Variadores de armónicos ultrabajos: ¿la solución sostenible a la refrigeración de los centros de datos?

Abordar la eficiencia de los centros de datos, especialmente en el contexto de los sistemas de refrigeración, es primordial. Estos sistemas de refrigeración, esenciales para gestionar el calor generado por los servidores y componentes electrónicos en continuo funcionamiento, pueden suponer fácilmente más del 30% del consumo total de energía de un centro de datos. La elección entre distintas tecnologías y componentes de refrigeración en estos sistemas resulta crucial.

En este artículo, abordaremos específicamente las soluciones de control de velocidad para refrigeración: ventiladores conmutados electrónicamente (EC), que integran un motor, un variador de frecuencia y un controlador de velocidad como un único conjunto, frente a los sistemas que combinan un variador de frecuencia, un motor y un ventilador independientes, para mostrar el efecto sobre el rendimiento del sistema de refrigeración.

Dada la demanda energética de los centros de datos densamente poblados, seleccionar los componentes y la configuración adecuados para los sistemas de refrigeración es esencial para ahorrar energía. Cuando se trata de soluciones para el movimiento del aire, surge la pregunta: ¿cuál es la opción más ecológica, los ventiladores EC o los sistemas discretos de variador de frecuencia y motorización?

Aunque ambas tecnologías pretenden mejorar la eficiencia energética, su funcionamiento es diferente y su idoneidad depende de las necesidades específicas del centro de datos y de sus características operativas. Es más, puede ser necesaria una combinación de tecnologías para obtener la solución de refrigeración más eficiente y sostenible.

Los ventiladores EC, conocidos por su eficiencia energética gracias a la tecnología de motor de corriente continua (CC) sin escobillas y a la electrónica de control integrada, ofrecen una reducción considerable del consumo de energía. Su diseño integrado para facilitar la instalación, el control preciso de la velocidad y la reducción de los niveles de ruido las convierten en favoritas en diversos sectores, entre ellos los centros de datos. Los ventiladores EC contribuyen a optimizar el flujo de aire y la gestión de la temperatura, en consonancia con la necesidad de eficiencia energética.

Pero los ventiladores EC tienen limitaciones a cargas parciales -el ámbito en el que suelen funcionar los sistemas de refrigeración de los centros de datos-, donde su eficiencia disminuye considerablemente. El mantenimiento y la sustitución también plantean problemas, ya que a menudo es necesario sustituir toda la unidad de ventilador EC, lo que repercute en el coste, la continuidad operativa y la sostenibilidad.

Los variadores de velocidad son una solución alternativa, normalmente autónoma, para controlar la velocidad de los motores de ventiladores, bombas y compresores. Estas unidades son una gran opción para conseguir una eficiencia energética y un rendimiento óptimos en los sistemas de refrigeración de centros de datos, especialmente cuando se combinan con motores de ventilador de alta eficiencia. Los variadores de armónicos ultrabajos (ULH) ofrecen específicamente un diseño avanzado que los dife-rencia de los ventiladores EC habituales hoy en día, ofreciendo características únicas que los convierten en una elección acertada.

1. Eficiencia a carga parcial

Los centros de datos funcionan con cargas parciales la mayor parte del tiempo. Por eso es fundamental seleccionar los equipos en función de su eficiencia a carga parcial.

Los ventiladores equipados con motores SynRM IE5 de alta eficiencia y variadores de velocidad suelen lograr una mayor eficiencia energética que los ventiladores EC, especialmente a cargas parciales, mostrando a menudo al menos una mejora de la eficiencia del 3% al 5% en estas condiciones.

2. Calidad de la energía

Es importante saber que las soluciones de velocidad variable, incluidos los ventiladores EC y los variadores de velocidad, pueden generar perturbaciones electromagnéticas en la red eléctrica denominadas armónicos, que afectan a la eficiencia de la red y a la fiabilidad de los equipos conectados. Además, debido al aumento de la corriente, imponen una carga adicional a los transformadores y otros componentes de la red eléctrica, lo que provoca su sobrecarga, a menos que estén sobredimensionados.

Gracias a su avanzado diseño, los variadores ULH producen armónicos mínimos en diversas condiciones de carga, manteniendo la distorsión armónica total de la corriente de entrada (THDi) por debajo del 3%, cumpliendo así las normas más estrictas de calidad de la energía.

El diseño ULH no sólo protege los equipos del centro de datos de los efectos adversos de los armónicos, sino que también contribuye a un suministro eléctrico más estable, fiable y eficiente para los sis-temas de refrigeración críticos. Y no hay necesidad de sobredimensionar los equipos de la red eléctrica para gestionar las corrientes armónicas, lo que supone mejoras directas en el gasto de capital y la hue-lla de carbono de la instalación.

3. Fiabilidad operativa

La fiabilidad es clave para el éxito de las operaciones del centro de datos. Atlassian informa de que el coste estimado del tiempo de inactividad de los centros de datos oscila entre 100.000 dólares por hora y más de 540.000 dólares por hora. Y el daño potencial a la reputación puede tener implicaciones financieras aún más graves.

