Monitoramento de pressão em sistemas de refrigeração líquida para data centers com IA

Os data centers com inteligência artificial estão mudando a forma como os sistemas de refrigeração são monitorados.

O rápido crescimento da inteligência artificial, da computação em GPUs e da computação de alto desempenho está aumentando a densidade de calor dentro dos centros de dados modernos.

Com o aumento da densidade de computação, o resfriamento líquido está se tornando cada vez mais importante para infraestruturas de IA de alta densidade. Ao contrário dos sistemas convencionais de resfriamento a ar, as arquiteturas de resfriamento líquido introduzem uma rede de fluidos adicional que deve ser cuidadosamente gerenciada.

Um centro de dados típico com refrigeração líquida pode incluir:

• Unidades de Distribuição de Líquido Refrigerante (CDUs)
• Sistemas de água das instalações
• Sistemas de refrigeração tecnológica ou circuitos de refrigeração secundários
• Bombas
• Tubulações de abastecimento e retorno
• coletores de distribuição
• Placas frias
• Dispositivos de monitoramento de fluxo, pressão e temperatura
• Sistemas de detecção de vazamentos

Nesses sistemas, o desempenho de resfriamento depende não apenas da temperatura do fluido refrigerante, mas também de Vazão e pressão hidráulica em todo o circuito de refrigeração.

A Schneider Electric observa que os servidores de IA com refrigeração líquida exigem condições específicas de fluxo, pressão e temperatura de entrada do fluido refrigerante, sendo a CDU responsável por fornecer essas condições.

Isso faz da medição de pressão uma parte importante da arquitetura geral de monitoramento.

Por que a pressão é importante em um sistema de resfriamento líquido para data centers de IA?

A pressão fornece informações sobre a condição hidráulica do circuito de refrigeração.

O líquido refrigerante precisa passar por tubos, válvulas, conectores, filtros, coletores e placas frias antes de retornar à unidade de refrigeração. Cada componente introduz algum grau de resistência ao fluxo.

A Schneider Electric explica que cada componente do sistema de refrigeração tecnológica — incluindo tubulações, válvulas, conectores, medidores de vazão, sensores de pressão e placas frias — contribui para a queda de pressão total do circuito. À medida que a vazão aumenta, a queda de pressão também aumenta.

O monitoramento da pressão em locais selecionados ajuda, portanto, os integradores de sistemas a entender se o sistema hidráulico está operando dentro da faixa prevista.

Os dados de pressão podem ser úteis para:

• Monitoramento das condições das linhas de abastecimento e retorno.
• Observar as condições de funcionamento da bomba.
• Avaliação das diferenças de pressão em um circuito de refrigeração
• Apoio à gestão da distribuição de fluido refrigerante
• Fornecer dados de entrada para sistemas de controle CDU ou PLC.
• Identificar condições hidráulicas anormais para investigação posterior.

A pressão não deve ser considerada isoladamente. Uma arquitetura confiável de monitoramento de refrigeração normalmente combina pressão com vazão, temperatura e detecção de vazamentos.

A Vertiv descreve as CDUs modernas como sistemas que monitoram e controlam parâmetros, incluindo temperatura, pressão e vazão a fim de manter o funcionamento do sistema de refrigeração líquida.

Onde podem ser instalados os transmissores de pressão?

A localização exata dos sensores depende da arquitetura da CDU, do projeto do circuito de refrigeração e dos requisitos do fabricante do servidor.

No entanto, várias posições são comumente relevantes.

1. Linha de Suprimentos CDU

A linha de suprimento da CDU fornece líquido refrigerante condicionado para os racks de servidores ou coletores de refrigeração.

Um transmissor de pressão instalado no lado da alimentação pode fornecer informações contínuas sobre a pressão que está sendo fornecida pela CDU (Unidade de Distribuição de Calor) para a rede de resfriamento secundária.

Essa medição pode ser usada em conjunto com os valores de vazão e temperatura para fornecer ao sistema de controle uma compreensão mais clara da condição do fornecimento de fluido refrigerante.

Para equipamentos de TI com refrigeração líquida, os fabricantes normalmente especificam os requisitos de diferencial de pressão e vazão, que variam de acordo com a configuração. A ASHRAE observa que esses valores variam conforme o equipamento, a temperatura da água e a carga térmica.

2. Linha de retorno CDU

Após absorver o calor das placas frias do servidor, o líquido refrigerante retorna à CDU.

O monitoramento da pressão na linha de retorno fornece um ponto de referência adicional para avaliar o estado hidráulico da rede de refrigeração.

