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Una mejor metodología para la dis-tribución de tuberías de agua helada en centros de datos

Revisión 1

Por Isabel Rochow

Introducción 2

Características de los métodos de tuberías rígi-das tradicion-ales

2

Metodología de tuberías flexibles

6

Comparación entre tuberías rígidas y flexibles

9

Conclusiones 14

Recursos 15

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Informe interno 131

El agua helada continúa siendo un medio de en-friamiento muy difundido; sin embargo, las pérdidas en las tuberías constituyen una amenaza para la dispon-ibilidad de los sistemas. La informática de alta densidad crea la necesidad de hacer circular agua helada más cerca que nunca de los equipos de IT, lo cual exige nuevos métodos de alta confiabilidad en cuanto a tuberías. En este informe se analizan nuevos métodos para tuberías que pueden reducir en forma drástica el riesgo de fugas y facilitar las implementaciones de alta densidad. También se describen nuevos enfoques alternativos y las ventajas que presentan sobre los sistemas de tuberías tradicionales.

Resumen ejecutivo >


APC by Schneider Electric Informe interno 131 Revisión 1 2

El enfoque tradicional para la distribución de tuberías en centros de datos ha sido el uso de tuberías rígidas de cobre o de acero al carbono con uniones roscadas o soldadas con soldadura reforzada o con soldadura de cobre para extender y derivar las tuberías hacia las manejadoras de aire. Como cada unión que se utiliza en las tuberías aumenta la probabilidad de fugas en el centro de datos, la distribución de las tuberías suele ubicarse debajo del piso elevado, donde muchas veces se construyen canales o canaletas debajo de las tuberías para atrapar el agua en caso de pérdidas o roturas. Este enfoque funcionaba bien en centros de datos estáticos, en los que no había necesidad de reubicar o agregar acondicionadores de aire. Con la tendencia actual que refleja un aumento en las densidades en los equipos de IT y una mayor frecuencia de desplazamientos, agregados y modificaciones, en ocasiones deben agregarse acondicionadores de aire a las disposiciones tradicionales en las que el uso de tuberías rígidas resulta problemático. Estos agregados implican la instalación de nuevas tuberías, un mayor plazo de implementación de los equipos y un aumento en el riesgo de inactividad asociado con la instalación. Como resultado, en el mercado surge la necesidad de un sistema modular de tuberías más flexible que pueda adaptarse mejor a requisitos cambiantes. También se observa una nueva tendencia: la estructuración de centros de datos sin piso elevado. Estas instalaciones con piso convencional son posibles gracias a arquitecturas y tecnologías de enfriamiento más nuevas que no necesitan piso elevado para la distribución de aire. Para muchos usuarios, de esta manera se logra una flexibilidad adicional en la instalación de centros de datos y salas de cómputos. Uno de los resultados de esta tenden-cia es que ahora es más habitual disponer de tuberías en altura. Con las tuberías en altura, las fugas pueden presentar un riesgo aun mayor en cuanto a daños e inactividad de los sistemas, en comparación con las tuberías bajo piso. En el sector informático surge la necesidad de un sistema de tuberías más resistente a las fugas. Otra tendencia en materia de diseño de centros de datos es la implementación de en-friamiento circunscrito a las hileras de equipos informáticos (enfriamiento por hilera), o incluso en el ámbito de racks individuales, en vez del enfriamiento de la sala. Estas modali-dades permiten mayor densidad y eficacia en electricidad, y se analizan con más detalle en el Informe interno 130 de APC, Ventajas de las arquitecturas de enfriamiento por hilera y por rack para centros de datos. Este tipo de implementaciones obliga a que las unidades de aire acondicionado y las tuberías asociadas se acerquen más a los equipos de IT. Esta situación también exige un sistema de tuberías modular, confiable y escalable. El uso de tubería flexible sin costura elimina el empleo de uniones intermedias, con lo cual se reduce el riesgo de pérdidas de agua, se acorta el tiempo de implementación y se aumenta la agilidad del sistema. En este informe se explica esta nueva tecnología de tuberías y su aplicación en centros de datos de próxima generación.. En el enfoque tradicional para centros de datos, se usan tuberías rígidas de cobre o de acero al carbono. Los más utilizados son los tubos rígidos de cobre de tipo L o M y los de acero al carbono de cédula 40. Los tubos rígidos exigen el uso de uniones roscadas, acanaladas, soldadas con soldadura reforzada o con soldadura de cobre en cada curva, en cada válvula, en cada derivación hacia los distintos acondicionadores de aire y cada 1,8 o 6 metros (6 o 20 pies), según la longitud del tramo de la tubería. Es habitual que haya varias uniones en un solo tramo, desde la fuente de agua helada hasta el acondicionador de aire.

