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Monitoreo y análisis térmico en el centro de datos

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El camino hacia una mayor eficiencia energética en el espacio blanco del centro de datos

El monitoreo del ambiente del centro de datos proporciona a los operadores datos, análisis e información importantes que les permiten aumentar la eficiencia, reducir el consumo energético y, en consecuencia, ahorrar. Las soluciones modulares para aumentar la eficiencia térmica, que controlan el espacio blanco del centro de datos con mediciones de temperatura y presión, establecen objetivos claros. De este modo, los operadores pueden alcanzar sus objetivos, implementar sistemas que potencialmente no supongan ningún gasto y ahorrar grandes costes de forma continua.

Cuando hablamos del espacio blanco del centro de datos, nos referimos a la zona para servidores, interruptores y almacenamiento de datos en la que también se encuentran las instalaciones de ventilación para estos armarios de servidores. Las demás zonas de los centros de datos, que son igualmente importantes y alojan las unidades de refrigeración, los SAI y el resto de instalaciones operativas, se denominan en este caso espacio gris. El monitoreo y el control de los espacios grises y de los espacios blancos es indispensable para una serie de requisitos de conformidad y exigencias de los clientes, por ejemplo, para los índices PUE (efectividad de uso energético).

Los requisitos de la industria y de los clientes motivan a los operadores de los centros de datos a implementar cada vez con más frecuencia sistemas de monitoreo ambiental. En la actualidad existen diferencias significativas entre los centros de datos «estratégicos» y los centros de datos «básicos» en lo que respecta a la implementación. Los beneficios económicos y ecológicos que conlleva el uso de un sistema de monitoreo inteligente (principalmente en soluciones de administración de activos y de gestión de la conectividad) son un argumento convincente.

Figura 1. Motivos por los que los operadores de centros de datos invierten en el monitoreo del ambiente (fuente: cálculos de IBM)

Queda patente que los costes de los fallos y su frecuencia se incrementan. El fallo de uno de los centros de datos utilizados por Wikipedia provocó que su página web no estuviera disponible durante horas. También el servicio de correo electrónico Outlook de Microsoft quedó inaccesible durante 16 horas a consecuencia de un fallo no planificado. Ambos sucesos fueron provocados por el sobrecalentamiento de los servidores del centro de datos y la desconexión automática del sistema de dichos servidores. ¿Por qué no había ningún sistema de monitoreo y control con el que se hubieran evitado estos fallos inesperados?

Figura 2. Costes de fallos parciales y totales

Las normas internacionales como ASHREA TC 9.9, ETSI EN 300 y EN 50600-2-3 proporcionan un contexto para las mejores prácticas, el cumplimiento y el diseño adecuado de entornos de la TI (Information Technology Environments, ITE). Además, los operadores cuentan con la tecnología necesaria para crear sistemas y directrices basados en estos principios para los entornos de procesamiento de datos, de modo que se puedan evitar este tipo de casos de sobrecalentamiento y se puedan reducir o eliminar por completo las interrupciones para el usuario, con las correspondientes consecuencias económicas.

Fundamentos de gestión del flujo de aire y control de sistemas de refrigeración según ASHREA TC 9.9

  1. Nivel de armario de servidores/estante: la temperatura de entrada y la humedad relativa para estantes y armarios de servidores se miden y se monitorean en las partes superior, central e inferior del armario, a fin de mantener el valor de referencia de temperatura (15-32 °C) recomendado.

  2. Nivel de contención, además del punto 1: al utilizar una contención de pasillo frío, la temperatura en el pasillo caliente puede ser de hasta 50 °C. La temperatura de salida se mide y se monitorea en la parte superior del estante y el armario de servidor. Si se utiliza una contención de pasillo caliente, se necesitará monitorear la temperatura en toda la estancia.

  3. Nivel Data Hall, además del punto 1 o 2: cerca de cada CRAC/CRAH se deben monitorear la humedad del aire y la temperatura de entrada y de salida. El valor de referencia para la humedad relativa es del 60 % y se admiten valores de entre el 20 % y el 80 %.

  4. Gestión del flujo de aire y control de sistemas de refrigeración: debe definirse una estrategia para la gestión del flujo de aire y el control de sistemas de refrigeración. Con una buena gestión del flujo de aire se puede aumentar la temperatura hasta 20 °C; mientras que con una temperatura de entrada de 40 °C la temperatura en el pasillo caliente es de alrededor de 60 °C.

Otro componente importante de una gestión eficaz del flujo de aire y del sistema de refrigeración para el espacio blanco del centro de datos es la gestión de la presión del aire.

Los centros de datos requieren mucha energía. El funcionamiento de un espacio blanco con varios cientos o miles de servidores consume grandes cantidades de energía, lo que a su vez hace que se genere mucho calor, un problema que debe solucionarse. No es raro que el sistema de refrigeración de una de estas instalaciones consuma tanta energía o más que el propio espacio blanco. Un espacio blanco bien diseñado con un sistema de refrigeración monitoreado y controlable presenta hoy en día una demanda energética mucho menor. A menudo, con las novedades más recientes en materia de planificación, monitoreo y optimización de la refrigeración se ahorran miles de euros, libras y dólares en costes energéticos mientras se previenen problemas, con lo que se consigue un centro de datos más estable y fiable.

