Monitorización de la presión en sistemas de refrigeración líquida para centros de datos de IA

Los centros de datos con IA están cambiando la forma en que se supervisan los sistemas de refrigeración.

El rápido crecimiento de la inteligencia artificial, la computación mediante GPU y la computación de alto rendimiento está aumentando la densidad de calor dentro de los centros de datos modernos.

A medida que aumenta la densidad de computación, la refrigeración líquida se vuelve cada vez más importante para las infraestructuras de IA de alta densidad. A diferencia de los sistemas de refrigeración por aire convencionales, las arquitecturas de refrigeración líquida introducen una red de fluidos adicional que debe gestionarse cuidadosamente.

Un centro de datos típico con refrigeración líquida puede incluir:

• Unidades de distribución de refrigerante (CDU)
• Sistemas de agua de las instalaciones
• Sistemas de refrigeración de tecnología o circuitos de refrigeración secundarios
• Zapatillas
• Tuberías de suministro y retorno
• Colectores de distribución
• Platos fríos
• Dispositivos de monitorización de caudal, presión y temperatura
• Sistemas de detección de fugas

En estos sistemas, el rendimiento de refrigeración depende no solo de la temperatura del refrigerante sino también de caudal y presión hidráulica en todo el circuito de refrigeración.

Schneider Electric señala que los servidores de IA refrigerados por líquido requieren condiciones específicas de flujo, presión y temperatura de entrada del refrigerante, mientras que la unidad de control de refrigeración (CDU) es la responsable de proporcionar dichas condiciones.

Esto convierte la medición de la presión en una parte importante de la arquitectura de monitorización general.

Por qué la presión es importante en un sistema de refrigeración líquida para centros de datos de IA

La presión proporciona información sobre el estado hidráulico del circuito de refrigeración.

El refrigerante debe circular por tuberías, válvulas, conectores, filtros, colectores y placas frías antes de regresar a la unidad de distribución de refrigerante. Cada componente ofrece cierto grado de resistencia al flujo.

Schneider Electric explica que cada componente del sistema de refrigeración —incluidas tuberías, válvulas, conectores, caudalímetros, sensores de presión y placas frías— contribuye a la caída de presión total del circuito. A medida que aumenta el caudal, también aumenta la caída de presión.

Por lo tanto, la monitorización de la presión en puntos seleccionados ayuda a los integradores de sistemas a comprender si el sistema hidráulico está funcionando dentro de su rango previsto.

Los datos de presión pueden ser útiles para:

• Monitoreo de las condiciones de las líneas de suministro y retorno
• Observación de las condiciones de funcionamiento de la bomba
• Evaluación de las diferencias de presión a través de un circuito de refrigeración
• Gestión de distribución de refrigerantes de apoyo
• Proporcionar información a los sistemas de control CDU o PLC.
• Identificar condiciones hidráulicas anormales para su posterior investigación.

Sin embargo, la presión no debe considerarse de forma aislada. Una arquitectura de monitorización de refrigeración fiable normalmente combina la presión con el caudal, la temperatura y la detección de fugas.

Vertiv describe las CDU modernas como sistemas que monitorean y controlan parámetros incluidos temperatura, presión y caudal para mantener el funcionamiento del sistema de refrigeración líquida.

¿Dónde se pueden instalar los transmisores de presión?

La ubicación exacta de los sensores depende de la arquitectura de la unidad de control de refrigeración (CDU), del diseño del circuito de refrigeración y de los requisitos del fabricante del servidor.

Sin embargo, varias posiciones suelen ser relevantes.

1. Línea de suministro de la CDU

La línea de suministro de la CDU distribuye el refrigerante acondicionado hacia los bastidores de servidores o los colectores de refrigeración.

Un transmisor de presión instalado en el lado de suministro puede proporcionar información continua sobre la presión que la unidad de distribución de refrigerante (CDU) suministra a la red de refrigeración secundaria.

Esta medición puede utilizarse junto con los valores de caudal y temperatura para proporcionar al sistema de control una comprensión más clara del estado del suministro de refrigerante.

En el caso de los equipos informáticos refrigerados por líquido, los fabricantes suelen especificar requisitos de presión diferencial y caudal que dependen de la configuración. ASHRAE señala que estos valores varían según el equipo, la temperatura del agua y la carga térmica.

2. Línea de retorno de la CDU

Tras absorber el calor de las placas frías del servidor, el refrigerante regresa a la unidad de control de refrigeración (CDU).

La monitorización de la presión en la línea de retorno proporciona un punto de referencia adicional para evaluar el estado hidráulico de la red de refrigeración.

