Sistemas de Resfriamento DX em Data Centers

Introdução

Nos data centers, o resfriamento eficiente é crucial para garantir o desempenho e a longevidade dos equipamentos de TI. Um dos métodos populares de climatização é o sistema de expansão direta (DX), que utiliza um ciclo de refrigeração direta para remover o calor do ambiente. Este artigo explora o funcionamento do sistema DX, seus componentes e suas vantagens.

O que é um Sistema DX?

Um sistema DX, ou de expansão direta, é um método de resfriamento que utiliza o ciclo de compressão de vapor para transferir calor diretamente do ar interno para o ambiente externo. Ao contrário dos sistemas de água gelada, que usam água como meio de transferência de calor, o sistema DX utiliza diretamente o refrigerante.

Ciclo de Refrigeração do Sistema DX

O ciclo de refrigeração do sistema DX (Direct Expansion) é um processo fundamental que envolve a transferência de calor do ambiente interno para o externo, utilizando o ciclo de compressão de vapor. Segue uma explicação detalhada de cada etapa do ciclo:

1. Evaporador:
   • Função: O evaporador é o componente onde o refrigerante, em estado líquido, absorve calor do ar quente do data center.
   • Processo: À medida que o ar quente passa sobre as serpentinas do evaporador, o refrigerante evapora, transformando-se em gás e retirando o calor do ar. Isso resulta em ar resfriado, que é então distribuído pelo data center para manter a temperatura adequada dos equipamentos de TI.
2. Compressor:
   • Função: O compressor é responsável por aumentar a pressão e a temperatura do refrigerante gasoso.
   • Processo: Após o evaporador, o refrigerante gasoso é sugado pelo compressor. Ao comprimir o gás, sua pressão e temperatura aumentam, preparando-o para a próxima etapa do ciclo, onde o calor será dissipado.
3. Condensador:
   • Função: No condensador, o refrigerante libera o calor absorvido.
   • Processo: O refrigerante quente e pressurizado passa pelo condensador, onde ventiladores sopram ar ambiente sobre as serpentinas. Isso remove o calor do refrigerante, fazendo-o condensar de volta para o estado líquido. O calor é dissipado no ambiente externo, geralmente através de um fluxo de ar forçado.
4. Válvula de Expansão:
   • Função: A válvula de expansão reduz a pressão do refrigerante líquido, tornando-o frio novamente.
   • Processo: Após o condensador, o refrigerante líquido passa pela válvula de expansão. Essa redução de pressão causa uma queda na temperatura do refrigerante, que retorna ao evaporador para reiniciar o ciclo.

Integração com o Data Center

• Distribuição do Ar Resfriado: O ar resfriado pelo evaporador é distribuído através de dutos ou diretamente (por exemplo, pelo plenum formado pelo piso elevado, e saindo pela placas perfuradas nos corredores frios), dependendo do design do sistema, para garantir uma cobertura uniforme em todo o data center.
• Unidades CRAC (Computer Room Air Conditioner): As unidades CRAC são frequentemente usadas para integrar o sistema DX com a distribuição de ar, assegurando que o ar frio alcance todos os equipamentos críticos de TI.

Importância do Ciclo de Refrigeração

O ciclo de refrigeração DX é crucial para manter a temperatura ideal nos data centers, garantindo que os equipamentos de TI funcionem de maneira eficiente e confiável. A compreensão deste ciclo ajuda a otimizar o sistema de resfriamento e a identificar oportunidades para melhorar a eficiência energética e reduzir custos operacionais.

Temperaturas Típicas dos Fluidos

• Evaporador: A temperatura de evaporação do refrigerante geralmente varia entre 2°C e 7°C.
• Condensador: A temperatura de condensação costuma estar entre 35°C e 50°C.
• Ar de Suprimento: O ar resfriado é normalmente fornecido a temperaturas entre 15°C e 20°C.
• Ar de Retorno: O ar quente que retorna ao evaporador geralmente está entre 24°C e 30°C.

