguros, eficientes e confiáveis. Com décadas de experiência em aplicações industriais exigentes, a Ashcroft ajuda operadores de data centers a selecionar a instrumentação de pressão e temperatura mais adequada para garantir uma transição segura e eficiente para métodos avançados de resfriamento.
Leia este artigo para entender como funciona o resfriamento líquido, conhecer os diferentes tipos de sistemas disponíveis, descobrir as vantagens em relação ao resfriamento a ar e entender os principais fatores a serem considerados na implementação dessa tecnologia.
O que é o resfriamento líquido e como ele funciona?
O resfriamento líquido utiliza sistemas de refrigeração especialmente projetados para absorver e transportar o calor dos componentes críticos de um data center, oferecendo uma alternativa mais eficiente ao resfriamento a ar. Essa tecnologia vem se tornando cada vez mais importante à medida que os racks atingem densidades de potência que o ar, por si só, já não consegue dissipar adequadamente. Ao transferir o calor por meio de um líquido, capaz de remover calor milhares de vezes mais eficientemente do que o ar, os operadores podem alcançar maior desempenho e eficiência energética.
Esses sistemas estão disponíveis em diferentes configurações, cada uma desenvolvida para aplicações e objetivos de desempenho específicos. As duas principais configurações são o resfriamento Direct-to-Chip (D2C) e o resfriamento por imersão (Immersion Cooling), que podem operar em sistemas monofásicos ou bifásicos.
Resfriamento Direct-to-Chip (D2C)
Nos sistemas Direct-to-Chip, placas frias (cold plates) ou dissipadores de calor são instalados diretamente sobre CPUs, GPUs e outros componentes que geram altas temperaturas. Essas placas absorvem o calor e o transferem para um fluido refrigerante em circulação, que conduz essa energia térmica até um trocador de calor externo.
Esse método oferece um resfriamento preciso e direcionado, sendo ideal para a modernização de áreas de alta densidade em instalações já existentes.
A Amazon Web Services (AWS) implementou o resfriamento Direct-to-Chip em racks com potência superior a 80 kW, garantindo desempenho estável sem a necessidade de um fluxo de ar excessivo. A Microsoft é outro exemplo de empresa que vem migrando do resfriamento tradicional a ar para o resfriamento líquido.
Resfriamento por Imersão (Immersion Cooling)
O resfriamento por imersão consiste em submergir servidores inteiros em um fluido dielétrico não condutivo. Esse fluido absorve o calor diretamente de todas as superfícies dos equipamentos e o transfere para um trocador de calor.
Essa abordagem elimina a necessidade de ventiladores nos servidores, reduz os níveis de ruído e diminui significativamente o consumo de energia. Além disso, suporta ambientes de altíssima densidade computacional, tornando-se uma excelente opção para aplicações de Inteligência Artificial (IA) e Computação de Alto Desempenho (HPC).
A DataCenter Magazine também destaca a adoção do resfriamento por imersão por diversas empresas e estima uma redução superior a 90% no consumo de energia destinado ao resfriamento, especialmente em ambientes de treinamento de IA com elevada geração de calor.
Tanto nos sistemas Direct-to-Chip quanto nos de resfriamento por imersão, o fluido refrigerante aquecido circula por um Sistema de Circulação de Fluido Refrigerante (Coolant Circulation System) em circuito fechado, composto por tubulações e trocadores de calor.
Em seguida, o calor é dissipado para o ambiente externo ou transferido para um circuito secundário de refrigeração para reaproveitamento, podendo inclusive ser utilizado no aquecimento de edifícios.
A circulação em circuito fechado mantém o fluido refrigerante limpo, evita contaminações e garante um desempenho consistente e confiável do sistema.
Quais desafios cada tipo de sistema de resfriamento líquido apresenta?
Embora o resfriamento líquido ofereça inúmeras vantagens, cada tipo de sistema apresenta desafios específicos que os operadores precisam enfrentar.
Resfriamento Direct-to-Chip (D2C): Estudos publicados pela ASHRAE mostram que as placas frias (cold plates) de cobre podem se degradar devido aos esforços mecânicos e térmicos, resultando em corrosão, vazamentos ou obstruções que comprometem o fluxo do fluido refrigerante e a confiabilidade do sistema. Transmissores de pressão são capazes de detectar pequenas variações de pressão que indicam problemas em estágio inicial, antes que afetem o desempenho térmico, proporcionando maior precisão e confiabilidade.
