Figura 1: Simulación CFD de un Data Center. Campos de velocidad y de temperatura.
Los Centros de Procesamiento de Datos, conocidos también como CPD o Data Center, son espacios con un ambiente controlado diseñados específicamente para almacenar y procesar grandes volúmenes de información. Dado que se consideran infraestructuras críticas, las exigencias en cuanto a seguridad han ido en aumento. Entre los distintos aspectos clave de su diseño y operación, la gestión del flujo de aire es un factor determinante. Los equipos informáticos modernos manejan potencias cada vez mayores, por lo que la correcta ubicación de los sistemas de entrada y salida de aire influye directamente en la eficiencia y seguridad operativa del centro.
En el diseño de un Data Center, ya sea para optimizar su rendimiento o analizar posibles fallos, la simulación CFD se convierte en una herramienta de gran valor. La simulación CFD es una tecnología que permite modelar y predecir el comportamiento de los fluidos (en este caso, el aire) dentro del Data Center. El uso de CFD en el diseño de estos centros no solo mejora la eficiencia energética, sino que también repercute en una operación segura y estable a largo plazo.
En ICEMM cuentan con experiencia en simulación CFD de Data Center de distintos tamaños, potencias y configuraciones, para proporcionar un servicio que se adapta a las necesidades de los clientes en justificación y optimización de diseños.
¿Cómo se crea un modelo CFD para un data center?
La Simulación CFD se basa en la resolución numérica de las ecuaciones que gobiernan el comportamiento de los fluidos, lo que permite estudiar y visualizar fenómenos complejos relacionados con el flujo de aire. Al aplicar CFD en el diseño de un centro de datos, es posible analizar con precisión la distribución del aire dentro de la sala, identificando áreas de posibles ineficiencias en la ventilación y la refrigeración.
El primer paso en la preparación del modelo CFD de un centro de datos consiste en recrear su geometría, incorporando los racks y los sistemas de ventilación encargados de la impulsión y extracción del aire. Para llevar a cabo el análisis CFD, esta geometría debe descomponerse en una malla de pequeñas celdas o elementos, lo que posibilita la resolución numérica de las ecuaciones de la mecánica de fluidos. A este procedimiento se le conoce como mallado.
El siguiente paso consiste en definir la física del problema y establecer las condiciones de contorno adecuadas. Para ello utilizaremos los datos de las hojas de especificación de los equipos, especialmente los racks y los sistemas de impulsión y extracción de aire de la sala. Cada rack tendrá además una potencia térmica asignada, o un valor crítico para el escenario que se desee estudiar. Esos valores de potencia térmica provocan un calentamiento del aire que circula por el rack, lo cual se tiene en cuenta dentro del modelo CFD.
También es habitual tener en cuenta las condiciones de aislamiento de la sala, o el efecto de los materiales empleados en la construcción, en especial aquellos destinados a los pasillos de contención.
Con el modelo preparado, se utiliza un código basado en volúmenes finitos para resolver las ecuaciones hasta alcanzar un estado estacionario o llegar al tiempo de simulación requerido en caso de simulaciones transitorias.
Figura 2: Modelo de un Data Center para simulación CFD
¿Qué resultados se obtienen de la simulación CFD de un data center?
Los principales resultados que se obtienen de la simulación CFD en Data Centers son la distribución de temperaturas y velocidades en la sala. Los métodos analíticos de cálculo permiten únicamente obtener balances globales de caudal o de calor en el recinto, pero el uso de estas herramientas CFD permite obtener la distribución espacial de la velocidad y temperatura en la sala. Esto permite identificar las zonas críticas por temperatura o falta de refrigeración y actuar sobre ellas en la fase de diseño.
En efecto, uno de los principales beneficios de la simulación CFD es su capacidad para prever cómo se comportará el aire dentro del centro, antes de que se construya cualquier infraestructura. Al crear un modelo virtual del Data Center, los diseñadores pueden experimentar con diferentes configuraciones, como el posicionamiento de racks, sistemas de refrigeración y extractores de aire. Por ejemplo, la simulación puede mostrar el impacto de confinar los pasillos fríos y calientes, una técnica comúnmente utilizada para mejorar la eficiencia del flujo de aire. La evaluación de estas alternativas mediante CFD ayudará a cuantificar su eficacia y valorar mejor la inversión.
Con la simulación CFD también pueden predecirse las líneas de flujo en el data center, que permiten identificar las recirculaciones de aire caliente entre equipos o el posible bypass del sistema de refrigeración, identificando mejoras en la disposición de los equipos. La siguiente imagen muestra un ejemplo de líneas de flujo en un Data Center, identificando cada pasillo de alimentación con un color diferente.
Figura 3: Líneas de flujo en una simulación CFD de Data Center
Por otro lado, la simulación CFD permite estudiar situaciones transitorias, como el comportamiento del aire durante un fallo o un mantenimiento. Aunque la mayoría de las simulaciones se enfocan en el estado estacionario, el análisis de eventos transitorios puede ser también muy valioso, ya que permite entender cómo reaccionan los sistemas ante variaciones en las condiciones operativas y de refrigeración. En este sentido, también puede ayudar a prever las condiciones de temperatura en escenarios de fallo y a asegurar que el centro de datos con las redundancias planteadas pueda seguir operando dentro de los márgenes de seguridad establecidos mientras se realizan las reparaciones.
ICEMM, una propuesta de valor
En ICEMM llevan 20 años realizando trabajos de simulación y cálculo en distintos sectores industriales donde las técnicas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) son de aplicación.
Además del conocimiento en simulación CFD de centros de datos, cuentan con experiencia en campos como la simulación de sistemas de climatización (HVAC), los análisis térmicos de equipos o la simulación de incendios, que les permiten dar una mejor solución a los problemas de la industria aplicando en cada caso la metodología de simulación más adecuada. Para ello poseen múltiples softwares de simulación como Ansys Fluent o MSC Cradle que les permiten utilizar las tecnologías más avanzadas de cálculo y proporcionar un servicio eficiente y de calidad.
También poseen amplia experiencia en estudios estructurales mediante el método de elementos finitos (FEM) que les permite dar un servicio completo a aquellos clientes que requieren estudios u optimizaciones de sus productos en este ámbito.
Ese enfoque está centrado en el cliente y en las necesidades específicas del proyecto o desarrollo, donde aplican su experiencia y capacidades técnicas para ayudar a obtener un resultado más seguro y de máxima calidad con ayuda de la simulación.