Essas temperaturas são indicativas e podem variar com base em fatores como a carga térmica do data center, a eficiência do sistema de resfriamento e as condições ambientais externas. É essencial monitorar e ajustar essas temperaturas para garantir que o sistema opere eficientemente e mantenha os equipamentos de TI dentro das especificações de temperatura recomendadas.

A principal fonte de recomendações para as temperaturas a serem utilizadas em sistemas de resfriamento, incluindo sistemas DX em data centers, é a ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers). A ASHRAE fornece diretrizes amplamente aceitas através de seus comitês técnicos e publicações, como o ASHRAE Thermal Guidelines for Data Processing Environments. Essas diretrizes oferecem recomendações sobre faixas de temperatura e umidade que ajudam a otimizar o desempenho e a eficiência energética dos data centers, garantindo a segurança e a confiabilidade dos equipamentos de TI.

Vantagens e Desvantagens do Sistema DX

Vantagens:

• Instalação e manutenção relativamente simples.
• Ideal para data centers de pequeno a médio porte.
• Não requer infraestrutura de água, como torres de resfriamento.

Desvantagens:

• Eficiência pode ser afetada por climas externos quentes.
• Capacidade de resfriamento limitada em comparação com sistemas de água gelada para grandes instalações.

Manutenção e Eficiência Energética

Manter um sistema DX envolve verificar regularmente os componentes, como compressores e condensadores, para garantir que estejam operando eficientemente. A limpeza das serpentinas e a manutenção dos ventiladores são cruciais para otimizar o desempenho e reduzir o consumo de energia.

Tendências e Inovações em Sistemas DX

Os sistemas de resfriamento DX estão passando por inovações significativas para melhorar a eficiência energética e a flexibilidade operacional. Uma das principais inovações é a utilização de dispositivos de frequência variável (VFDs – Variable Frequency Drives) em ventiladores e compressores. Esses dispositivos permitem que a velocidade dos componentes seja ajustada de acordo com a carga térmica atual, otimizando o consumo de energia.

Ventiladores EC e Compressores Variáveis: Os ventiladores EC (Electronically Commutated) são uma inovação importante, pois combinam a eficiência dos motores DC com a facilidade de controle dos motores AC. Eles permitem ajustes precisos de velocidade, proporcionando resfriamento eficiente conforme a demanda. Quando usados em conjunto com compressores variáveis e VFDs, eles garantem que o sistema opere de forma otimizada, mesmo em condições de carga flutuante.

Aplicação da Lei dos Cubos dos Ventiladores: De acordo com a lei dos cubos, a potência consumida por um ventilador é proporcional ao cubo de sua velocidade. Assim, uma redução de 20% na velocidade do ventilador pode resultar em uma economia de energia de até 50%. Essa relação destaca como o uso de ventiladores EC e VFDs pode levar a economias significativas de energia.

Outros Componentes Controláveis: Além dos ventiladores e compressores, outros componentes, como bombas e válvulas, também podem ser equipados com VFDs e controles inteligentes. Isso permite uma operação mais precisa e eficiente, ajustando o fluxo de refrigerante e a distribuição de ar conforme necessário.

Essas inovações não apenas melhoram a eficiência energética, mas também aumentam a capacidade do sistema DX de responder rapidamente a mudanças nas condições de carga, garantindo um ambiente de TI estável e confiável. A implementação de tecnologias de controle variável e ventiladores EC representa um avanço significativo na evolução dos sistemas de resfriamento de data centers, alinhando-se com as crescentes demandas por sustentabilidade e redução de custos operacionais.

Conclusão

Os sistemas DX oferecem uma solução eficaz para o resfriamento de data centers, especialmente em instalações de menor porte. Compreender seu funcionamento e manter uma operação eficiente são essenciais para maximizar o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos de TI. Ao considerar a implementação de um sistema DX, é importante avaliar as condições climáticas locais e as necessidades específicas do data center.