Resfriamento por Imersão (Immersion Cooling): Um estudo da ScienceDirect destaca que sistemas de resfriamento por imersão monofásicos exigem canais de circulação do fluido refrigerante bem projetados para minimizar perdas de pressão e manter a eficiência. Sensores de pressão permitem monitorar continuamente o desempenho do fluxo do fluido e podem alertar os operadores sobre degradação do refrigerante, contaminação ou obstruções.
Sistemas de Circulação do Fluido Refrigerante: Pesquisas da ASME sobre Unidades de Distribuição de Fluido Refrigerante (Coolant Distribution Units – CDUs) mostram que diferenças de pressão entre bombas, manifolds e placas frias podem comprometer o desempenho do sistema de resfriamento sob diferentes condições de carga. Sensores de pressão em tempo real ajudam a identificar essas anomalias precocemente, permitindo a realização de manutenção preventiva e evitando paradas não planejadas.
Figura 1: Papel dos Sensores de Pressão nos Sistemas de Resfriamento Líquido
O que considerar em um sensor de pressão para sistemas de resfriamento líquido
Independentemente da configuração, os sensores de pressão desempenham um papel fundamental para manter os circuitos de resfriamento estáveis, eficientes e seguros. Eles funcionam como um sistema de alerta antecipado, ajudando os operadores a manter a pressão das bombas, detectar vazamentos ou obstruções e gerenciar rápidas variações de pressão causadas por mudanças de temperatura ou transições de fase.
Ao escolher um transmissor de pressão para sistemas de resfriamento líquido, vários fatores importantes devem ser considerados:
Precisão e Repetibilidade: Pequenas alterações de pressão podem indicar problemas em desenvolvimento. O instrumento deve fornecer leituras precisas e consistentes ao longo do tempo, sem necessidade de recalibrações frequentes.
Estabilidade a Longo Prazo: Os sistemas de resfriamento operam continuamente em condições de alta demanda. O transmissor deve resistir ao desvio de medição e manter sua precisão por milhões de ciclos, reduzindo o tempo de inatividade.
Durabilidade Ambiental: Vibrações provenientes das bombas, variações de temperatura e picos rápidos de pressão são comuns nesses sistemas. O instrumento deve suportar essas condições sem perda de desempenho.
Compatibilidade e Integração: O sensor deve se adaptar fisicamente à instalação, oferecer os tipos corretos de conexão e funcionar perfeitamente com os sistemas de monitoramento da instalação.
Ao selecionar sensores de pressão que atendam a esses requisitos, os operadores garantem que seus sistemas de resfriamento líquido operem com eficiência, protejam ativos de TI valiosos e mantenham a disponibilidade mesmo nos ambientes mais exigentes.
Por exemplo, o Transmissor de Pressão Ashcroft® S1 OEM foi desenvolvido com foco em precisão e repetibilidade. Utilizando a avançada tecnologia Chemical Vapor Deposition (CVD), o S1 fixa sensores de deformação de polissilício diretamente a um diafragma de aço inoxidável, garantindo medições consistentes e confiáveis. Ele também possui calibração TruAccuracy™ de fábrica, permitindo que os operadores obtenham desempenho preciso sem necessidade de ajustes em campo. Seu design compacto é ideal para monitoramento em nível de rack, onde o espaço é limitado, mas a precisão é essencial.
O Transmissor de Pressão Ashcroft® G2 foi projetado para oferecer estabilidade de longo prazo e alta durabilidade ambiental. Seu elemento sensor robusto de filme fino de polissilício, comprovado em campo, proporciona excelente resistência a choques, vibrações e sobrepressão, tornando-o ideal para instalações em nível de infraestrutura e áreas com alta vibração próximas a bombas ou unidades de distribuição. O G2 fornece dados confiáveis e repetíveis mesmo em condições severas, garantindo que o desempenho do fluido de resfriamento permaneça estável por milhões de ciclos.
Na prática, os operadores podem utilizar o S1 em nível de rack, próximo às placas frias (cold plates), e o G2 em nível de instalação, próximo às bombas e manifolds, criando uma visão completa do desempenho do circuito de resfriamento, desde a entrada até a saída do sistema.
Figura 2: Destaques dos Sensores de Pressão Ashcroft® para Resfriamento Líquido
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Os instrumentos certos fazem toda a diferença em sistemas de resfriamento líquido. Com sensores de pressão precisos e confiáveis, você pode evitar paradas dispendiosas, proteger seus investimentos em TI e manter seu data center operando com desempenho máximo.
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