Para poner en marcha este importante cambio es necesario pensar de otra manera. Hasta ahora, la forma de proceder más habitual consistía en crear un entorno fresco con un flujo de aire frío por encima de las superficies de los dispositivos calientes (servidores e interruptores) y en el que se evacuara el aire de salida caliente. Esta solución de climatización consume mucha energía para reducir la temperatura del «aire de entrada» al nivel necesario para refrigerar los dispositivos calientes, mientras que con frecuencia el aire de salida caliente se evacua sin usarse y se pierde.

Tendencia hacia los métodos de refrigeración alternativos en los centros de datos

Las actuales instalaciones de procesamiento de datos del espacio blanco presentan elevadas temperaturas de funcionamiento. Esto ha hecho que el sector de los centros de datos haya desarrollado métodos de refrigeración alternativos que aprovechan los entornos inteligentes. Cuanto mayor sea la temperatura de funcionamiento en el espacio blanco, menos energía se requiere para compensar la «temperatura del aire de entrada». Con una temperatura de entrada de entre 18 °C y 27 °C en los dispositivos y una humedad relativa de entre el 20 % y el 80 % se cumplen en general las condiciones de funcionamiento indicadas por el fabricante.

Cada vez cobra más importancia la opción de monitorear y controlar el intervalo recomendado de las condiciones ambientales (incluidas la temperatura y la humedad relativa) y mantener dichas condiciones admisibles por debajo de los valores con los que los sistemas funcionan con potencia óptima.

El funcionamiento en un entorno con elevada temperatura implica que los servidores de alto rendimiento se acercan a los límites de sus parámetros de funcionamiento máximos. Si, por ejemplo, tiene lugar un pico muy pronunciado en la actividad del procesador y muchos otros servidores se ponen en marcha para generar la capacidad necesaria mientras, al mismo tiempo, falla un generador y la protección SAI no funciona al 100 % de su eficacia, ello puede provocar que los ventiladores de refrigeración no arranquen con velocidad suficiente y, con ello, que los servidores se sobrecalienten y fallen.

Como ya hemos mencionado, los fallos no planificados conllevan en muchos casos pérdidas de ingresos para el centro de datos, por ejemplo, como consecuencia de las reclamaciones por daños de los clientes, los daños a la reputación y la pérdida de contratos con nuevos clientes.

Para lograr un rendimiento óptimo es importante monitorear el entorno térmico del espacio blanco de forma inteligente y analizar los datos generados en tiempo real con el fin de obtener información de gran valor para mantener un funcionamiento efectivo del espacio blanco.

Los operadores de los centros de datos deben tener en cuenta e implementar tres niveles específicos con el objetivo de crear una solución optimizada para el monitoreo y la refrigeración del entorno de funcionamiento:

  1. Monitoreo, alarmas y alertas: ASHREA define los fundamentos para la disposición de sensores en espacios blancos de entornos de la TI. La última generación de sensores WLAN ofrece nodos térmicos, nodos térmicos con medición de humedad del aire y nodos de presión. Estos pueden configurarse fácilmente en una red inalámbrica mallada y ponen a disposición de los dispositivos de forma sencilla, segura y rápida una red de sensores estable, escalable, eficiente y capaz de regenerarse.

  2. Optimización de la refrigeración, adaptación del flujo de aire y compensación de las irregularidades del suelo: la determinación de los coeficientes de flujo de aire mediante CFD permite dar forma a las posibles condiciones ambientales en consonancia con los objetivos del operador. El uso de placas blancas, la valoración de las opciones de contención y la instalación de placas de suelo perforadas garantizan una presión del aire óptima en todo el espacio. Utilizando software para visualizar la refrigeración en tiempo real se crean mapas de calor del espacio blanco.

  3. Control de la climatización y adaptación dinámica de la refrigeración al rendimiento de TI: el análisis de datos del sistema completo en tiempo real ofrece información de gran valor. El sistema analiza los datos de forma ininterrumpida para mejorar la gestión del flujo de aire y reducir el consumo energético. El control en tiempo real permite al sistema mantener su estado óptimo por medio de la gestión del flujo de aire. Para ello se regula la velocidad de los ventiladores, se utilizan nodos de presión para leer los valores de medición y se controla la temperatura del aire adaptando el valor teórico de temperatura por medio del monitoreo de la temperatura.

Conclusión

De acuerdo con los cálculos, la energía necesaria para refrigerar los centros de datos de todo el mundo se triplicará en los próximos diez años, lo que repercutirá en los gastos y en el medioambiente. Por ello, los clientes, las organizaciones medioambientales y los gobiernos urgen a la industria a utilizar la energía de forma eficiente.

En la actualidad, los operadores de los centros de datos estudian e implementan sistemas inteligentes para allanar el camino a un análisis de datos continuado y una optimización dinámica. Los sistemas de gestión de la refrigeración y del entorno de última generación diseñados para cumplir estos requisitos especiales de los operadores de centros de datos proporcionan información de gran valor que permite obtener un retorno de la inversión en mucho menos tiempo de forma sencilla y con una utilización eficiente de la instalación.

Autor:

Michael Akinla, TSE Manager EMEA, Panduit Europe

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