Es esencial que estos sistemas sean inmunes a posibles perturbaciones eléctricas, que pueden producirse inesperadamente incluso en instalaciones de misión crítica como los centros de datos. Estas perturbaciones pueden adoptar la forma de caídas de tensión, bajadas de tensión y otras formas de subtensión.

La capacidad de un sistema de control de velocidad para mantener el funcionamiento durante breves pérdidas de alimentación y reiniciarse automáticamente, es clave en la refrigeración de centros de datos. Si se corta la tensión, los variadores pueden seguir activos aprovechando la energía cinética del motor mientras este gira, evitando reinicios que pueden tardar varios minutos. Esto es especialmente crítico en entornos de alta densidad, donde la temperatura puede subir 2–3 °C por minuto sin refrige-ración, provocando el apagado rápido de los servidores. Por ello, las soluciones de velocidad variable resistentes a problemas de calidad eléctrica son muy recomendables para garantizar una refrigeración continua y fiable.

4. Funcionamiento de varios motores de ventilador

Una ventaja importante del uso de la tecnología de variador de frecuencia autónomo es que un solo variador puede sincronizar el funcionamiento de varios motores.

Esta configuración reduce la necesidad de variadores individuales para cada motor, ya que un variador de frecuencia puede controlar eficazmente, por ejemplo, cada tres ventiladores. Esta racionalización reduce la complejidad del sistema, los costes y las pérdidas de energía. Además, la sincronización de varios ventiladores bajo una única unidad garantiza un flujo de aire y una distribución de la temperatura uniformes en todo el centro de datos, lo que mejora la eficiencia de la refrigeración. Como medida de redundancia, se puede disponer de una unidad de reserva que tome el relevo inmediatamente en caso de que falle la unidad principal.

5. Integración y control de sistemas

Los variadores HVACR suelen incluir de serie el popular protocolo de automatización de edificios BACnet, lo que agiliza la integración de las instalaciones de ventiladores en la mayoría de los sistemas de control de centros de datos. Por el contrario, BACnet sólo se proporciona a veces con los ventiladores EC, que con más frecuencia dependen de Modbus y requieren un controlador intermedio o pasarela para permitir la comunicación con el sistema basado en BACnet del centro de datos.

Aunque algunos ventiladores EC incorporan BACnet, normalmente sigue siendo necesario un controlador intermedio para gestionar el control general o proporcionar un modo manual, algo habitual en climatizadores y ventiladores de pared. Sin embargo, este controlador adicional puede convertirse en un punto único de fallo que deje inoperativo todo el conjunto de ventiladores, lo que contradice la función del propio modo manual. Este modo actúa como respaldo cuando falla el control automático y suele venir integrado en la mayoría de variadores de velocidad.

6. Facilidad de mantenimiento y sustitución

A la hora de seleccionar tecnologías para los sistemas de refrigeración, también es importante tener en cuenta su facilidad de reparación o sustitución. Aunque los ventiladores EC pueden parecer atractivos en términos de comodidad de instalación, dado que la mayoría de los componentes vienen premontados, tienen un inconveniente en caso de avería. Normalmente, si se produce un fallo, es necesario sustituir toda la unidad, aunque sólo esté defectuoso un componente, como el cojinete de un ventilador o la electrónica de control. Desde el punto de vista de la sostenibilidad, este planteamiento no es ideal porque da lugar a un uso excesivo de materiales y residuos cuando las reparaciones a menor escala podrían ser más eficientes desde el punto de vista de los recursos.

Con ventiladores accionados por variadores autónomos, el mantenimiento es más sencillo, ya que basta con sustituir un motor o variador de frecuencia defectuoso, en lugar de toda la unidad. Este enfoque también ofrece una ventaja estratégica, ya que evita que los propietarios de los centros de datos estén atados a un único proveedor. Los ventiladores EC de los distintos fabricantes carecen de dimensiones normalizadas, lo que dificulta la adaptación de un repuesto a una matriz construida con ventiladores de otro proveedor.

En el contexto de la creciente crisis climática y el aumento del consumo energético de los centros de datos, la elección de la tecnología de refrigeración se convierte en una decisión estratégica. Equilibrar el ahorro inmediato con los objetivos de sostenibilidad a largo plazo es primordial.

Aunque los ventiladores EC pueden parecer rentables en un principio, los variadores, especialmente los ULH, presentan una solución más económica a largo plazo. Además de mitigar la distorsión armónica, permiten hacer funcionar varios motores de ventilador con un solo variador de frecuencia y facilitan la integración, el control y el mantenimiento del sistema. La amplia eficiencia de carga parcial y el riesgo minimizado de fallos hacen de los Variadores ULH no sólo un salto tecnológico, sino una inversión estratégica en la evolución sostenible de las operaciones de los centros de datos, ya que ofrecen un ahorro energético y una fiabilidad sin igual en los sistemas de refrigeración.