Centros de datos: refrigeración líquida y recuperación de calor

Durante décadas, la industria no ha parado de concentrar cada vez más capacidad de cálculo en el menor espacio posible. Los semiconductores se han vuelto cada vez más compactos. Cuando la computación basada principalmente en CPUs (Central Processing Units) ha empezado a alcanzar sus límites de integración, la llegada de aceleradores especializados para IA y la integración de GPUs (Graphics Processing Units) ha elevado la densidad de potencia a niveles sin precedentes y ha convertido la refrigeración líquida en una tecnología no solo deseable si no necesaria para el futuro del sector. La integración de aceleradores y GPUs se hace en clústeres compactos con muy baja latencia entre elementos para que los algoritmos de machine learning funcionen como deben [1] [2]

En un servidor tradicional refrigerado por aire, el calor generado en el chip atraviesa el encapsulado, conduce a un disipador metálico en forma de aletas y es retirado mediante ventiladores que impulsan aire a través de las ellas. A medida que aumenta la potencia térmica del procesador, se necesitan disipadores más grandes y mayores caudales de aire, requiriendo más espacio y más caudal. La refrigeración líquida sustituye gran parte de este proceso por un fluido capaz de transportar mucho más calor con un volumen mucho menor, eliminando los ventiladores. La solución más extendida actualmente es la refrigeración directa al chip (Direct-to-Chip Liquid Cooling) mediante cold plates. En un sistema Direct-to-Chip, una placa metálica denominada cold plate se instala directamente sobre el procesador. En su interior existen canales y aletas microscópicas por los que circula el fluido refrigerante. El calor atraviesa el encapsulado del chip, pasa a la placa y es absorbido por el líquido, que posteriormente lo transporta fuera del servidor. En esencia, el cold plate cumple una función equivalente a la de un disipador por aire, pero utilizando un fluido con una capacidad de transporte térmico muy superior. La evolución tecnológica ha llevado a diseños con microcanales de apenas unas décimas o centésimas de milímetro, aumentando de forma significativa la capacidad de transferencia térmica. Como contrapartida, estas geometrías exigen una mayor calidad del fluido y sistemas de filtración más exigentes. [3]

Otras alternativas incluyen la inmersión, donde el servidor completo se sumerge en un fluido dieléctrico.

Uno de los elementos clave del ecosistema de refrigeración líquida es la CDU (Coolant Distribution Unit), un sistema que separa hidráulicamente el circuito del centro de datos del circuito que enfría directamente los servidores. Esta separación permite mantener condiciones específicas de presión, caudal, filtración y calidad del fluido adaptadas a los requisitos del hardware informático. Una opción intermedia entre ambas tecnologías serían los Rear Door Heat Exchangers (RDHx), puertas traseras refrigeradas por agua que capturan el calor del aire caliente expulsado por los servidores. [4] [5] [6] [7]

Ilustración 1 - Refrigeración del chip por aire vs por líquido.

Debido a que la densidad y capacidad calorífica del fluido (generalmente agua con un porcentaje de glicol -en un 25%- o un fluido dieléctrico en el caso de la inmersión) son superiores a las del aire, la eficiencia de captura y transmisión de calor es muy superior. Siendo la disipación de potencia térmica directamente proporcional a estos, así como a la diferencia te temperatura entre emisor y fluido, cabría esperar que aquella mejora permitiese aumentar la temperatura del fluido. El rendimiento del hardware se ve afectado con el aumento de temperatura y los fabricantes de hardware prefieren mantenerla lo más baja posible. Debido a la fiebre de la IA, actualmente se está trabajando con ciclos de diseño y validación cada vez más cortos. Considerando que certificar nuevos rangos de operación requiere extensos programas de ensayo y, sobre todo, garantizar que no existe impacto en rendimiento, fiabilidad o vida útil, nos conlleva a que los equipos de refrigeración líquida sean alimentados por el mismo circuito de agua refrigerada que alimenta al circuito de aire acondicionado. Sin embargo, muchos componentes podrían operar con márgenes térmicos superiores a los utilizados tradicionalmente. Paralelamente, ASHRAE y otras organizaciones continúan ampliando el conocimiento sobre envolventes térmicas y nuevas clases de refrigeración adaptadas a sistemas de alta densidad. [1] [8]