Introducción

Características de los métodos de tuberías rígi-das tradicionales

Ventajas de las arquitecturas de enfriamiento por hilera y por rack para centros de datos

Recursos APC Informe interno 130



Modos de falla de las tuberías rígidas Cada unión roscada o soldada constituye una posible fuente de fugas en el sistema de agua helada. Uno de los causantes habituales de las fugas es el proceso de roscado, que desgasta un 50% o más de la pared del tubo el primer día y debilita ese empalme. Otra de las razones por las que claudican las tuberías y se producen pérdidas es la corrosión galvánica, donde el tubo de acero al carbono entra en contacto directo con una válvula de bronce o se une a un tubo de cobre. La corrosión galvánica se produce cuando dos metales dispares entran en contacto entre sí y con el agua, y suele atacar al tubo de acero en distintos grados según las condiciones de corrosión existentes. En las etapas más avan-zadas, puede reconocerse a simple vista por la formación de un sedimento en la superficie de contacto de los metales dispares en las roscas, que genera una fuga de partículas microdelgadas. Sin embargo, llegado este punto, ya se produjo gran parte del daño y debe reemplazarse el tubo o la dimensión de la pérdida aumentará a medida que avance la corrosión. En la mayoría de los sistemas de tuberías, se utilizan uniones de aislamiento eléctrico, denominadas dieléctricas, para las conexiones entre metales dispares. La mayoría de los consultores y especialistas en diseño especifican que deben usarse uniones dieléctricas, pero no es raro encontrar instalaciones en las que no se utilizaron o que están mal instala-das. En una instalación tradicional de agua helada, la tubería principal para el suministro o el retorno suele ser de acero al carbono y derivarse a las manejadoras de aire mediante tuberías de cobre. Por eso, deben usarse varias uniones dieléctricas si se cuenta con diversas manejadoras de aire (unidades CRAH) para salas de cómputo en el centro de datos. Entre las causas menos habituales, se encuentran: fatiga del sellador de la rosca por el paso del tiempo, fresado deficiente de la rosca, deterioro de la junta en conexiones acanaladas y tubos o uniones de mala calidad, vibración, esfuerzo, un montaje inadecuado o presiones operativas que superan las especificadas para el diseño. En los sistemas de tuberías rígidas, los minerales tienden a depositarse en la pared interna, lo cual causa el desescamado y la oxidación del cobre que luego provocan microperfora-ciones y fugas en las tuberías. La sedimentación mineral que se produce con el transcurso del tiempo también aumenta la pérdida de presión en el conducto de agua, en especial cuando se deposita en codos y uniones. Para evitar este problema, el agua debe tratarse y mantenerse en forma periódica a fin de que los niveles de PH sean los adecuados. El agua suele tratarse al momento de la puesta en marcha y durante las visitas de mantenimiento habituales. Si bien es extraño hallar microperforaciones en instalaciones de agua helada de ciclo cerrado, se las ha encontrado en infraestructuras con mantenimiento inadecuado. La condensación también representa un problema en los sistemas de agua helada. Las tuberías de agua helada suelen aislarse para evitar que se forme condensación en la pared exterior de los tubos. Sin embargo, es frecuente hallar humedad en las uniones de tuberías difíciles de aislar por la presencia de muchos codos, conexiones y accesorios, como válvulas, filtros y medidores. Cualquier rajadura o falla en el sellado del aislante representa un potencial de pérdida de agua en el centro de datos y también constituye un punto de entrada para que la humedad pueda penetrar por debajo del aislante y desplazarse un largo trecho por la superficie de la tubería. La presencia de condensación en la pared externa de los tubos en entornos sin acondi-cionamiento de aire también tiene efectos corrosivos. La corrosión exterior se propicia mucho



