Medição da degradação do fluido em sistemas de refrigeração à base de glicol líquido para data centers

Tabela de conteúdo

• Conheça
• Sistemas de refrigeração e refrigerante
• Refrigeração à base de líquido
• Resfriamento líquido direto no chip
• Resfriamento por imersão
• Monitoramento e controle
• Rheonics sensor
• Instalação de sensor
• HPT-12G (válido apenas para SRV)
• IFC-34N (variantes disponíveis para SRV e SRD)
• FET Tri-Clamp camiseta cotovelo
• Referências

À medida que os data centers aumentam em densidade e demanda computacional, as arquiteturas tradicionais de refrigeração a ar enfrentam cada vez mais dificuldades para atender aos requisitos de gerenciamento térmico, eficiência energética e confiabilidade. O resfriamento por circuito de recirculação de líquido — utilizando água ou misturas de água e glicol como principal meio de transporte de calor — emergiu como uma das soluções mais eficientes e escaláveis. Torna-se, então, crucial monitorar continuamente o desempenho do resfriamento, o que pode ser alcançado, entre outros métodos, avaliando as características do fluido refrigerante em linha. Características como degradação térmica, concentração de glicol, contaminação, bioincrustação, níveis de Brix, ponto de congelamento, etc., podem ser rastreadas por meio de medições diretas com RheonicsSensores de densidade e viscosidade em linha.

A função básica de um sistema de refrigeração é remover o calor de um local e transferi-lo para outro, tornando o local original mais frio. O calor flui naturalmente de áreas mais quentes para áreas mais frias por meio de condução (contato sólido), convecção (movimento de fluidos) e radiação (ondas eletromagnéticas).

• Sistemas de refrigeração: Esses sistemas dependem de um fluido refrigerante que passa por mudanças de fase — evaporação para absorver calor e condensação para rejeitar calor — como em chillers, condicionadores de ar e bombas de calor.
• Sistemas de calor sensível: Esses sistemas dependem de transferência de calor sensível Utilizando líquidos refrigerantes ou ar em vez de fluidos refrigerantes. Normalmente, esses sistemas consistem em dois circuitos:
• a. Um circuito primário que utiliza um fluido para absorver calor da fonte.
• b. Um circuito secundário que remove o calor do fluido primário aquecido. O circuito secundário geralmente é um sistema de refrigeração ou um sistema externo de rejeição de calor, como torres de resfriamento ou resfriadores a seco, que liberam o calor para o ambiente.

A principal vantagem do resfriamento à base de líquido é que O líquido é muito mais eficiente que o ar. quando se trata de transferência de calor. Isso faz resfriamento puramente líquido Essencial para centros de dados modernos de alta densidade, especialmente aqueles que suportam Inteligência Artificial e Computação de Alto Desempenho (HPC).

Os circuitos de recirculação de líquidos (LRLs) oferecem:

• Maior capacidade de calor comparado ao ar
• Menor energia de bombeamento para o mesmo transporte de calor
• Maior estabilidade térmica
• Compatibilidade com soluções de resfriamento direto no chip (D2C) e por imersão.

Tanto o resfriamento D2C quanto o resfriamento por imersão são sistemas de recirculação que utilizam um circuito primário para absorver o calor e um circuito secundário para dissipá-lo.

O resfriamento D2C consiste na recirculação de líquido refrigerante diretamente sobre os componentes mais quentes de um data center, normalmente CPUs e GPUs, utilizando pratos frios por cima deles. O fluido utilizado nos circuitos primário e secundário é água pura deionizada (DI) ou uma mistura desta com glicol.

O propilenoglicol (PG) é atualmente o fluido refrigerante preferido para ser misturado com água, pois é atóxico, não inflamável, não contribui para o aquecimento global e oferece desempenho ideal em comparação com outras alternativas de fluido secundário. O PG possui menor condutividade térmica e maior viscosidade do que a água pura, portanto, a mistura de glicol e água resultará em menor troca de calor e exigirá mais energia para ser bombeada. No entanto, o PG tem um ponto de congelamento mais baixo e um ponto de ebulição mais alto do que a água, sendo utilizado quando há risco de congelamento ou evaporação da água deionizada na tubulação. O PG também evita a formação de bactérias na tubulação de água.

A tecnologia D2C (direto ao consumidor) é frequentemente escolhida por sua integração mais fácil em data centers de grande escala já existentes (como os de hiperescala), onde o hardware de TI é projetado para operar com água gelada padrão ou fluidos não condutores especializados, e uma temperatura de fornecimento mais baixa é desejada para uma alta margem de segurança.

O resfriamento por imersão está ganhando popularidade em data centers de altíssima densidade. Ele requer a imersão completa do data center ou dos racks de CPUs e GPUs em um fluido dielétrico, como óleo mineral ou fluidos sintéticos. O calor é então transferido dos racks para o fluido por condução e convecção. A forma como o fluido é recirculado para manter a temperatura desejada para o resfriamento define o tipo de resfriamento por imersão.