Quando a pressão é medida tanto no lado da alimentação quanto no lado do retorno, os valores também podem auxiliar na análise das diferenças de pressão em diferentes partes do sistema.

Isso é especialmente útil porque a rede de refrigeração secundária contém vários componentes que geram perda de pressão.

3. Entrada e saída da bomba

As bombas são responsáveis por manter a circulação do líquido refrigerante.

A medição da pressão nos lados de entrada e saída de uma bomba pode fornecer dados operacionais úteis para controle e comissionamento.

Por exemplo, informações sobre a pressão da bomba podem ser avaliadas juntamente com:

• taxa de fluxo do fluido refrigerante
• Velocidade da bomba
• Temperatura de fornecimento
• Temperatura de retorno
• Carga do sistema

O objetivo não é simplesmente medir um valor de pressão, mas sim entender como o sistema hidráulico responde quando a demanda de refrigeração muda.

Nos projetos modernos de CDU (Unidade Central de Refrigeração), as bombas podem ajustar as condições do fluido refrigerante de acordo com os requisitos operacionais do circuito de refrigeração de TI. A Schneider Electric descreve a CDU como uma unidade central que bombeia fluido refrigerante através de um circuito isolado e ajusta o fluxo e a temperatura do fluido refrigerante para gerenciamento térmico.

4. Coletores de Distribuição de Refrigeração

Os coletores de distribuição dividem o fluxo de líquido refrigerante entre racks, servidores ou várias ramificações de placas frias.

Com o aumento do número de ramificações, o balanceamento hidráulico torna-se cada vez mais importante.

O monitoramento da pressão em torno dos coletores pode fornecer informações adicionais sobre as condições de distribuição do líquido refrigerante.

Isso se torna particularmente relevante em ambientes de computação de alta densidade, onde diferentes ramificações de servidores podem operar com diferentes cargas térmicas.

Em uma pesquisa discutida pela Vertiv sobre resfriamento direto em chip com bomba bifásica, o diferencial de pressão foi regulado ativamente em circuitos de resfriamento individuais para garantir uma distribuição consistente do fluido sob cargas TI variáveis.

A faixa de pressão exata e a estratégia de controle variam entre as tecnologias de refrigeração, portanto, a seleção do sensor deve sempre seguir a especificação real do sistema, em vez de aplicar um valor universal.

5. Circuito de resfriamento secundário

Em muitos centros de dados com refrigeração líquida, o circuito de refrigeração de TI é separado do sistema de refrigeração das instalações.

A CDU atua como interface entre essas duas redes de fluidos.

A Vertiv descreve a rede de fluidos secundária como a seção entre o circuito de refrigeração da instalação e os racks de servidores, com a CDU transferindo calor enquanto regula a temperatura, a pressão e o fluxo do fluido refrigerante.

Os transmissores de pressão instalados ao longo do circuito secundário podem, portanto, tornar-se parte do sistema geral de monitoramento do sistema de refrigeração.

Os locais potenciais para medição podem incluir:

• Ponto de venda CDU
• entrada CDU
• Cabeçalho de alimentação principal
• Cabeçalho de retorno principal
• coletor de nível de rack
• linha de descarga da bomba

O layout final deve ser determinado pelo projetista do sistema de refrigeração.

Pressão, vazão e temperatura devem ser monitoradas em conjunto.

Um transmissor de pressão, por si só, não consegue fornecer uma visão completa do desempenho do sistema de refrigeração líquida.

Uma arquitetura de monitoramento mais útil combina vários tipos de sensores.

Monitoramento de pressão

Os transmissores de pressão fornecem informações sobre as condições hidráulicas dentro do circuito de refrigeração.

Monitoramento de fluxo

Os sensores de fluxo medem a quantidade de líquido refrigerante que circula pelo circuito de refrigeração.

Isso é importante porque a capacidade de refrigeração depende, em parte, da manutenção de uma circulação suficiente do líquido refrigerante.

Monitoramento de temperatura

Os sensores de temperatura podem medir:

• temperatura de fornecimento da CDU
• temperatura de retorno da CDU
• Temperatura do tubo
• Temperatura do líquido de arrefecimento em pontos de monitoramento selecionados

A diferença entre as temperaturas de entrada e saída fornece informações úteis sobre a transferência de calor através do circuito de refrigeração.

Detecção de vazamentos

A detecção de vazamentos deve ser tratada como uma função de monitoramento dedicada.

Alterações na pressão podem indicar que uma condição hidráulica mudou, mas A medição de pressão não deve ser apresentada como substituta de um sistema de detecção de vazamentos..