más cuando existe un alto porcentaje de humedad en el entorno que rodea las tuberías. En casos extremos, se forma condensación a tal punto que el aislante queda completamente saturado de agua. En los centros de datos, no suele haber corrosión exterior en las tuberías porque se encuentran en un ambiente con humedad controlada. Para contener cualquier tipo de condensación o agua en caso de fugas en el centro de datos, algunos gerentes de sistemas y especialistas en instalaciones exigen una protección adicional para los equipos eléctricos y de IT. Sin embargo, esta práctica no suele implemen-tarse hasta que la presencia de agua ya es problemática en el centro de datos. En algunos casos, la preocupación por una posible pérdida de enfriamiento producto de una sola fuga es tan grande que los gerentes de sistemas optan por instalar un sistema de tuberías rígidas completamente redundante que duplica el costo total de instalación de las tuberías. Como alternativa, pueden decidir instalar unidades CRAH con un sistema de respaldo que utilice refrigerante, que también requiere tuberías de enfriamiento adicionales. Instalación de tuberías rígidas bajo piso El método para extender tuberías de agua helada depende de las dimensiones de la sala y de la cantidad de manejadoras de aire. En salas pequeñas, las tuberías de agua helada suelen extenderse mediante un gran conducto principal de suministro y de retorno, hecho de cobre o de acero al carbono. En salas más grandes, se utilizan varios múltiples de acero al carbono. Luego, de cada múltiple o colector principal, parten tuberías de cobre hacia cada manejadora de aire. La Figura 1 ilustra una tubería rígida instalada bajo piso en la que se utilizan varias uniones. Para esta metodología, cuando el agua debajo del piso genera inquietud, se construye una canaleta con drenajes específica para la contención de la tubería de agua helada, que la separa del cableado de electricidad. Otra alternativa es construir un depósito de drenaje debajo de cada tramo de la tubería para recoger cualquier posible líquido producto de una fuga o de condensación en el sistema. La profundidad y el ancho de la canaleta se determina según el diámetro y la cantidad de tubos de agua helada que contendrá. Además, deben respetarse distancias de guarda para el mantenimiento y la reparación de todos los distintos tubos de la canaleta en caso de una pérdida. En los centros de datos medianos o grandes, suelen encontrarse canaletas de hasta 1,5 metros (5 pies), para abarcar todas las tuberías de agua helada, válvulas y la distancia necesaria para el mantenimiento. Como la distancia desde el enfriador hasta la manejadora de aire varía en cada unidad, la puesta en marcha del sistema de agua helada exige la regulación de cada manejadora de aire para suministrarle la cantidad correcta de agua helada. La regulación del sistema se logra utilizando válvulas de aislamiento y de regulación que suelen ubicarse en las deriva-ciones de las tuberías debajo del piso elevado; mientras que las válvulas de regulación accionadas por agua acostumbran a colocarse en las manejadoras de aire. Al colocar las válvulas de aislamiento y de regulación debajo del piso, la regulación del sistema implica más tiempo ya que las válvulas de regulación no son de fácil acceso. Estos sistemas necesitan una estructuración inicial y, por lo general, se trata de sistemas estáticos por la infraestructura necesaria para extender las tuberías y la dificultad de agregar un conducto adicional al colector principal una vez que la sala está en funcionamiento. Si se produce una fuga en el múltiple principal, aumenta el tiempo medio de recuperación (MTTR), ya que todas las unidades CRAH que alimenta la derivación principal perderían el suministro de agua helada. La temperatura de sala ascendería rápidamente y, en con-secuencia, se producirían anomalías en los equipos de IT o se forzaría a un cierre de los sistemas.



Instalación de tuberías rígidas en altura En este enfoque también se utiliza un colector o múltiple principal que se deriva hacia cada manejadora de aire hasta que llega al último sistema. Las válvulas de regulación y de aislamiento suelen ubicarse en las tuberías derivadas dentro o fuera del centro de datos o sobre las manejadoras de aire. Como las tuberías en altura presentan un riesgo de condensación o fuga sobre los equipos de IT, se utiliza un depósito de drenaje en el cruce de la tubería y cualquier equipo eléctrico o de IT, y en algunos casos, el operador solicita un depósito de drenaje debajo de todas las tuberías de agua helada en el centro de datos. En estos casos, se instala un amplio depósito de drenaje debajo de los colectores principales y uno pequeño para las derivaciones. Esta metodología se aplica por las probabilidades de fugas y condensación que presentan las distintas uniones de tuberías y como medida de precaución para proteger todos los equipos de energía e IT ubicados debajo de las tuberías. La Figura 2 muestra un ejemplo de una instalación tradicional con tuberías en altura y depósitos de drenaje para la contención de pérdidas. Como las válvulas se ubican sobre el cielorraso o fuera del centro de datos, no es fácil regular el sistema de enfriamiento. Por eso, se prolonga el tiempo necesario para la puesta en marcha y la regulación de cada unidad. En caso de que se produzca una fuga en una

Figura 1 Instalación tradicional de tuberías de agua helada bajo piso con derivaciones hacia las distintas manejadoras de aire con varias uniones