Existe además una percepción errónea frecuente: la refrigeración líquida implica un mayor consumo de agua. A diferencia de los sistemas evaporativos, este circuito no consume agua de manera continua, sino que la recircula permanentemente. De hecho, buena parte de la ingeniería asociada a la refrigeración líquida se centra en mantener la calidad química, la limpieza y la estabilidad hidráulica de este fluido para garantizar la fiabilidad a largo plazo. Por este motivo, en caso de permitirse mayores temperaturas de operación y aprovechar mejor la refrigeración natural contra el ambiente (free cooling), es posible reducir o incluso eliminar la necesidad de sistemas evaporativos, tradicionalmente asociados al consumo significativo de agua. Este aspecto está ganando relevancia a medida que operadores y fabricantes buscan diseños de “cero agua evaporada” para centros de datos de nueva generación. [9] [10] [11] [12]

Como toda tecnología emergente, la refrigeración líquida también plantea desafíos. La estandarización sigue evolucionando en ámbitos como conectores, fluidos, cold plates, CDUs y procedimientos de mantenimiento. Aunque la preocupación por las fugas suele ocupar gran parte del debate, los operadores identifican otros riesgos igualmente importantes, como la degradación de la calidad del fluido, el ensuciamiento de filtros, la pérdida de caudal o los eventos de estrangulamiento térmico (thermal throttling) que reducen el rendimiento de los procesadores. Por ello, los sistemas modernos incorporan una intensa monitorización de temperaturas, presiones y calidad química del refrigerante. Organizaciones como ASHRAE están impulsando especificaciones y buenas prácticas precisamente para facilitar la interoperabilidad y mejorar la gestión del riesgo. [5] [12] [13]

Ilustración 2 - Un escenario de instalación de liquid cooling.

Como curiosidad histórica para el lector, cabe mencionar que los cold plates no nacieron con la IA ni siquiera con los centros de datos modernos. Se utilizan desde los años 60 en aplicaciones aeroespaciales y militares, y ya estaban presentes en grandes sistemas de IBM en las décadas de 1980 y 1990. La industria ha alternado entre refrigeración líquida y por aire en función de la densidad de potencia de los procesadores, y el auge actual de la inteligencia artificial representa simplemente una nueva etapa de ese ciclo tecnológico. La tendencia, sin embargo, parece clara. A medida que las cargas de trabajo de IA continúen incrementando la densidad térmica de los racks, la refrigeración líquida pasará de ser una solución especializada a convertirse en un elemento habitual de la infraestructura digital. Su capacidad para soportar mayores densidades, reducir consumos energéticos asociados a la refrigeración y facilitar estrategias avanzadas de reutilización del calor la sitúan como una de las tecnologías clave de la próxima generación de centros de datos. [1] [3] [14]

En un centro de datos prácticamente toda la electricidad que entra termina convirtiéndose en calor. A diferencia de otras fuentes energéticas, ese calor se genera de forma continua, las 24 horas del día, los 365 días del año. Dada la resiliencia natural de la mayoría de los centros de datos, la generación de este calor está prácticamente asegurada. Tradicionalmente se ha considerado un residuo indeseado que debía evacuarse de forma eficiente para garantizar la operación de los equipos. Sin embargo, la creciente presión por mejorar la sostenibilidad y la eficiencia energética está impulsando una nueva visión: el calor residual de los centros de datos puede convertirse en un recurso valioso.

Como hemos expuesto anteriormente, la llegada de la inteligencia artificial está acelerando este cambio. El aumento de la densidad de computación ha llevado a una adopción creciente de tecnologías de refrigeración líquida, tal y como reflejan los trabajos recientes de ASHRAE TC 9.9 y del Open Compute Project (OCP), pudiendo propiciar que una parte cada vez mayor del calor generado por los procesadores se transfiera directamente a un fluido, generalmente agua o mezclas agua-glicol, facilitando su transporte fuera de la sala de equipos y acercándolo a posibles usos posteriores. [1] [15] [16]