O resfriamento por imersão monofásico mantém o fluido sempre em estado líquido utilizando um circuito secundário, geralmente através de um trocador de calor, com líquido ou ar. Misturas de glicol e água são comuns no circuito secundário.

O resfriamento por imersão bifásico consiste na transformação do fluido do estado líquido para o vapor por dissipação. Uma serpentina condensadora, localizada na parte superior do tanque de imersão, retém o vapor líquido e reduz sua temperatura graças a um circuito secundário que o transforma novamente em fase líquida, permitindo que o líquido retorne ao tanque.

O resfriamento por imersão é altamente eficaz para operar em temperaturas de entrada do líquido refrigerante mais elevadas Como todo o servidor fica submerso, o resfriamento é uniforme em todos os componentes, eliminando pontos quentes. Essa temperatura operacional mais elevada é um fator importante para sua alta eficiência energética.

O controle dos fluidos refrigerantes é feito nas Unidades de Distribuição de Fluido Refrigerante (CDUs). Estas são essenciais para manter a eficiência do resfriamento, garantindo circulação, pressão e distribuição de fluxo constantes. Elas são integradas a controladores externos para gerenciar a velocidade das bombas, válvulas, alarmes e lógica de redundância.

Os sensores em linha são essenciais para o Prognóstico e Gerenciamento de Saúde (PHM), permitindo que os operadores monitorem diretamente a saúde e a concentração do fluido refrigerante.

Parâmetros-chave monitorados no LRL (especialmente o circuito glicol-água):

• Temperatura de entrada/retorno: Fundamental para determinar a carga térmica e a eficiência do sistema.
• Vazão e pressão diferencial da bomba: Indicadores-chave de energia de bombeamento (PUE) e possíveis bloqueios (incrustações).
• Concentração de glicol: sensores de densidade e viscosidade São úteis para monitorar com precisão a porcentagem de glicol. Isso é fundamental porque:
• Ele verifica a concentração de glicol e ponto de congelamento do líquido refrigerante.
• Permite o cálculo do taxa de fluxo de massa real e garante que a bomba não desperdice energia tentando vencer uma viscosidade excessiva.
• Condutividade e qualidade da água: Mede a pureza e o potencial de corrosão da água (especialmente em circuitos de água deionizada), pois mesmo traços de contaminantes podem danificar os componentes.

Rheonics Os sensores de densidade e viscosidade em linha são baseados na tecnologia de Ressonador Torsional Balanceado (BTR), que mede as propriedades do fluido por contato direto e avaliação dos efeitos do fluido na frequência de ressonância e no amortecimento do ressonador.

Rheonics Sensores em linha, como o viscosímetro em linha SRV e o medidor de densidade e viscosidade em linha SRD, são adequados para monitorar fluidos de transferência de calor, como refrigerantes de glicol-água e óleos minerais em sistemas de resfriamento D2C e por imersão.

O método da Rheonics As vantagens são:

• Compacidade: Rheonics As sondas de sensor são pequenas e compactas, o que as torna ideais para montagem flexível em espaços reduzidos, como racks, linhas de recirculação de líquido refrigerante e tanques de imersão.
• Robustez: O sensor opera independentemente do fluxo do fluido, da baixa temperatura ou de fluidos multifásicos: água suja, produtos de corrosão, biofilme e partículas dispersas no fluido podem se apresentar como um pequeno ruído nas leituras; no entanto, o sensor é capaz de medir a viscosidade e a densidade do fluido de forma confiável.
• Sem necessidade de manutenção: Não possui peças móveis que possam gerar desvios durante a vida útil do sensor.

Integrar o Rheonics sonda do sensor em tubos de polímero ou tubos de aço inoxidável usando Rheonics Células de fluxo em linha e weldolets ou conexões e flanges padrão.

Esta pequena célula de fluxo requer um volume mínimo de fluido e possui conexões com rosca macho G1/2” na entrada e na saída. A vedação é feita com FKM ou FFKM (para altas temperaturas). O-Ring. Veja a página do produto.

Esta célula de fluxo possui variantes disponíveis para Rheonics SRV e SRD. Possui conexões fêmeas NPT de 3/4”, sendo a escolha ideal para tubulações de pequeno diâmetro, especialmente de 3/4” ou 1”. Veja IFC-34N-SRV e IFC-34N-SRD.

Disponível nos tamanhos 1.5”, 2” e 3”, este acessório utiliza Tri-Clamp Conexões na entrada, saída e porta da sonda. Veja a página do produto.

Peça de carretel em T FTP

Disponível em tamanhos de 2 polegadas ou maiores, esta célula posiciona a sonda perpendicularmente ao fluxo do fluido, mantendo as zonas mortas mínimas. Veja a página do produto.

Instalação direta de Rheonics É possível utilizar sondas SRV e SRD nas linhas principais ou de alimentação do líquido refrigerante com weldolets, tais como:

WOL-34NL (adequado para SRV e SRD)

HAW-12G-OTK (Válido para SRV e SRD), FKM ou FFKM (para alta temperatura) é usado para criar uma vedação de conexão.

Entendendo as Unidades de Distribuição de Fluido Refrigerante (CDUs) para Refrigeração Líquida