Figura 2 Tuberías en altura con depósito de drenaje sobre los racks



instalación en altura, la reparación debe efectuarse sobre los equipos instalados en el piso, lo cual aumenta el riesgo de caída de agua al piso o, lo que es aun peor, sobre los equipos. Rara vez se usan sistemas de tuberías de doble pared para brindar una contención adi-cional. Este tipo de tubería se utiliza principalmente por exigencia de las reglamentaciones locales o por indicación del propietario o del especialista en diseño. El sistema de tuberías de doble contención se compone de un tubo exterior que encierra completamente a un tubo transportador interior para contener cualquier pérdida que pudiera producirse y permitir la detección de esas fugas. Los procedimientos y los requisitos de instalación de las tuberías de doble pared encarecen en extremo esta metodología, pero es más eficaz que un simple depósito de drenaje debajo de la tubería. La Figura 3 muestra un corte transversal, de frente y de perfil, de un tubo de doble pared. Gracias a avances recientes en la tecnología de extensión de tuberías con tubos flexibles, el transporte de agua helada al centro de datos adquiere mucha mayor confiabilidad y se reducen drásticamente las posibilidades de fugas. Este tipo de tuberías se sustenta en una tecnología que en Europa se utiliza en sistemas HVAC desde hace más de 30 años. Las tuberías flexibles están hechas de un compuesto multicapa, que consta de una capa de aluminio encerrada entre capas internas y externas de polietileno reticulado. De esta manera el tubo cuenta con flexibilidad para extenderse en el centro de datos y rigidez para manten-erse en su lugar. El polietileno reticulado o PEX también brinda una excelente protección contra la corrosión. Las paredes internas lisas y sus propiedades químicas hacen que la tubería sea resistente a la sedimentación mineral con aguas duras o blandas y así se elimina el riesgo de microperforaciones.1 Mejora en la confiabilidad en comparación con las tuberías rígidas El uso de tubería flexible permite la extensión del sistema sin necesidad de utilizar codos ni empalmes intermedios desde la fuente de agua helada hasta cada unidad CRAH. Cuando la instalación cuenta con varias unidades CRAH, un sistema de distribución centralizado permite conexiones múltiples a un colector principal de distribución ubicado en el perímetro o fuera de la sala. El colector brinda aislamiento, regulación y derivación individual hacia cada manejadora de aire de la sala, mediante tuberías flexibles individuales de suministro y de retorno sin empalmes. Esta metodología reemplaza todos los empalmes intermedios en el centro de datos por solo dos empalmes por conducto de suministro o de retorno: uno en el colector de distribución y otro en la unidad CRAH. Los sistemas tradicionales de tuberías rígidas exigen entre 10 y 20 empalmes por derivación de suministro o de retorno hacia cada acondicionador de aire según la extensión de la tubería. En un sistema de tubería flexible con solo dos empalmes por conducto, el riesgo de fugas se reduce a solo un 10 o 20% del riesgo que presentan las tuberías rígidas.

1 Plastics Pipe Institute™, División de Alta Temperatura, “The Facts of Cross-Linked Polyethylene (PEX)

Pipe Systems” [La realidad sobre los sistemas de tuberías de polietileno reticulado (PEX)], 03/12/04

Figura 3 Corte transversal de un tubo de doble pared

Metodología de tuberías flexibles



Al eliminar las válvulas o uniones intermedias y con un menor nivel de conductividad térmica que los tubos de cobre o acero, las tuberías flexibles PEX también reducen notablemente la posibilidad de condensación en el centro de datos. Esto se debe a que la condensación suele formarse en las uniones, las conexiones y las válvulas porque es difícil aislarlas con eficacia. Una distribución centralizada, cuando se realiza con tuberías flexibles, reduce enormemente las inquietudes acerca de colocar las tuberías de agua helada junto a los equipos de IT y extender las tuberías en altura. La instalación de un sistema centralizado de distribución de agua en el perímetro de la sala permite que todas las válvulas de aislamiento y regulación se instalen en la misma ubicación, lo cual acorta el tiempo necesario para regular todo el sistema de agua helada. Los centros de datos dinámicos sacan buen provecho de este enfoque, ya que al contar con tuberías flexibles, es posible reubicar las manejadoras de aire con solo extender la tubería flexible hasta la nueva ubicación. En aplicaciones de alta densidad, el agregado de futuras unidades CRAH puede lograrse extendiendo un conducto desde el colector principal hasta las nuevas manejadoras de aire sin alterar el resto de la tubería de agua helada. La mejora en la tasa de fallas real respecto de los métodos de tuberías rígidas es notable. A continuación, se cita a uno de los principales fabricantes de este sistema de tuberías2: “Se utiliza en Europa desde hace 30 años, y con más de 4000 millones de pies de tubería instalada y en funcionamiento, no se produjo ni un solo incidente por falla del producto. De esa cifra, 500 millones de pies están instalados solo en Norteamérica. Algunas muestras de estos tubos están sometidas a alta temperatura y presión continua desde 1973, sin indicios de disminución del rendimiento. Las pruebas, realizadas tanto por Wirsbo como por fuentes independientes, predicen que los tubos PEX de Wirsbo tendrían una vida útil que supera los 100 años”. Instalación de tuberías flexibles en altura Para aplicaciones en altura, la tubería flexible se extiende a través de los pasillos desde el colector de distribución hasta los acondicionadores de aire y solo se utiliza un depósito de exudado cuando la tubería se cruza con algún equipo eléctrico o informático. También se distribuyen accesorios que sirven para conducir varias tuberías flexibles apiladas y así se reduce al mínimo el espacio en altura que ocupan las tuberías. La Figura 4 muestra el uso de tuberías flexibles en altura. Las tuberías flexibles reducen drásticamente el potencial de condensación y fugas presente en la mayoría de las instalaciones con tuberías en altura. Como en los centros de datos se tiende a extender el cableado en altura y a instalar enfriamiento por hilera o en altura, disminuye la necesidad de contar con piso elevado y el gasto que este implica. Para obtener mayor información sobre enfriamiento por hilera y en altura, consulte el Informe interno Nº 132 de APC, Comparación de métodos de enfriamiento por hilera y en altura..