No obstante, disponer de calor no garantiza su aprovechamiento. Uno de los principales desafíos es que el calor residual de los equipos informáticos suele encontrarse a temperaturas relativamente bajas. Pudiendo la refrigeración líquida teóricamente capturar ese calor con temperaturas superiores a las habituales en sistemas exclusivamente basados en aire, se incrementa la calidad del calor residual y amplia las posibilidades de reutilización. Las bombas de calor se convierten en cualquier caso en un aliado estratégico para elevar la temperatura hasta niveles adecuados a aquellos procesos industriales o urbanos que lo requieran. [8] [16]

Cada unidad de calor reutilizada es una unidad de energía térmica que deja de producirse. Si esta última hubiese empleado sistemas convencionales basados en combustibles fósiles, el impacto en la reducción de emisiones es notable. Así, la valorización térmica de los centros de datos puede contribuir de forma significativa a la descarbonización de edificios, industrias y redes urbanas de calefacción. La utilización del calor residual permite, de cara al centro de datos, evitar horas de enfriamiento artificial, suponiendo un alargamiento de las horas de free-cooling. De esta manera, también puede producir beneficios indirectos sobre el consumo de agua al disminuir la necesidad de algunas soluciones de refrigeración. [15] [16] [20] [21]

Cuando se habla de reutilización de calor, la primera imagen suele ser la calefacción de edificios o redes urbanas de district heating. Sin embargo, las oportunidades son mucho más amplias. El calor residual puede emplearse para el secado de madera, productos agrícolas, alimentos o textiles; para alimentar tecnologías de refrigeración por adsorción; para procesos de tratamiento de agua mediante destilación por evaporación multietapa; e incluso para la generación de electricidad mediante variantes del ciclo de Rankine adaptadas a fuentes térmicas de baja temperatura. La mejor aplicación dependerá de la temperatura disponible, de la demanda local y del contexto geográfico y climático. [16] [17] [21]

La regulación también está evolucionando rápidamente. La comisión europea exige que los estados miembros promuevan la recuperación calorífica y que los centros de datos que no lo hagan justifiquen debidamente su no viabilidad técnico-económica. El código de buenas prácticas de la UE (Data centre Code of Conduct for energy efficiency) ha pasado de recomendar a exigir que los centros de datos estén como mínimo preparados para que se pueda reutilizar su calor. En mercados como Alemania ya existen obligaciones específicas relacionadas con la valoración y aprovechamiento del calor residual. Más allá del cumplimiento normativo, la reutilización del calor se está convirtiendo en un argumento relevante para mejorar la aceptación social de nuevas infraestructuras digitales y facilitar procesos de autorización y desarrollo. [16] [18] [19]

Sin embargo, los mejores resultados no se consiguen al final del proyecto, sino al principio. La experiencia acumulada en iniciativas de reutilización de calor demuestra que la colaboración temprana entre operadores de centros de datos, autoridades locales, empresas energéticas e industrias consumidoras de calor resulta esencial para identificar oportunidades viables. En este contexto, las plataformas de intercambio de información y los foros que conectan sectores tradicionalmente separados adquieren una importancia estratégica. La viabilidad de estos proyectos requiere un planeamiento estratégico a nivel local y regional y una comunicación intersectorial fluida. Tanto las actividades con necesidad de calor como los centros de datos han de ser conscientes de la posibilidad de generar sinergias y simbiosis entre diferentes proyectos. Un centro de datos, siempre y cuando disponga de la potencia eléctrica y conectividad adecuadas podría establecerse al lado de una industria con necesidad de calor o viceversa. Piscifactorías, invernaderos, secaderos, lavanderías, industria de la alimentación, desaladoras, spas, etc. podrían ser candidatos a utilizar este mal llamado “residuo”. Los incentivos adecuados (entre los que se puede considerar los CAEs) y la colaboración público-privada son muy beneficiosos para arrancar estos proyectos. [16] [17] [18] [19]

Ilustración 4- Diferentes oportunidades de integración del calor residual de centros de datos (Fuente: OCP Heat Reuse Subproject).

La digitalización y la transición energética están convergiendo. Los centros de datos seguirán generando enormes cantidades de calor, pero la pregunta ya no es cómo expulsarlo de manera eficiente, sino cómo aprovecharlo de forma inteligente. En un futuro próximo, estas infraestructuras podrían ser tan importantes para suministrar servicios digitales como para proporcionar energía térmica a su entorno.

