CECS: del consumo energético al aprovechamiento del calor en los centros de datos

Este crecimiento lleva asociado un importante desafío energético. Los CPDs requieren un suministro eléctrico continuo y fiable para alimentar los equipos informáticos, los sistemas de almacenamiento y las redes de comunicaciones. Además, necesitan sistemas auxiliares de alimentación, climatización y seguridad que garanticen la continuidad del servicio. A medida que aumenta la densidad de computación instalada en cada rack, también crecen el consumo eléctrico y la cantidad de calor que debe gestionarse.

Una parte significativa de la energía eléctrica consumida por los equipos informáticos termina transformándose en calor. Sin embargo, este flujo térmico continúa tratándose habitualmente como un residuo que debe evacuarse para mantener los servidores dentro de sus condiciones de funcionamiento. Esto implica utilizar energía adicional en los sistemas de climatización y, al mismo tiempo, desaprovechar una fuente térmica que podría tener valor en otros usos.

En este contexto surge CECS (investigación y experimentación de nuevos procesos de transferencia de Calor Eficientes integrados en soluciones Constructivas Sostenibles para CPD). El proyecto está desarrollado conjuntamente por el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE) y AIDIMME Instituto Tecnológico, con la colaboración de empresas vinculadas a la operación de centros de datos, la refrigeración, la construcción, la ingeniería y la eficiencia energética y financiado por IVACE+i y la Unión Europea dentro del Programa Operativo FEDER de la Comunidad Valenciana 2021–2027, con expediente IMDEEA/2025/55.

Uno de los puntos de partida de CECS es la necesidad de comprender con mayor detalle el comportamiento energético del CPD. Los indicadores globales permiten evaluar el funcionamiento general de la instalación, pero no siempre explican cómo la actividad desarrollada por los servidores se traduce en consumo eléctrico y generación de calor.

Por este motivo, CECS aborda el análisis desde una de las unidades funcionales básicas del centro de datos: el rack. Para ello se ha diseñado y construido un rack experimental completamente instrumentado, integrado en un recinto desarrollado con materiales sostenibles y térmicamente eficientes.

El piloto permite reproducir diferentes condiciones operativas en un entorno controlado. Se están realizando campañas experimentales con distintas cargas de procesamiento, memoria y almacenamiento, monitorizando de forma sincronizada variables operativas, eléctricas y térmicas. Estos ensayos permiten analizar no solo cuánto consume el rack, sino también cómo cambia su demanda energética en función del tipo de actividad ejecutada.

El proyecto estudia igualmente el impacto de la operación del rack sobre la calidad del suministro eléctrico. Los cambios rápidos de carga, las fuentes de alimentación y los sistemas electrónicos asociados pueden generar perturbaciones que deben comprenderse para asegurar una integración adecuada de estas infraestructuras en las redes eléctricas internas y externas.

Los datos obtenidos en el piloto constituyen la base para desarrollar un modelo digital energético-operativo. CECS combina dos aproximaciones complementarias: modelos físicos basados en balances de energía y mecanismos de transferencia de calor, y modelos basados en datos mediante técnicas de aprendizaje automático.

Los modelos físicos permiten representar el comportamiento del sistema a partir de sus principios energéticos y termodinámicos. Por su parte, los modelos basados en datos permiten identificar relaciones entre las condiciones de operación de los servidores, el consumo eléctrico y la respuesta térmica observada durante los ensayos.

La combinación de ambos enfoques permitirá simular diferentes escenarios de funcionamiento, analizar qué variables tienen una mayor influencia y evaluar posibles modificaciones antes de trasladarlas a una instalación real. El objetivo no es desarrollar una representación exacta de cualquier CPD, sino construir una metodología adaptable que facilite el diagnóstico energético y la comparación de alternativas.