Os projetos modernos de unidades de descontaminação a vácuo (CDU) podem combinar tubulações de circuito fechado com detecção de vazamentos e monitoramento de fluidos dedicados.

Para uma estratégia completa de monitoramento de resfriamento, essas medições podem ser integradas a um controlador ou plataforma de monitoramento comum.

Uma arquitetura típica pode ter a seguinte aparência:

Pressão + Fluxo + Temperatura + Detecção de Vazamentos

↓

Controlador CDU / PLC / Sistema de Aquisição de Dados

↓

Plataforma de monitoramento BMS / DCIM / SCADA

Como selecionar um transmissor de pressão para refrigeração líquida

Um transmissor de pressão utilizado em um circuito de refrigeração de data center deve ser selecionado de acordo com os requisitos reais de engenharia.

1. Confirme a faixa de pressão.

O primeiro passo é determinar a pressão operacional esperada.

Um transmissor deve fornecer alcance de medição suficiente para condições normais, ao mesmo tempo que acomoda as flutuações de pressão esperadas.

Utilizar uma gama muito mais ampla do que a necessária pode reduzir a resolução útil da medição.

A faixa de temperatura correta deve, portanto, ser determinada a partir do projeto da unidade de distribuição de calor (CDU) e do circuito de refrigeração.

2. Selecione o tipo de pressão.

Os transmissores de pressão podem medir:

• pressão manométrica
• Pressão do manômetro selado
• Pressão absoluta

O método de medição correto depende de como o sistema de refrigeração foi projetado e de como os valores de pressão são utilizados pelo controlador.

Para a maioria das aplicações, isso deve ser confirmado com a CDU ou o integrador de sistemas antes da seleção do sensor.

3. Confirme a compatibilidade do líquido de arrefecimento.

O material em contato com o fluido no transmissor de pressão deve ser compatível com o líquido refrigerante.

Diferentes sistemas de refrigeração líquida podem usar composições de fluido diferentes.

Por essa razão, a seleção de materiais não deve ser baseada apenas na faixa de pressão.

O transmissor de pressão JW-IoT oferece opções de diafragma, incluindo:

• aço inoxidável 316L
• C-276
• TC4

A opção adequada deve ser avaliada de acordo com os requisitos reais do fluido refrigerante e do sistema.

4. Selecione a saída de sinal correta

O transmissor de pressão deve comunicar com o controlador do sistema.

Os sinais industriais comuns incluem:

• 4–20 mA
• Saída de tensão
• RS485

Um sinal de 4–20 mA pode ser adequado para arquiteturas de controle industrial convencionais, enquanto o RS485 pode suportar comunicação digital, dependendo do projeto de integração.

A escolha depende de:

• Interface do controlador
• Distância de fiação
• Arquitetura de aquisição de dados
• Requisitos do controlador PLC ou CDU

5. Verifique a conexão do processo

A integração mecânica é igualmente importante.

O sensor deve estar conectado corretamente ao tubo, coletor ou porta do equipamento.

Antes de encomendar um transmissor de pressão, confirme:

• Tipo de rosca
• Tamanho da rosca
• Posição de instalação
• Espaço de montagem disponível
• Método de vedação necessário

Conexões de processo personalizadas podem ser necessárias para projetos de integração OEM ou CDU.

6. Considere a proteção ambiental.

Os centros de dados são ambientes controlados, mas sensores de pressão ainda podem ser instalados nas proximidades:

• Bombas
• coletores de refrigeração
• CDUs
• Conexões de tubulação
• Áreas onde pode ocorrer condensação ou exposição ao líquido refrigerante.

Portanto, uma classificação de proteção contra ingresso adequada pode ser útil para operação a longo prazo.

Transmissor de pressão de alta precisão JW-PM01X (JY05)

Para projetos que exigem monitoramento de pressão industrial, o Transmissor de pressão de alta precisão JW-PM01X (JY05) Oferece múltiplas opções de configuração para medição de pressão e integração em sistemas industriais.

O transmissor utiliza um elemento sensor de pressão de silício com um diafragma de isolamento e eletrônica de condicionamento de sinal para medição estável de pressão industrial.

Especificações principais

Todas as especificações acima são baseadas na página atual do produto JW-IoT.

Para projetos de refrigeração líquida em data centers de IA, o produto deve ser selecionado de acordo com a compatibilidade real do fluido refrigerante, a faixa de pressão, a conexão mecânica e os requisitos de interface do controlador.

Exemplo de arquitetura de monitoramento para um projeto de resfriamento líquido com IA

Um sistema de monitoramento prático poderia conter múltiplos pontos de detecção em vez de depender de um único dispositivo.