Referencias

[1] ASHRAE, NEMA & PNNL. AI Data Center Energy Performance Framework (Energy and Thermal Efficiency). https://www.ashrae.org/technical-resources/ai-data-center-framework/energy-and-thermal-efficiency

[2] Open Compute Project (OCP). Cooling Environments Project. https://www.opencompute.org/community/cooling-environments

[3] Demetriou, D.W.; Quirk, D. Liquid Cooling Cold Plates – Part 1: History. ASHRAE Journal, septiembre 2025.

[4] Schneider Electric. Navigating Liquid Cooling Architectures for Data Centers with AI Workloads (White Paper 133, Version 2). https://www.ashb.com/wp-content/uploads/2024/10/IS-2024-173.pdf

[5] Open Compute Project (OCP). Cold Plate Cooling Loop Requirements – Revision 2.

[6] Open Compute Project (OCP). ACS Door Heat Exchanger White Paper. https://www.opencompute.org/documents/acs-door-hx-whitepaper-final-230419-pdf

[7] Demetriou, D.W.; Gross, J.; Shedd, T.; McGlocklin, D. Coolant Distribution Units Part 2: Rating. ASHRAE Journal, febrero 2026.

[8] Demetriou, D.W. The ASHRAE Thermal Guidelines for Data Centers: Past, Present and Future (2025). https://dallas-ashrae.org/images/meeting/041625/the_ashrae_thermal_guidelines_for_data_centers_____past__present_and_future.pdf

[9] Vertiv. Vertiv™ CoolLoop Trim Cooler. https://www.vertiv.com/en-us/products-catalog/thermal-management/free-cooling-chillers/vertiv-coolloop-trim-cooler—-the-free-cooling-ai-ready-cooler-from-850-to-2600-kw/

[10] Data Centre Magazine. How are Data Centres Shifting to Zero-Water Cooling Tech? (2025). https://datacentremagazine.com/news/how-are-companies-pioneering-data-centre-zero-water-cooling

[11] Sustainability Magazine. How are Companies Pioneering Data Centre Zero Water Cooling? (2025). https://sustainabilitymag.com/news/how-are-companies-pioneering-data-centre-zero-water-cooling

[12] Quirk, D.; Seter, J.; Demetriou, D.W. Liquid Cold Plates – Part 3: Commissioning, Maintenance and Operations. ASHRAE Journal, diciembre 2025.

[13] Vertiv, Intel, CoolIT, nVent et al. ACS Cold Plate: Leak Detection and Intervention White Paper. https://www.vertiv.com/498ec3/globalassets/documents/white-papers/acs_cold_plate__leak_detection_and_intervention_white_paper_329948_0.pdf

[14] Vertiv. Liquid Cooling. https://www.vertiv.com/en-us/learn-about/liquid-cooling/

[15] ASHRAE TC 9.9. ASHRAE Data Center Resources / Datacom Encyclopedia. https://www.ashrae.org/technical-resources/bookstore/datacom-series

[16] Open Compute Project (OCP) Heat Reuse Working Group. Reference Designs for Data Center Heat Reuse (2025). https://www.opencompute.org/documents/2025-03-18-ocp-heatreuse-wp-referencedesigns-v0-1-pdf

[17] Open Compute Project (OCP). Data Centers Heat Reuse 101 (2023). https://www.opencompute.org/documents/20230623-data-centers-heatreuse-101-3-2-docx-pdf

[18] Open Compute Project (OCP) Heat Reuse Working Group. Policies for Data Center Heat Reuse (2024). https://www.opencompute.org/documents/2024-02-22-ocp-heatreuse-wp-policies-vfinal-docx-2-pdf

[19] Open Compute Project (OCP) Heat Reuse Working Group. Local Authorities – Data Center Heat Reuse (2024). https://www.opencompute.org/documents/2024-09-ocp-hr-wp-2-pager-local-authorities-docx-1-pdf

[20] Frontiers in Sustainability. Data Center Waste Heat Reuse: Opportunities and Barriers for Decarbonization (2022). https://www.frontiersin.org/journals/sustainability/articles/10.3389/frsus.2022.1008583/full

[21] Renewable and Sustainable Energy Reviews. Waste Heat Recoveries in Data Centers: A Review (2023). https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032123006342