Enfriamiento por Líquido en Centros de Datos y Soluciones de Sellado

Cada vez que reproducimos un video en trasmisión, guardamos fotos en la nube, compramos en línea o enviamos un mensaje, los centros de datos están trabajando detrás de escena. Estas instalaciones albergan miles de servidores que procesan y almacenan la información digital utilizada por personas y empresas de todo el mundo.

Todos estos servidores generan calor mientras operan. Tradicionalmente, los centros de datos han dependido de sistemas de enfriamiento por aire para disipar este calor y mantener el equipo funcionando de manera segura.

Sin embargo, a medida que estos servicios digitales siguen creciendo, los centros de datos deben manejar cantidades cada vez mayores de potencia de cálculo. Esta tendencia se ha acelerado aún más con el auge de las aplicaciones de IA y los grandes modelos de lenguaje, que requieren una capacidad de procesamiento significativamente mayor que muchas de las cargas de trabajo tradicionales.

Para ofrecer este rendimiento, los servidores están equipados con procesadores más potentes. Estos chips consumen grandes cantidades de electricidad, y gran parte de esa energía se libera en forma de calor durante las operaciones.

Además, los operadores de centros de datos a menudo instalan más potencia de cálculo dentro del mismo rack de servidores para aprovechar mejor el espacio disponible. Como resultado, se genera más calor en un área más pequeña, lo que hace que sea cada vez más difícil para el enfriamiento por aire por sí solo disipar el calor de manera efectiva.

Por esta razón, el enfriamiento por líquido en los centros de datos se está convirtiendo en una solución cada vez más importante. Pero ¿qué es el enfriamiento por líquido en los centros de datos y cómo funciona? Let’s start with the basics.

¿Qué es el Enfriamiento por Líquido en Centros de Datos?

El enfriamiento por líquido en centros de datos es un método para disipar el calor de los servidores utilizando un líquido en circulación en lugar de depender únicamente del aire.

A medida que el líquido fluye a través del sistema de enfriamiento, absorbe el calor de los servidores y lo transporta lejos. El líquido calentado luego se enfría y se recircula para repetir el proceso.

En comparación con el aire, el líquido puede transportar mucho más calor. Esto permite a los centros de datos utilizar procesadores más rápidos y de mayor rendimiento, así como instalar más servidores dentro del mismo rack.

En otras palabras, el enfriamiento por líquido ayuda a los centros de datos a soportar una mayor potencia de cálculo en el mismo espacio físico.

Por esta razón, el enfriamiento por líquido se está volviendo cada vez más común en entornos con demandas de computación intensivas, incluidos los centros de datos a gran escala (hyperscale data centers), clústeres de entrenamiento de IA, instalaciones de computación de alto rendimiento (HPC) y entornos de computación de borde.

En la siguiente sección, veremos cómo funciona el enfriamiento por líquido en los centros de datos y las principales arquitecturas de enfriamiento utilizadas hoy en día.

¿Cómo Funciona el Enfriamiento por Líquido en Centros de Datos?

Los sistemas de enfriamiento por líquido utilizados en los centros de datos se pueden dividir a grandes rasgos en dos enfoques principales: Refrigeración líquida directa (DLC) y la Refrigeración por Inmersión. Ambos métodos disipan el calor de manera más eficiente que el enfriamiento por aire, pero difieren en la forma en que el refrigerante interactúa con el equipo del servidor.

・Refrigeración líquida directa (DLC)

En la Refrigeración líquida directa, el refrigerante se bombea a través de tubos hacia placas frías (cold plates) conectadas directamente a componentes de alto calor como CPU, GPU y aceleradores de IA. Cada placa fría contiene canales internos a través de los cuales fluye el refrigerante. A medida que el refrigerante pasa por estos canales, absorbe el calor del procesador. El refrigerante calentado se lleva luego a un intercambiador de calor, donde se elimina el calor antes de que el refrigerante se recircule de regreso al sistema.

La Refrigeración líquida directa se puede dividir en dos tipos:

DLC monofásico

En el DLC de una sola fase, el refrigerante permanece en forma líquida durante todo el ciclo de enfriamiento. Absorbe el calor de las placas frías, fluye hacia un intercambiador de calor y luego se enfría y se recircula.

DLC de dos fases

En el DLC de dos fases, el refrigerante se evapora parcialmente a medida que absorbe el calor del procesador. El vapor se condensa luego de regreso a líquido y se devuelve al sistema. Este cambio de fase permite eliminar grandes cantidades de calor de manera muy eficiente.

・Refrigeración por inmersión

En la refrigeración por inmersion, todo el servidor se coloca en un tanque lleno con un fluido dieléctrico especial. Un fluido dieléctrico no es conductor de electricidad, lo que significa que puede entrar en contacto directo con los componentes electrónicos sin causar cortocircuitos. A medida que el fluido rodea al servidor, absorbe el calor de todos los componentes en lugar de solo de chips seleccionados.