El modelo se contrastará posteriormente con información procedente de un centro de datos real. Esta validación permitirá comprobar qué variables se encuentran habitualmente monitorizadas en instalaciones operativas, adaptar los modelos a la información disponible y evaluar su utilidad para identificar oportunidades de mejora.

Además de caracterizar la relación entre operación y consumo, CECS investiga distintas alternativas para mejorar la gestión térmica del rack. El proyecto analiza cómo los materiales utilizados en el recinto, la configuración de la envolvente y las soluciones de refrigeración influyen sobre el comportamiento térmico global.

Dentro de estos trabajos se está estudiando el empleo de materiales con capacidad de regulación térmica y de humedad, incluyendo materiales de cambio de fase, hidrogeles, aislamientos y soluciones constructivas con elevada inercia térmica. Estas alternativas se compararán con configuraciones convencionales para valorar su efecto sobre la estabilidad térmica y el consumo necesario para refrigerar el sistema.

CECS también aborda el modelado de sistemas de refrigeración por inmersión bifásica. En estas soluciones, los componentes electrónicos se encuentran en contacto con un fluido dieléctrico que absorbe el calor generado. El cambio de fase del fluido permite intensificar la transferencia térmica y abre la posibilidad de recuperar el calor en unas condiciones potencialmente más adecuadas para su utilización posterior.

Este tipo de refrigeración puede resultar especialmente relevante ante el incremento de la densidad de potencia de los nuevos equipos informáticos. No obstante, todavía existen retos relacionados con la selección de fluidos, la compatibilidad con los componentes, la seguridad, la operación y la viabilidad económica. CECS contribuirá a estudiar estas cuestiones mediante modelado multifísico y ensayos experimentales controlados.

La recuperación de calor no depende únicamente de la cantidad de energía térmica generada. También resulta necesario considerar su temperatura, estabilidad, disponibilidad temporal y compatibilidad con la demanda que se desea cubrir.

Por ello, CECS planteará un caso de uso para evaluar el aprovechamiento del calor residual de un CPD en un proceso industrial con demanda térmica. El análisis combinará el comportamiento modelado del centro de datos con condiciones reales de intercambio de calor y perfiles representativos de consumo industrial.

Se compararán distintos escenarios para estimar la energía potencialmente recuperable, la reducción del consumo térmico convencional y sus efectos económicos y ambientales. También se estudiará cómo las mejoras en transferencia térmica pueden modificar la utilidad del calor disponible.

El proyecto no parte de la premisa de que la reutilización resulte viable en cualquier emplazamiento. La distancia entre la fuente y la demanda, los niveles de temperatura, la simultaneidad de los perfiles, la infraestructura necesaria y los costes de inversión condicionan cada caso. Precisamente, uno de los objetivos es disponer de herramientas que permitan determinar en qué circunstancias existe una oportunidad real y qué modificaciones serían necesarias para materializarla.

CECS plantea una evolución en la forma de analizar estas infraestructuras. Frente a una visión del CPD como consumidor eléctrico aislado, el proyecto estudia su comportamiento como parte de un sistema energético más amplio.

El conocimiento generado permitirá avanzar en el diseño de centros de datos más eficientes, facilitar la selección de soluciones de refrigeración y mejorar la evaluación de proyectos de recuperación de calor. También servirá como base para futuras líneas relacionadas con la flexibilidad energética, el almacenamiento térmico y la integración de los CPDs en redes eléctricas y térmicas.

Esta aproximación puede aportar valor a operadores de centros de datos, ingenierías, fabricantes de sistemas de refrigeración, empresas constructoras y potenciales consumidores del calor recuperado. El objetivo final es reducir la incertidumbre técnica y económica asociada a la incorporación de nuevas soluciones, favoreciendo que las decisiones de inversión se apoyen en datos, modelos y evidencia experimental.

CECS constituye así un primer paso hacia centros de datos capaces de prestar servicios digitales con una gestión más eficiente de la energía y con una mejor integración en su entorno industrial y territorial.