Cuando se mide la presión tanto en el lado de suministro como en el de retorno, los valores también pueden servir de base para analizar las diferencias de presión entre las distintas partes del sistema.

Esto resulta especialmente útil porque la red de refrigeración secundaria contiene múltiples componentes que generan pérdidas de presión.

3. Entrada y salida de la bomba

Las bombas son las responsables de mantener la circulación del refrigerante.

La medición de la presión en los lados de entrada y salida de una bomba puede proporcionar datos operativos útiles para el control y la puesta en marcha.

Por ejemplo, la información de presión relacionada con la bomba se puede evaluar junto con:

• Caudal de refrigerante
• Velocidad de la bomba
• Temperatura de suministro
• Temperatura de retorno
• Carga del sistema

El objetivo no es simplemente medir un valor de presión, sino comprender cómo responde el sistema hidráulico cuando cambia la demanda de refrigeración.

En los diseños modernos de unidades de refrigeración (CDU), las bombas pueden ajustar las condiciones del refrigerante según los requisitos operativos del circuito de refrigeración de TI. Schneider Electric describe la CDU como una unidad central que bombea refrigerante a través de un circuito aislado y ajusta el flujo y la temperatura del refrigerante para la gestión térmica.

4. Colectores de distribución de refrigeración

Los colectores de distribución dividen el flujo de refrigerante entre bastidores, servidores o múltiples ramales de placas frías.

A medida que aumenta el número de ramificaciones, el equilibrio hidráulico adquiere cada vez mayor importancia.

La monitorización de la presión alrededor de los colectores puede proporcionar información adicional sobre las condiciones de distribución del refrigerante.

Esto cobra especial relevancia en entornos informáticos de alta densidad, donde las diferentes ramas de servidores pueden operar con diferentes cargas térmicas.

En una investigación presentada por Vertiv sobre la refrigeración directa al chip mediante bombeo en dos fases, la presión diferencial se reguló activamente en los circuitos de refrigeración individuales para garantizar una distribución uniforme del fluido bajo cargas de TI cambiantes.

El rango de presión exacto y la estrategia de control varían según las tecnologías de refrigeración, por lo que la selección del sensor siempre debe seguir las especificaciones reales del sistema en lugar de aplicar un valor universal.

5. Circuito de refrigeración secundario

Muchos centros de datos con refrigeración líquida separan el circuito de refrigeración de TI del sistema de refrigeración de las instalaciones.

La CDU actúa como interfaz entre estas dos redes de fluidos.

Vertiv describe la red de fluidos secundaria como la sección entre el circuito de la instalación y los bastidores de servidores, donde la unidad de distribución de calor (CDU) transfiere calor al tiempo que regula la temperatura, la presión y el caudal del refrigerante.

Por lo tanto, los transmisores de presión instalados a lo largo del circuito secundario pueden formar parte del sistema general de monitorización de la refrigeración.

Los posibles lugares de medición pueden incluir:

• Salida CDU
• Entrada de la CDU
• Encabezado de suministro principal
• Encabezado de retorno principal
• Colector a nivel de bastidor
• Línea de descarga de la bomba

El diseño final deberá ser determinado por el diseñador del sistema de refrigeración.

La presión, el caudal y la temperatura deben controlarse conjuntamente.

Un transmisor de presión por sí solo no puede proporcionar una imagen completa del rendimiento de la refrigeración líquida.

Una arquitectura de monitorización más útil combina varios tipos de sensores.

Monitorización de la presión

Los transmisores de presión proporcionan información sobre las condiciones hidráulicas dentro del circuito de refrigeración.

Monitoreo de flujo

Los sensores de flujo miden la cantidad de refrigerante que circula por el circuito de refrigeración.

Esto es importante porque la capacidad de refrigeración depende en parte de mantener una circulación suficiente del refrigerante.

Monitoreo de temperatura

Los sensores de temperatura pueden medir:

• Temperatura de suministro de la CDU
• Temperatura de retorno de la CDU
• Temperatura de la tubería
• Temperatura del refrigerante en puntos de control seleccionados

La diferencia entre las temperaturas de suministro y de retorno proporciona información útil sobre la transferencia de calor a través del circuito de refrigeración.

Detección de fugas

La detección de fugas debe considerarse una función de monitorización específica.

Los cambios de presión pueden indicar que una condición hidráulica ha cambiado, pero La medición de presión no debe presentarse como un sustituto de un sistema de detección de fugas..

Los diseños modernos de unidades de distribución de agua (CDU) pueden combinar tuberías de circuito cerrado con sistemas específicos de detección de fugas y monitorización de fluidos.