El enfriamiento por inmersión también se puede dividir en dos tipos:

Inmersión monofásica

En el enfriamiento por inmersión de una sola fase, el fluido dieléctrico permanece en forma líquida. El fluido calentado se circula a través de un intercambiador de calor, se enfría y luego se devuelve al tanque de inmersión.

Inmersión en dos fases

En el enfriamiento por inmersión de dos fases, el fluido dieléctrico está formulado para hervir a una temperatura relativamente baja. Cuando absorbe el calor de los componentes del servidor, parte del líquido se convierte en vapor. El vapor supe a un condensador, donde se enfría y se convierte nuevamente en líquido. El líquido luego regresa al tanque, creando un ciclo de enfriamiento continuo.

Por qué el Sellado es Importante para el Enfriamiento por Líquido en Centros de Datos

El enfriamiento por líquido mejora la disipación de calor al llevar el refrigerante mucho más cerca de los componentes electrónicos sensibles. Si bien esto aumenta significativamente la eficiencia de enfriamiento, también significa que cualquier fuga puede representar un riesgo directo para el costoso equipo de IT.

Incluso una pequeña fuga puede provocar daños en el hardware, interrupciones en el sistema, contaminación del refrigerante y costosos mantenimientos.

Para prevenir esto, se instalan sellos en todo el sistema de enfriamiento, incluyendo placas frías (cold plates), acoplamientos de desconexión rápida (quick disconnect couplings), colectores (manifolds), bombas, intercambiadores de calor y tanques de inmersión. Estos sellos deben mantener el refrigerante contenido de manera segura bajo condiciones de operación continua.

Con el tiempo, los materiales de sellado están expuestos a varios desafíos:

• Exposición química de mezclas de agua-glicol, refrigerantes o fluidos dieléctricos.
• Cambios de temperatura causan que los materiales se endurezcan, se encojan o pierdan elasticidad.
• Fluctuaciones de presión que ejercen un estrés repetido sobre las superficies de sellado.
• Deformación por compresión (Compression Set), donde el sello pierde gradualmente su capacidad de mantener la presión de contacto.
• Control de Contaminación, ya que los materiales del sello podrían liberar sustancias que podrían afectar el rendimiento del refrigerante.

Debido a estas exigencias, tanto el diseño del sello como la selección del material juegan un papel crítico en la confiabilidad a largo plazo de los sistemas de enfriamiento por líquido.

En la siguiente sección, examinaremos las principales ubicaciones de sellado en los sistemas de Refrigeración Líquida Directa y Refrigeración por Inmersión, así como las soluciones de sellado utilizadas en cada punto.

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Cómo Diferentes Soluciones de Sellado Soportan los Sistemas de Enfriamiento por Líquido

Diferentes partes de un sistema de enfriamiento por líquido realizan diferentes funciones, y cada ubicación de sellado enfrenta su propia combinación de desafíos químicos, térmicos y mecánicos. Para garantizar la confiabilidad a largo plazo, los materiales de sellado deben adaptarse a las condiciones específicas de cada punto del sistema.

Sellado para Sistemas de Refrigeración líquida directa - Direct Liquid Cooling (DLC)

En un sistema típico de Refrigeración Liquida Directa (DLC), el refrigerante fluye desde la Unidad de Distribución de Enfriamiento (CDU) a través de colectores (manifolds) y mangueras flexibles hacia las placas frías (cold plates) montadas en los procesadores. Los acoplamientos de desconexión rápida (quick disconnect couplings) permiten conectar o retirar servidores individuales sin necesidad de vaciar todo el circuito de circulación (loop).

Sellos para Placas Frías (Cold Plate Seals)

Las placas frías se montan directamente sobre procesadores como CPU y GPU. Dentro de la placa fría, el refrigerante fluye a través de canales estrechos que absorben el calor del chip.

Los sellos utilizados en las placas frías deben ser compatibles con refrigerantes de agua-glicol, como el propilenglicol y agua (PG25). También deben tener un bajo nivel de componentes extraíbles (low extractables) para minimizar el riesgo de liberar contaminantes que puedan obstruir los micro canales.

GMORS ofrece compuestos de EPDM especialmente formulados y optimizados para sistemas de enfriamiento basados en agua. Estos materiales combinan una excelente resistencia química con características de baja extracción para ayudar a proteger la pureza del refrigerante.

Sellos para Acoplamientos de Desconexión Rápida (Quick Disconnect Coupling Seals)

Los acoplamientos de desconexión rápida permiten conectar y retirar servidores o módulos de enfriamiento sin vaciar todo el circuito.

Una vez instalados, los sellos permanecen bajo compresión durante largos períodos y deben continuar brindando un rendimiento de sellado confiable, incluso después de repetidos ciclos de conexión y una exposición prolongada a temperaturas elevadas.

GMORS utiliza materiales de sellado que conservan su elasticidad a lo largo del tiempo, ayudando a que los acoplamientos de desconexión rápida mantengan una fuerza de sellado constante y una protección confiable contra fugas.

Sellos para Colectores (Manifold Seals)

Los colectores distribuyen el refrigerante desde la línea de suministro principal hacia múltiples placas frías o servidores. Debido a que contienen muchos puntos de conexión, una fuga en cualquiera de los sellos puede afectar el rendimiento de todo el circuito de enfriamiento.