2 Shelter Technology, http://www.sheltertech.com/wirsbo_pex_tubing.htm (consultado el 15 de febrero

de 2006).

Comparación de métodos de enfriamiento por hilera y en altura

Recursos APC Informe interno 132



Tuberías flexibles bajo piso El uso de tubería flexible debajo del piso elevado ofrece la ventaja de lograr una extensión directa desde el colector de distribución hasta las unidades CRAH. De esta manera se reduce el trecho que recorren los tubos, ya que se extienden en línea recta hasta las manejadoras de aire. La tubería flexible puede extenderse en alturas de piso mínimas de 12 pulgadas (30 cm), y como suelen cruzarse solo con cableado eléctrico y de IT, no es necesario contar con depósitos de drenaje en la línea recta hacia los acondicionadores de aire. Así se reduce el costo de instalación y el tiempo de implementación, en comparación con los sistemas tradicionales de tuberías rígidas bajo piso. La Figura 5 muestra el uso de tuberías flexibles bajo piso.

Figura 5 Instalación de tubería flexible bajo piso con derivaciones a distintas manejadoras de aire

Figura 4 Esquema de la disposición de un centro de datos con tubería flexible en altura



En las siguientes secciones, se comparan las tuberías rígidas y flexibles respecto de diversas propiedades, entre ellas, atributos mecánicos, físicos, agilidad, disponibilidad, costo total de propiedad (TCO) y modos de falla. Atributos mecánicos y físicos de las tuberías rígidas y flexibles En la Tabla 1, se consigna una lista de los principales atributos mecánicos y físicos de las tuberías flexibles y rígidas que se utilizan en sistemas de agua helada..

Atributo físico Acero al carbono de cédula 40

Tubería rígida de cobre del tipo “L”

Tuberías flexibles PEX

Peso de la tubería expresado en kg por metro lineal (tamaño nominal de 2,54 cm sin agua) 2,49 0,975 0,324

Peso de la tubería expresado en libras por pie lineal (tamaño nominal de 1” sin agua) 1,67 0,655 0,218

Temperatura nominal Hasta 399°C (750°F) Hasta 204°C (400°F) Hasta 93°C (200°F)

Presión operativa interna nominal en megapascales

19,7 MPa a 38°C 19,7 MPa a 93°C

3,41 MPa a 38°C 2,79 MPa a 93°C

1,38 MPa a 23°C 0,689 MPa a 93°C

Presión operativa interna nominal en libras por pulgada cuadrada

2857 LPPC a 100°F 2857 LPPC a 200°F

494 LPPC a 100°F 404 LPPC a 200°F

200 LPPC a 73°F 100 LPPC a 200°F

Tipo de uniones Uniones roscadas, acanaladas, soldadas con soldadura reforzada o con soldadura de cobre

Uniones roscadas, acanaladas, soldadas con soldadura de estaño o con soldadura de cobre

Uniones roscadas con prensado múltiple o por compresión

Rango de tamaños De 3,2 a 660 mm (de 1/8” a 26”) De 6,4 a 305 mm (de 1/8” a 12”)

De 12,7 a 5,08 mm (de ½” a 2”) en Norteamérica De 12,7 a 609 mm (de ½” a 24”) en Europa3

Conexión de terminaciones Roscadas o soldadas con soldadura reforzada o con soldadura de cobre

Roscadas, soldadas con soldadura de estaño o con soldadura de cobre

Uniones roscadas con prensado múltiple o por compresión

Resistencia a la corrosión Limitada, depende de la humedad relativa del entorno y del PH del agua

Muy buena Excelente

Conductividad térmica Alta Alta Mediana a baja

3 “PEX piping for Plumbing” [Tuberías PEX para uso en plomería], ponencia de la 40º convención de la

sociedad ASPE, en octubre de 2004, Shelter Technology, http://www.plasticpipe.org/media/PEX_ASPE_2004,pdf#search='wirsbo%20pex%20pipe%20sizes (consultado el 18 de febrero de 2006).