Para una estrategia completa de monitorización de la refrigeración, estas mediciones pueden integrarse en un controlador o plataforma de monitorización común.

Una arquitectura típica podría tener este aspecto:

Detección de presión, caudal, temperatura y fugas

↓

Controlador CDU / PLC / Sistema de adquisición de datos

↓

Plataforma de monitorización/DCIM/SCADA

Cómo seleccionar un transmisor de presión para refrigeración líquida

El transmisor de presión utilizado en el circuito de refrigeración de un centro de datos debe seleccionarse de acuerdo con los requisitos de ingeniería específicos.

1. Confirme el rango de presión.

El primer paso consiste en determinar la presión de funcionamiento prevista.

Un transmisor debe proporcionar un rango de medición suficiente para condiciones normales, a la vez que se adapta a las fluctuaciones de presión previstas.

Utilizar un rango mucho más amplio del necesario puede reducir la resolución útil de la medición.

Por lo tanto, el rango correcto debe determinarse a partir del diseño de la unidad de distribución de refrigerante (CDU) y del circuito de refrigeración.

2. Seleccione el tipo de presión.

Los transmisores de presión pueden medir:

• Presión manométrica
• Presión manométrica sellada
• Presión absoluta

El método de medición correcto depende de cómo esté diseñado el sistema de refrigeración y de cómo el controlador utilice los valores de presión.

Para la mayoría de las aplicaciones, esto debe confirmarse con la CDU o el integrador del sistema antes de seleccionar el sensor.

3. Confirmar la compatibilidad del refrigerante.

El material en contacto con el fluido del transmisor de presión debe ser compatible con el refrigerante.

Los distintos sistemas de refrigeración líquida pueden utilizar diferentes composiciones de fluidos.

Por este motivo, la selección del material no debe basarse únicamente en el rango de presión.

El transmisor de presión JW-IoT ofrece opciones de diafragma que incluyen:

• acero inoxidable 316L
• C-276
• TC4

La opción más adecuada deberá evaluarse en función del refrigerante y los requisitos reales del sistema.

4. Elija la salida de señal correcta.

El transmisor de presión debe comunicarse con el controlador del sistema.

Las señales industriales comunes incluyen:

• 4–20 mA
• Salida de voltaje
• RS485

Una señal de 4 a 20 mA puede ser adecuada para arquitecturas de control industrial convencionales, mientras que RS485 puede admitir comunicación digital dependiendo del diseño de integración.

La elección depende de:

• Interfaz del controlador
• Distancia de cableado
• Arquitectura de adquisición de datos
• Requisitos del controlador PLC o CDU

5. Compruebe la conexión del proceso.

La integración mecánica es igualmente importante.

El sensor debe conectarse correctamente a la tubería, colector o puerto del equipo.

Antes de pedir un transmisor de presión, confirme lo siguiente:

• Tipo de rosca
• Tamaño de la rosca
• Posición de instalación
• Espacio de montaje disponible
• Método de sellado requerido

Es posible que se requieran conexiones de proceso personalizadas para proyectos de integración de OEM o CDU.

6. Considerar la protección del medio ambiente.

Los centros de datos son entornos controlados, pero aún así se pueden instalar sensores de presión cerca de:

• Zapatillas
• Colectores de refrigerante
• Unidades de control de emisiones
• Conexiones de tuberías
• Áreas donde puede producirse condensación o exposición al refrigerante.

Por lo tanto, un grado de protección adecuado contra la entrada de polvo y agua puede resultar útil para un funcionamiento a largo plazo.

Transmisor de presión de alta precisión JW-PM01X(JY05)

Para proyectos que requieren monitoreo de presión industrial, el Transmisor de presión de alta precisión JW-PM01X(JY05) Ofrece múltiples opciones de configuración para la medición de presión y la integración en sistemas industriales.

El transmisor utiliza un elemento sensor de presión de silicio con un diafragma de aislamiento y electrónica de acondicionamiento de señal para una medición de presión industrial estable.

Especificaciones principales

Todas las especificaciones anteriores se basan en la página de producto actual de JW-IoT.

Para proyectos de refrigeración líquida en centros de datos de IA, el producto debe seleccionarse en función de la compatibilidad real con el refrigerante, el rango de presión, la conexión mecánica y los requisitos de la interfaz del controlador.

Ejemplo de arquitectura de monitorización para un proyecto de refrigeración líquida con IA

Un sistema de monitorización práctico podría incluir múltiples puntos de detección en lugar de depender de un solo dispositivo.

