Fluxo do Ar de Refrigeração em Data Centers

Introdução

Um data center é um ambiente de missão crítica bastante complexo, e que apresenta diversas particularidades. Neste artigo, trataremos sobre um problema bastante específico a esse tipo de ambiente: fluxo de ar para a refrigeração dos equipamentos de TI.

Todo equipamento de TI (como servidores, dispositivos de armazenamento e de comunicação), que tratarei neste artigo simplesmente por “computador”, precisa ser refrigerado, pois durante sua operação ele esquenta. Se não removermos o excesso de calor, o computador pode falhar ou desligar automaticamente, causando prejuízos aos serviços prestados pelo data center.

Para a refrigeração dos computadores, os data centers contam com máquinas de ar-condicionado de diferentes tecnologias e capacidades. Não vamos entrar em detalhes, aqui, sobre as máquinas de ar-condicionado (CRAC – Computer Room Air Conditioner). Vamos, sim, explorar alguns problemas que acontecem entre o ar-condicionado e os computadores. Pois há um fluxo de ar entre esses dois tipos de máquinas: o ar frio fornecido pelo CRAC e que deve ser captado pelo computador; e o ar aquecido pelo computador, que deve retornar ao CRAC para ser resfriado novamente.

Idealmente, é um ciclo fechado, como podemos ver na figura abaixo:

Mas o mundo real está longe da perfeição, e há alguns problemas que afetam esse fluxo, afetando, consequentemente, a eficiência do sistema de refrigeração e, por conseguinte, aumentando seu custo, já que levará a um aumento no consumo de energia por parte dos CRACs.

Podemos dividir esses em três diferentes tipos:

1. Ar frio desviado
2. Recirculação do ar quente
3. Pressão negativa

Ar frio desviado

Neste caso, nem todo o ar resfriado pelo CRAC chega até os computadores. Parte dele se desvia de seu destino e acaba se misturando com o ar quente que retorna ao CRAC, como podemos ver no diagrama abaixo:

Quando isso acontece, menos ar resfriado chega aos computadores, além de diminuir a temperatura do ar que retorna ao CRAC. Uma das consequências é o aumento da temperatura dos computadores, já que não chega ar suficiente para resfriá-los. Para compensar isto, precisamos aumentar a potência das ventoinhas do CRAC, aumentando também seu consumo elétrico.

Outra consequência é a diminuição da temperatura do ar de retorno ao CARC. Como o ar desviado se mistura a esse retorno, sua temperatura acaba ficando inferior àquela do ar que sai dos computadores. Isso diminui a eficiência do CRAC e “engana” o sistema, pois, como o ar chega mais frio, “achamos” que está tudo bem quando, na verdade, poderia até estar ocorrendo algum “hot spot” no data center e nem ficamos sabendo!

O ar frio é desviado quando o fornecemos em locais onde os computadores não poderão captá-lo. Por exemplo, quando colocamos placas de piso perfuradas em locais que não o “corredor frio”, quando deixamos abertos os furos de passagem de cabos atrás dos racks, ou quando o piso elevado não está bem alinhado. Também pode ocorrer quando o ar frio escapa por cima ou pelas laterais do corredor frio sem ser captado pelos computadores.

Este vídeo explica com mais detalhes o ar desviado:

Ar desviado no data center | Eficiência energética

Recirculação do ar quente

Idealmente, todo o ar quente que sai dos computadores deveria retornar ao CRAC. Mas isso nem sempre acontece, e parte dele acaba recirculando pelo próprio computador, entrando novamente por sua captação de ar frio. Consequentemente, a temperatura do ar que entra pelo computador acaba aumentando, o que pode provocar sobreaquecimento, levando a desligamento, diminuição de vida útil e falhas. Isso nos obriga a aumentar a potência de resfriamento do CRAC, aumentando também seu consumo elétrico.

Esse ar quente pode retornar para os próprios computadores por dentro, por cima ou pelas laterais dos racks. Para evitar isso, deve haver uma separação total entre o lado de trás do rack (corredor quente) e o lado da frente (corredor frio). E deve-se atentar para não instalar no rack equipamentos que tenham seu fluxo de ar divergente desse padrão.

Uma boa ideia é sempre instalar placas cegas nas posições não usadas dos racks, e não deixar aberturas entre eles.

Aqui e aqui você pode comprar online tampas cegas para seu rack para evitar a recirculação do ar quente.

Este vídeo explica com mais detalhes a recirculação do ar quente:

Recirculação de ar quente no data center | Eficiência energética

Pressão negativa

Abaixo do piso elevado, nas proximidades do CRAC downflow, o ar por ele fornecido ainda está com muita velocidade. E ar em velocidade possui menos pressão que ar parado. E, como sabemos, o ar flui de onde tem mais pressão para onde tem menos. Se colocarmos uma placa de piso perfurada muito perto (a menos de 1,8 m) do CRAC, o ar do ambiente será sugado para baixo do piso, pois ali haverá uma “pressão negativa” (menos pressão abaixo do piso do que acima).

Ao ser sugado, o ar ambiente (mais quente) “contaminará” o ar recém resfriado fornecido pelo CRAC, aumentando sua temperatura. Os efeitos serão semelhantes aos do ar quente recirculado: aumento da temperatura do ar fornecido aos computadores. Para compensar, precisamos “esfriar” ainda mais a sala, gastando mais energia.

O ideal é nunca posicionar as placas de piso perfuradas muito perto dos CRACs. Converse com o projetista do sistema de climatização para ver a distância mínima recomendada.

Este vídeo explica um pouco mais sobre a pressão negativa:

Pressão negativa no data center | Eficiência energética

Conclusão

Refrigerar o data center e manter a temperatura dos computadores na faixa ideal é muito mais do que simplesmente ter os CRACs corretamente dimensionados, instalados e operacionais. O fluxo de ar é parte integrante do sistema de climatização do data center, e há muitos detalhes que devem ser observados para que os objetivos do sistema sejam alcançados.

Em outro artigo, falo sobre o confinamento dos corredores do data center, que é uma solução que visa melhorar ainda mais o fluxo de ar entre os CRACs e os computadores. Assista ao vídeo a seguir, sobre confinamento de corredores do data center:

Confinamento de corredores do data center | Eficiência energética

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Até a próxima!

Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, ATS, DCS Design, Assessor CEEDA
Clarity Treinamentos
marcelo@claritytreinamentos.com.br

Sobre o autor
Marcelo Barboza, instrutor da área de cabeamento estruturado desde 2001, formado pelo Mackenzie, possui mais de 30 anos de experiência em TI, membro da BICSI e da comissão de estudos sobre cabeamento estruturado da ABNT/COBEI, certificado pela BICSI (RCDD e DCDC), Uptime Institute (ATS) e DCPro (Data Center Specialist – Design). Instrutor autorizado para cursos selecionados da DCProfessional, Fluke Networks, Panduit e Clarity Treinamentos. Assessor para o selo de eficiência para data centers – CEEDA.