Comparación entre tuberías rígidas y flexibles

Tabla 1 Atributos físicos de las tuberías rígidas y flexibles



Agilidad y disponibilidad de las tuberías flexibles y rígidas La incorporación de nuevas tecnologías, como la de los servidores Blade, se traducen en cargas de IT que superan en mucho la capacidad nominal de los sistemas de enfriamiento; por eso, surge la necesidad de agregar enfriamiento adicional a los centros de datos. Las tuberías rígidas no brindan flexibilidad para futuras expansiones. Para que las mane-jadoras de aire existentes mantengan su capacidad operativa, suele extenderse un nuevo conducto derivado desde la unidad de enfriamiento hasta las unidades adicionales. El costo de instalación y el tiempo de implementación son altos por la dificultad de extender tuberías en un edificio que ya tiene un sistema de agua helada y la dificultad de soldar o roscar nuevos empalmes en un centro de datos existente. Incluso cuando se necesita una simple reubicación de las manejadoras de aire, debe extenderse una nueva tubería rígida desde el colector de derivación hasta la nueva ubicación, lo cual implica colocar varios empalmes roscados o soldados. Las tuberías flexibles brindan la agilidad y la disponibilidad necesaria para la reubicación o el agregado de equipos. Las tuberías flexibles se instalan sin necesidad de uniones o em-palmes soldados desde el colector de distribución hasta la ubicación de las unidades CRAH. Como las válvulas de regulación y aislamiento se instalan en el colector y la tubería principal desde la unidad de agua helada hasta el colector ya está instalada, no se produce tiempo de inactividad en el sistema de agua helada existente y el tiempo de implementación se reduce debido a la sencillez de la instalación de los tubos. Una falla o fuga en el conducto principal de suministro o de retorno desde la unidad de agua helada hasta el centro de datos exigiría que todas las manejadoras de aire salieran de servicio para poder reparar la falla, y esta reparación puede demorar desde varias horas hasta días enteros. Se obtendría el mismo efecto si se usara un colector de distribución, ya que las tuberías rígidas también se utilizan desde el enfriador hasta el colector. Si ocurriera una falla en esa tubería, también deberían cerrarse todos los tubos de la unidad CRAH provenientes del colector hasta que se reparara la falla. En caso de una pérdida o falla en un sistema de tubería rígida en una de las subderivaciones de la tubería principal, solo los aparatos de aire acondicionado derivados de esa tubería independiente perderían agua helada al aislar la tubería para su reparación. La reparación de un sistema de tubería rígida requiere que se aísle e interrumpa el suministro de agua helada a todas las unidades CRAH vinculadas a esa tubería y que se reemplace el componente que presenta la pérdida o que se suelde nuevamente la unión en el punto de fuga. Con las tuberías flexibles, si se produce una pérdida entre el colector de distribución y la manejadora de aire, debe cerrarse solo una manejadora de aire para la reparación, sin interrumpir el enfriamiento de ninguno de los otras manejadoras de aire. Si se produce una pérdida en la unión del colector de distribución o de la unidad CRAH, se reemplaza la unión. Sin embargo, si se produce una pérdida en el conducto de la tubería flexible en sí, una reparación exigiría el reemplazo de toda la tubería flexible. La nueva tubería se reemplazaría aislando el conducto en el sistema centralizado de distribución y en el acondicionador de aire, cortando el servicio de esa sola unidad CRAH sin interrumpir el enfriamiento de ninguno de los demás acondicionadores de aire. Costo total de propiedad de las tuberías rígidas y flexibles En comparación con un sistema de tubería soldada con cobre, el costo total de propiedad se reduce con el uso de tubería flexible y un colector de distribución centralizada. Un centro de datos de 200 kW en el que se instale un nuevo sistema de enfriamiento implicaría un aumento de al menos 40% en la velocidad de implementación y una reducción de un 20% aproximadamente en el costo de instalación si se realiza con tubería flexible y un colector de



distribución centralizada. Esta reducción en el costo de instalación se logra gracias a que no se requiere mano de obra adicional para el soldado de uniones intermedias e instalación de válvulas intermedias, además de que se acorta el tiempo de regulación del sistema de agua helada. En un centro de datos existente, la instalación de una unidad CRAH adicional con tubería flexible desde el colector de distribución reduce al menos en un 50% el costo de instalación y en un 60% el tiempo de implementación, en comparación con un sistema de tubería tradi-cional con soldaduras. El mantenimiento de un sistema de agua helada con tubería flexible es más fácil y rápido de realizar, ya que la inspección de todas las válvulas se realiza en una ubicación centralizada, mientras que en una instalación bajo piso, estas válvulas se ubican en distintas zonas del centro de datos.