Por ejemplo:

Nivel CDU

Monitor:

• Presión de suministro
• Presión de retorno
• Temperatura del refrigerante
• Caudal

Nivel de la bomba

Monitor:

• Presión de entrada de la bomba
• Presión de salida de la bomba
• Caudal
• Estado de funcionamiento de la bomba

Nivel de distribución

Monitor:

• Presión del colector principal
• Condiciones del colector de distribución
• Flujo de rama

Nivel de rack o servidor

Dependiendo del diseño del sistema:

• Temperatura de suministro de refrigerante
• Temperatura de retorno del refrigerante
• condición de flujo
• Detección de fugas

Posteriormente, los sensores pueden conectarse a un controlador, PLC o sistema de adquisición de datos y, a continuación, a la plataforma de monitorización del centro de datos.

Esta arquitectura permite que los datos de presión pasen a formar parte de un conjunto de datos más amplio del sistema de refrigeración, en lugar de ser una medición aislada.

Preguntas frecuentes

1. ¿Por qué es importante la monitorización de la presión en la refrigeración líquida de los centros de datos de IA?

La refrigeración líquida requiere que el refrigerante circule a través de bombas, tuberías, válvulas, colectores y placas frías.

Estos componentes generan resistencia hidráulica y caída de presión.

La monitorización de la presión ayuda a tener visibilidad del estado de funcionamiento del circuito de refrigeración y facilita el control del sistema, la puesta en marcha y la resolución de problemas.

2. ¿Dónde deben instalarse los sensores de presión en un sistema de refrigeración líquida?

Entre las posibles ubicaciones se incluyen las líneas de suministro y retorno de la unidad de tratamiento de aire (CDU), las tuberías de entrada y salida de la bomba, los colectores de distribución y los circuitos de refrigeración secundarios.

La ubicación final deberá ajustarse al diseño hidráulico del proyecto específico.

3. ¿Puede el sistema de control de presión detectar una fuga de refrigerante?

Los datos de presión pueden indicar que las condiciones hidráulicas han cambiado, pero no deben utilizarse como sustituto de una detección de fugas específica.

Los sistemas de refrigeración líquida deben utilizar métodos de control de fugas diseñados específicamente para este fin, cuando sea necesario.

4. ¿Deben controlarse la presión y el caudal simultáneamente?

En muchos sistemas, sí.

La presión y el caudal describen diferentes aspectos del circuito de refrigeración.

La combinación de mediciones de presión, caudal y temperatura proporciona una comprensión más completa del funcionamiento del sistema de refrigeración.

5. ¿Qué señales de salida están disponibles en el JW-PM01X(JY05)?

El transmisor admite opciones de salida de 4–20 mA, 0,5–4,5 VCC, 0–10 VCC, IIC y RS485.

6. ¿Se puede personalizar la conexión del proceso?

Sí. La conexión de proceso estándar que aparece en la página del producto es M20×1.5, y se pueden fabricar conexiones personalizadas según los requisitos del proyecto.

Mejorar la visibilidad de la refrigeración de los centros de datos con IA

A medida que la IA y la computación de alto rendimiento aumentan la densidad de calor a nivel de rack, la refrigeración de los centros de datos se está convirtiendo en una disciplina de ingeniería cada vez más integrada.

La unidad de tratamiento de aguas residuales ya no funciona simplemente como un intercambiador de calor.

Es parte de un sistema de fluidos controlado donde La temperatura, el caudal, la presión y el estado del refrigerante deben funcionar conjuntamente..

La monitorización de la presión aporta un nivel adicional de visibilidad a ese sistema.

Para los fabricantes de CDU, los integradores de sistemas de refrigeración y los equipos de ingeniería de centros de datos, la pregunta importante no es, por lo tanto, simplemente:

“¿Qué sensor de presión deberíamos usar?”

Las mejores preguntas son:

• ¿Cuál es el rango de presión de funcionamiento?
• ¿Qué refrigerante estará en contacto con el sensor?
• ¿Dónde se debe medir la presión?
• ¿Qué señal requiere el controlador?
• ¿Qué conexión de proceso se ajusta al circuito de refrigeración?
• ¿Cómo se combinarán los datos de presión con la monitorización de la temperatura, el caudal y las fugas?

JW-IoT proporciona soluciones de medición de presión industrial que se pueden configurar según el rango de presión, la interfaz de salida y los requisitos de conexión al proceso.

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Transmisor de presión de alta precisión para la medición de procesos industriales.

Para proyectos de refrigeración líquida de centros de datos de IA, proporcione su Tipo de refrigerante, rango de presión, conexión al proceso y señal de salida requerida de esta forma se puede evaluar la configuración adecuada del sensor de presión.