Por exemplo:

Nível CDU

Monitor:

• Pressão de fornecimento
• Pressão de retorno
• temperatura do líquido de arrefecimento
• Taxa de fluxo

Nível da bomba

Monitor:

• pressão de entrada da bomba
• pressão de saída da bomba
• Taxa de fluxo
• Estado de funcionamento da bomba

Nível de distribuição

Monitor:

• Pressão do cabeçalho principal
• Condições do coletor de distribuição
• Fluxo de ramificação

Nível de rack ou servidor

Dependendo do projeto do sistema:

• temperatura de fornecimento do líquido refrigerante
• temperatura de retorno do líquido de arrefecimento
• Condição de fluxo
• Detecção de vazamentos

Os sensores podem então ser conectados a um controlador, PLC ou sistema de aquisição de dados e, posteriormente, à plataforma de monitoramento do centro de dados.

Essa arquitetura permite que os dados de pressão façam parte de um conjunto de dados mais amplo do sistema de refrigeração, em vez de serem uma medição isolada.

Perguntas frequentes

1. Por que o monitoramento de pressão é importante no resfriamento líquido de data centers com IA?

O resfriamento líquido requer que o fluido refrigerante circule por bombas, tubulações, válvulas, coletores e placas frias.

Esses componentes criam resistência hidráulica e queda de pressão.

O monitoramento da pressão ajuda a fornecer visibilidade sobre as condições de funcionamento do circuito de refrigeração e auxilia no controle, comissionamento e solução de problemas do sistema.

2. Onde devem ser instalados os sensores de pressão em um sistema de refrigeração líquida?

Os locais potenciais incluem as linhas de alimentação e retorno da CDU, os tubos de entrada e saída da bomba, os coletores de distribuição e os circuitos de resfriamento secundário.

A localização final deve seguir o projeto hidráulico específico do projeto.

3. O monitoramento de pressão consegue detectar um vazamento de líquido refrigerante?

Os dados de pressão podem indicar que as condições hidráulicas mudaram, mas não devem ser usados como substituto para a detecção de vazamentos.

Os sistemas de refrigeração líquida devem utilizar métodos de monitoramento de vazamentos específicos, quando necessário.

4. A pressão e o fluxo devem ser monitorados em conjunto?

Em muitos sistemas, sim.

Pressão e fluxo descrevem diferentes aspectos do circuito de refrigeração.

A combinação de medições de pressão, vazão e temperatura proporciona uma compreensão mais completa do funcionamento do sistema de refrigeração.

5. Quais sinais de saída estão disponíveis no JW-PM01X (JY05)?

O transmissor suporta opções de saída de 4–20 mA, 0,5–4,5 VCC, 0–10 VCC, IIC e RS485.

6. A conexão do processo pode ser personalizada?

Sim. A conexão padrão listada na página do produto é M20×1,5, e conexões personalizadas estão disponíveis de acordo com os requisitos do projeto.

Aumentando a visibilidade do resfriamento de data centers com IA

Com o aumento da densidade térmica nos racks devido à inteligência artificial e à computação de alto desempenho, o resfriamento dos data centers está se tornando uma disciplina de engenharia mais integrada.

A CDU deixou de funcionar simplesmente como um trocador de calor.

Faz parte de um sistema de fluidos controlado, onde A temperatura, o fluxo, a pressão e a condição do fluido refrigerante devem funcionar em conjunto..

O monitoramento de pressão adiciona mais uma camada de visibilidade a esse sistema.

Para fabricantes de unidades de refrigeração (CDUs), integradores de sistemas de refrigeração e equipes de engenharia de data centers, a questão importante, portanto, não é simplesmente:

“Qual sensor de pressão devemos usar?”

As perguntas mais pertinentes são:

• Qual é a faixa de pressão de operação?
• Qual líquido refrigerante entrará em contato com o sensor?
• Onde a pressão deve ser medida?
• Que sinal o controlador requer?
• Qual conexão de processo é adequada para o circuito de refrigeração?
• Como os dados de pressão funcionarão em conjunto com o monitoramento de temperatura, vazão e vazamentos?

A JW-IoT fornece soluções industriais de medição de pressão que podem ser configuradas de acordo com a faixa de pressão, a interface de saída e os requisitos de conexão ao processo.

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Transmissor de pressão de alta precisão para medição de processos industriais

Para projetos de resfriamento líquido de data centers com IA, forneça o seu Tipo de fluido refrigerante, faixa de pressão, conexão ao processo e sinal de saída necessário. Assim, pode-se avaliar a configuração adequada de detecção de pressão.