Reduce un 80 % la energía de refrigeración de centros de datos con válvulas solenoides Kick & Drop

Greg Wainhouse, Regional Business Development Manager – Industrial Water, North Europe

En los centros de datos de alta densidad actuales, la refrigeración líquida directa al chip es esencial para gestionar el calor de procesadores de alto rendimiento, cargas de trabajo de IA e infraestructura cloud. En el núcleo de estos sistemas están las válvulas solenoides de actuación rápida que entregan control preciso de flujo, previniendo sobrecalentamiento de servidores y manteniendo uptime ininterrumpido.

Aunque vitales, la energización continua de válvulas solenoides añade demanda energética significativa y costes operativos. A través de miles de servidores que funcionan 24/7, incluso pequeñas ganancias en eficiencia de válvulas pueden generar ahorros sustanciales y mejorar la sostenibilidad.

La tecnología de bobina Kick & Drop aborda este desafío. Usando un "kick" de alta potencia para actuar la válvula y una fase de "drop" de baja energía para mantenerla en posición, el sistema puede reducir el consumo de energía de la válvula hasta un 80 %, ayudando a operadores a cumplir objetivos de eficiencia y reducir huellas de carbono.

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Greg Wainhouse explica:

La creciente importancia de la refrigeración eficiente en centros de datos

La gestión térmica eficaz es la columna vertebral de operaciones fiables en centros de datos. Sin refrigeración precisa, los servidores pueden sobrecalentarse, degradando rendimiento, acortando vida útil del equipo y aumentando riesgo de tiempo de inactividad.

La refrigeración directa al chip se ha convertido en el método preferido para muchas instalaciones modernas. En este enfoque, el calor generado por microchips de servidores se transfiere directamente a placas frías montadas en cada procesador. Una mezcla agua-glicol circula por estas placas, eliminando calor por convección forzada.

El refrigerante calentado fluye luego a través de un colector a un enfriador o intercambiador de calor donde se enfría antes de volver a las placas frías para el siguiente ciclo.

Mantener un flujo de refrigerante adecuado es crítico. Las válvulas solenoides son preferidas porque proporcionan la respuesta rápida necesaria para igualar las demandas constantemente cambiantes de CPUs, que pueden pasar de reposo a carga completa en milisegundos. Su control eléctrico permite respuestas automáticas a señales de sensores de temperatura, y su diseño compacto encaja en el espacio confinado de colectores de placas frías.

Reduce un 80 % la energía de refrigeración de centros de datos con válvulas solenoides Kick & Drop

Entendiendo el desafío energético

En un servidor empresarial típico, puede haber uno o dos CPUs por placa base y hasta ocho GPUs, cada una requiriendo refrigeración dedicada. Sistemas más avanzados pueden contener docenas de procesadores, cada uno con su propia placa fría y arreglo de válvulas.

Multiplicado por cientos de servidores en un rack y miles en una instalación, el número de válvulas se vuelve sustancial, haciendo su consumo energético un factor clave en gasto operativo y rendimiento de sostenibilidad.

Las válvulas solenoides tradicionales usan una sola bobina que genera un campo magnético continuo, moviendo la válvula a posición y manteniéndola allí. Para mantener la posición, la válvula debe contrarrestar continuamente el muelle de retorno y la presión del fluido, manteniéndose energizada las 24 horas.

Cómo funciona la tecnología Kick & Drop

La tecnología Kick & Drop de Bürkert elimina esta ineficiencia con un diseño de bobina más inteligente que puede reducir la demanda energética hasta un 80 % por válvula.

El sistema usa dos devanados de bobina encapsulados en una sola bobina de epoxy, alimentados en serie. En lugar de potencia constante, entrega un "kick" de alto voltaje para mover rápidamente la válvula a posición – la fase de actuación. Esto ocurre en aproximadamente 500 ms, lo bastante rápido para seguir cambios rápidos de temperatura.

Una vez posicionada, el segundo devanado inicia la fase de "drop", manteniendo el émbolo con voltaje significativamente menor y mucha menos energía. El devanado de entrada sobre-excitado genera una potencia de arranque muy alta, usando cerca del 85 % de la energía para mover el émbolo rápido y solo alrededor del 15 % para mantener la válvula abierta.

Esta sobre-excitación también entrega hasta un 200 % más de potencia de activación que diseños convencionales, permitiendo presiones de operación más altas.

Para centros de datos que funcionan continuamente, el ahorro acumulado es sustancial. En instalaciones grandes con cientos o miles de válvulas, reducir el consumo energético hasta un 80 % puede recortar notablemente costes operativos y emisiones de carbono.

Bürkert ofrece una Calculadora de Energía y CO₂ Kick & Drop para estimar tanto ahorro energético como potencial de reducción de carbono.

Durabilidad y rendimiento térmico mejorados

Más allá del ahorro energético, la tecnología Kick & Drop mejora la durabilidad – factor crítico en refrigeración de misión crítica.

La menor demanda energética reduce la generación de calor, mejorando la gestión térmica en todo el conjunto de la válvula. El calentamiento del fluido se limita, y la temperatura máxima alcanzable se limita a 55 °C, mitigando riesgos de calcificación en sistemas que usan agua purificada.

Las temperaturas de operación reducidas también disminuyen el estrés térmico en componentes clave, extendiendo vida útil, reduciendo mantenimiento y minimizando fallos relacionados con sobrecalentamiento.

Comparando Kick & Drop con control proporcional

La modulación por ancho de pulso (PWM) es un método alternativo que enciende y apaga válvulas solenoides para controlar corriente promedio. Aunque PWM puede reducir consumo energético respecto a válvulas energizadas continuamente, introduce hardware adicional, complejidad, vibración y ruido audible – factores que pueden comprometer fiabilidad a largo plazo y confort en el lugar de trabajo.

En contraste, Kick & Drop mantiene simplicidad y robustez, entregando respuesta rápida sin los inconvenientes del conmutado rápido.

Soluciones de colector integradas para refrigeración directa al chip

Las válvulas son solo parte del panorama de refrigeración. La integración de colector impacta significativamente el rendimiento.

El equipo de ingeniería de Bürkert diseña colectores a medida que se integran directamente con placas frías e infraestructura de refrigeración, ofreciendo huella compacta y ajuste preciso. Las soluciones integradas agilizan desarrollo de producto, reducen complejidad de proyecto y aceleran despliegue al trabajar con un solo proveedor para válvulas y colectores.

Apoyando el futuro de centros de datos de alto rendimiento

El mercado global de centros de datos se expande rápidamente, impulsado por IA, cloud computing, HPC y creciente demanda digital. A medida que las densidades de procesadores suben y las cargas de trabajo se vuelven más exigentes, la gestión térmica eficiente se vuelve cada vez más crítica.

La refrigeración directa al chip jugará un papel central en satisfacer estas necesidades, proporcionando la eliminación precisa de calor requerida para infraestructura de próxima generación. La tecnología de válvulas solenoides sigue siendo esencial, entregando control de flujo rápido y automatizado que protege procesadores de alto valor de fluctuaciones rápidas de carga.

Los operadores enfrentan presión creciente para reducir uso energético y cumplir metas de sostenibilidad. Mejorar la eficiencia de cada componente en el bucle de refrigeración es por tanto primordial. La tecnología Kick & Drop ofrece la velocidad, bajo consumo energético y durabilidad necesarios para operaciones de centros de datos fiables y ambientalmente responsables.

Más información aquí.

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