Los sellos en los colectores permanecen comprimidos durante toda la operación y deben mantener la fuerza de sellado a pesar de los continuos cambios de temperatura y fluctuaciones de presión.

GMORS utiliza compuestos de caucho resistentes que conservan su forma y fuerza de sellado bajo compresión a largo plazo, ayudando a que los sellos de los colectores ofrezcan un rendimiento confiable a largo plazo.

Sellos para CDU (Cooling Distribution Unit)

La Unidad de Distribución de Enfriamiento (CDU) contiene bombas, válvulas e intercambiadores de calor que regulan el flujo, la presión y la temperatura del refrigerante.

Los sellos utilizados en estos componentes deben proporcionar una resistencia química y una estabilidad dimensional confiables bajo una operación continua.

GMORS suministra O-Rings de precisión y sellos a medida (custom seals) fabricados con tolerancias estrictas para respaldar un sellado confiable en componentes críticos de la CDU.

Sellado para Sistemas de Refrigeración por inmersión (Immersion Cooling)

En un sistema de enfriamiento por inmersión, los servidores se colocan dentro de tanques sellados llenos de fluido dieléctrico. Se utilizan sellos adicionales alrededor de las tapas de los tanques, pasacables, bombas e intercambiadores de calor para contener el fluido y, en algunos sistemas, su vapor.

Empaquetaduras para Tapas de Tanques (Tank Lid Gaskets)

Los tanques de inmersión se llenan con fluido dieléctrico y se sellan con empaquetaduras grandes alrededor de la tapa.

Estas empaquetaduras deben seguir siendo compatibles con el fluido y mantener un sellado confiable a lo largo de una gran superficie.

GMORS ofrece materiales de empaquetaduras a medida diseñados para una exposición a largo plazo a los fluidos dieléctricos.

Sellos para Pasacables (Cable Feedthrough Seals)

Los cables de alimentación y comunicación deben pasar a través de la pared del tanque sin permitir que el fluido se filtre.

Estos seals deben ajustarse estrechamente alrededor de cada cable mientras acomodan la expansión térmica y el movimiento.

GMORS desarrolla soluciones de sellado moldeadas a medida para geometrías complejas de pasacables.

Sellos para Contención de Fluidos y Control de Vapor (Fluid Containment and Vapor Control Seals)

En los sistemas de inmersión de dos fases, el fluido dieléctrico está diseñado para hervir a temperaturas relativamente bajas. A medida que el fluido se evapora y condensa repetidamente, el sistema de sellado debe contener tanto el líquido como el vapor, minimizando al mismo tiempo la permeación del fluido.

Este proceso de cambio de fase también puede crear pulsos de presión dentro del sistema. Con el tiempo, estas fluctuaciones de presión pueden causar que los sellos se expandan y contraigan repetidamente, aumentando el riesgo de fatiga y fugas.

GMORS suministra compuestos de sellado químicamente inertes con baja permeabilidad, alta resistencia a la tracción y una excelente durabilidad mecánica. Estos materiales ayudan a reducir la pérdida de fluido, mantener una presión estable en el sistema y soportar las repetidas fluctuaciones de presión asociadas con el enfriamiento de dos fases.

Sellos para Bombas e Intercambiadores de Calor (Pump and Heat Exchanger Seals)

Las bombas y los intercambiadores de calor circulan y enfrían el fluido dieléctrico.

Sus sellos deben permanecer estables durante la exposición prolongada a los fluidos de enfriamiento especializados.

GMORS ofrece compuestos de elastómeros libres de silicona que ayudan a preservar la limpieza del fluido y reducen los riesgos de contaminación en entornos electrónicos sensibles.

¿Por qué Elegir las Soluciones de Sellado de GMORS para el Enfriamiento por Líquido?

Los sistemas de enfriamiento por líquido dependen de numerosos sellos para mantener el refrigerante contenido de manera segura en todo el sistema. Para garantizar la confiabilidad a largo prazo, estos materiales de sellado deben permanecer continuamente estables al exponerse a refrigerantes de agua-glicol, refrigerantes puros y fluidos dieléctricos. 

GMORS se especializa en soluciones de sellado de alto rendimiento para centros de datos enfriados por líquido y sistemas de computación de alto rendimiento (HPC). Nuestros materiales y procesos de manufactura están diseñados para soportar una amplia gama de arquitecturas de enfriamiento, incluidos los sistemas de Refrigeración Líquida Directa (DLC) de una y dos fases, así como los sistemas de Enfriamiento por Inmersión.

GMORS desarrolla soluciones de sellado alineadas con los estándares de enfriamiento por líquido y las pautas de diseño del Open Compute Project (OCP). Con experiencia en la formulación de materiales y manufactura de precisión, ayudamos a los clientes a lograr un rendimiento de sellado confiable y a largo plazo para la infraestructura de IA y GPU de próxima generación.

Contáctenos para analizar las soluciones de sellado para sus aplicaciones de enfriamiento por líquido.

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