En centros de datos que cuentan con piso elevado solo para la extensión de tuberías de agua helada, la eliminación del piso elevado reduce aun más el gasto de capital que implica la instalación si se utiliza un sistema de tuberías en altura. En la Tabla 2, se comparan las tuberías rígidas y flexibles en cuanto a los beneficios que los usuarios de centros de datos han identificado como de mayor importancia para un sistema de tuberías de agua helada.



Tuberías rígidas Tuberías flexibles

Agilidad La velocidad de implementación es lenta por la necesidad de soldar varias uniones. La regulación del sistema no es de fácil acceso debajo del piso elevado o sobre los paneles del cielorraso. Las expansiones o las reubicaciones no escalables requieren trabajo de estructuración inicial e inactividad para otras unidades.

Se logra un aumento del 40% en la velocidad de implementación. La regulación del sistema de agua helada se ubica en un lugar centralizado y accesible. Es escalable, permite desplazamientos, agregados, modificaciones y futuras expansiones sin perturbar a las demás unidades.

Disponibilidad Las probabilidades de fugas en cada unión o empalme reducen la confiabilidad.

Se logra un aumento en la confiabilidad por la eliminación de empalmes intermedios que reducen drásticamente las probabili-dades de pérdidas.

Tiempo medio de recuperación (MTTR)

En caso de una fuga en el conducto principal, la reparación puede demorar entre horas y días enteros según la pérdida. Si se produce una fuga en una derivación de distribución en el centro de datos, la reparación puede demorar varias horas, con lo cual deberán salir de servicio varias unidades.

Si la pérdida se produce en el tramo desde el enfriador hasta el colector de distribución centralizada, la reparación puede demorar entre horas y días según el grado de fuga. Si se produce una fuga en una derivación flexible del centro de datos, puede extenderse un nuevo tubo flexible y la reparación podría demorar varias horas con la interrupción de una sola unidad.

Instalación Los costos de instalación son más elevados. La regulación del sistema requiere más tiempo, por lo que aumenta el costo de la puesta en marcha. Se utilizan uniones y empalmes mecánicos, roscados o soldados con cobre y se requieren válvulas de regulación y aislamiento intermedias.

Se logra un menor costo de instalación. Con el sistema de distribución centralizada, la regulación y la puesta en marcha del sistema es menos compleja. No se requieren empalmes soldados, uniones intermedias ni válvulas.

Radio de curvatura

Permite un radio de curvatura menor usando codos. El radio mínimo de curvatura es de 5 a 7 veces el diámetro exterior del tubo.

Capacidad de mantenimiento

Se precisan verificaciones visuales para detectar pérdidas en cada empalme o válvula e inspección visual para detectar condensación en las uniones y válvulas, y puntos de corrosión. Se mide y se valida la concentración de agua y glicol.

Se dedica menos tiempo a las inspecciones visuales para detectar pérdidas y condensación en las válvulas del colector de distribución centralizada (todas las válvulas se ubican en una sola área). Se mide y se valida la concentración de agua y glicol; mantenimiento de rutina.

Caída de presión El uso de codos para curvas y la sedimentación mineral provoca una caída de presión adicional.

Las paredes interiores más lisas y un mayor radio de curvatura sin uniones reducen la caída de presión en extensiones típicas de estas tuberías.

Espacio libre Las tuberías se extienden bajo el piso o en altura; el sistema de tuberías no ocupa espacio libre.

Se requiere espacio libre para el colector de distribución centrali-zada en la sala.

Distancias Se pueden extender largos tramos de tuberías con tubería rígida, ya que se empalman varios tubos con uniones.

Se recomienda una distancia máxima de 46 metros (150 pies) desde el colector de distribución hasta el acondicionador de aire, ya que distancias mayores presentarían mayor complejidad para el instalador.

Costo inicial (instalación y material)

El costo de la tubería rígida es menor, pero el costo total de instalación es mayor porque se necesita más mano de obra para las uniones soldadas o roscadas y la regulación del sistema implica más tiempo, los cual aumenta el costo de puesta en marcha.

Las tuberías PEX tienen un costo mayor; sin embargo, la instalación general puede ser menor por la eliminación de las uniones roscadas o soldadas, y la regulación y puesta en marcha del sistema es menos compleja con el sistema de distribución centralizada.

Ubicación de las tuberías

Pueden instalarse al aire libre o expuestas a la luz del sol. Las tuberías PEX no deben almacenarse ni instalarse en áreas expuestas a la luz del sol, ya sea en forma directa o indirecta.

Note: shading indicates best performance for the characteristics

Tabla 2 Comparación entre las tuberías rígidas y flexibles



Comparación de modos de falla en tuberías rígidas y flexibles Los sistemas de agua helada pueden presentar diversos modos de falla según la ubicación de las tuberías, el tipo de instalación y la metodología de tuberías que se utilice. La Tabla 3 resume los posibles modos de falla para cada tipo de tuberías y el mejor grado de rendimiento se destaca en celeste.

Tuberías rígidas Tuberías flexibles

Perforaciones Es menos susceptible de perforarse con objetos filosos. Es más susceptible de perforarse con objetos filosos.

Puntos únicos de falla Una falla en un tubo de derivación provoca una pérdida de enfriamiento en todas las unidades CRAH conectadas a la derivación.

Una falla en un conducto provoca una pérdida de enfriamiento en una sola unidad CRAH.

Fugas en los empalmes

La gran cantidad de empalmes o uniones en la tubería puede aumentar la probabilidad de fugas por posible corrosión galvánica, fatiga de los selladores de las roscas con el paso del tiempo, fresado deficiente de las roscas, deterioro de las juntas en conexiones acanaladas o uniones roscadas de mala calidad.

Reducción en la cantidad de empalmes: solo dos por conducto por unidad CRAH. Las uniones roscadas con prensado múltiple comprimen el tubo PEX-AL-PEX y así la conexión es más firme que con una unión roscada o con una junta.

Terremotos / vibración Los movimientos por vibración o terremotos pueden provocar fugas en los empalmes y uniones.

Es menos susceptible de roturas o fugas por vibración o terremotos.

Apisonamiento con el pie

Si se la pisa, pueden dañarse las uniones roscadas o soldadas y así producirse una fuga.

Es menos susceptible de sufrir daños, gracias a la flexibilidad de la tubería.

Aislamiento contra el goteo de conden-sación en el centro de datos

Presenta mayor probabilidad de condensación por la dificultad de aislar diversas válvulas, filtros y uniones. Las pequeñas rajaduras o los espacios sin aislante pueden provocar condensación.

Presenta menor probabilidad de condensación por la eliminación de válvulas o uniones intermedias entre el sistema de dis-tribución y las unidades CRAH.

Abrasión / cortes Es resistente a los cortes o la abrasión externa. Es menos resistente a la abrasión externa. Un corte puede dañar la capa PEX exterior.

Microperforaciones y sedimentación mineral

Es susceptible de sufrir microperforaciones y fugas producidas por la sedimentación mineral si el agua no se trata en forma periódica.

Es muy resistente a la formación de sedimentos minerales por la suavidad de las paredes internas y sus propiedades químicas.

Tabla 3 Comparación de los modos de falla de las tuberías rígidas y flexibles

Nota: El sombreado en celeste indica el mejor rendimiento para la característica correspondiente.



Si bien en los sistemas de agua helada el enfoque tradicional implica el uso de tubería rígida, un colector de distribución centralizada con conductos flexibles individuales hacia cada acondicionador de aire puede mejorar notablemente la confiabilidad del sistema ya que las probabilidades de fuga se reducen en forma drástica. Además, una falla en un sistema de tuberías flexibles solo requiere que se aísle una sola unidad CRAH, lo cual permite que las demás unidades continúen refrigerando la carga, mientras que una falla en un sistema de tuberías rígidas puede implicar que se aíslen varias unidades CRAH si la falla se ubica en uno de los tubos derivados, lo cual pondría en peligro la disponibilidad del centro de datos ya que no contaría con el enfriamiento necesario para la carga. En un sistema de tubería flexible, la preocupación por la presencia de agua en los centros de datos es menor por tres motivos:

1. La tasa de fallas del sistema de tubería en general disminuye enormemente gracias a la drástica reducción de uniones.

2. La confiabilidad inherente de la tubería base en sí es mayor.

3. Las probabilidades de formación de condensación se reducen, ya que no hay uniones ni válvulas intermedias para aislar, que son los principales puntos donde se forma condensación en un sistema de agua helada.

La tubería flexible es una tecnología que permite instalaciones de centros de datos con piso convencional y sistemas de enfriamiento por hilera y por rack para cargas de alta densidad. Las tendencias hacia instalaciones con piso convencional y mayor densidad se traducen naturalmente en un rápido incremento en el uso de tuberías flexibles para centros de datos de próxima generación.

Conclusiones

Isabel Rochow es Gerente de Productos para la línea de Soluciones de Enfriamiento de Salas en American Power Conversion (APC). Es ingeniera mecánica, con 10 años de experiencia en sistemas de enfriamiento y aire acondicionado para el mercado industrial y comercial. Además, es miembro de ASHRAE y ha participado en diversas presentaciones para las secciones locales de ASHRAE.

Acerca de la autora



Ventajas de las arquitecturas de enfriamiento por hilera y por rack para centros de datos APC Informe interno 130 Comparación de métodos de enfriamiento por hilera y en altura APC Informe interno 132

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