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Los factores claves para combatir la ineficiencia energética en un Centro de Datos

Por: Ricardo Lubschik, Country General Manager de APC by Schneider para Cono Sur

En un centro de datos típico, menos de la mitad de la electricidad utilizada alimenta las cargas informáticas. Esto quiere decir, que más de la otra mitad de los gastos de electricidad se deben a la energía que consumen el sistema de energía eléctrica, el sistema de enfriamiento y la iluminación. Por lo tanto, el consumo total de electricidad está conformado principalmente por: (1) la energía que consumen las cargas informáticas, y (2) la energía que consumen los equipos de respaldo (pérdidas de los equipos del circuito de alimentación).

En la actualidad, los proveedores de equipos informáticos proporcionan nuevas soluciones, como la virtualización, que tienen el potencial para reducir la cantidad total de equipos informáticos necesarios para realizar una función específica, lo que brinda un medio para reducir el consumo de energía en la carga informática. Desafortunadamente, al mismo tiempo, la tendencia a utilizar sistemas informáticos de más alta densidad con un consumo de energía variable en el tiempo reduce la eficiencia eléctrica de los sistemas de energía y enfriamiento del centro de datos.

En realidad, las cargas dinámicas y de alta densidad ofrecen la posibilidad de aumentar la eficiencia, si se cuenta con sistemas de energía y enfriamiento “inteligentes” que proporcionen un suministro por hilera.

Al analizar el flujo de energía de un centro de datos típico; la potencia ingresa al centro de datos como energía eléctrica, y prácticamente toda la energía (más del 99,99%) deja el centro de datos en forma de calor. (El resto se convierte en procesamiento mediante los equipos informáticos.)

Por lo tanto, sólo el 30% aproximadamente de la energía eléctrica que ingresa a la sala alimenta la carga informática en sí (Lo que se llama energía útil) y el resto lo consumen, en forma de calor, los equipos de energía, enfriamiento e iluminación.

Se dice que este centro de datos tiene una eficiencia del 30%, porque el 30% de la energía total que ingresa en él alimenta la carga informática. Por lo tanto, el 70% de la energía que entra no realiza “trabajo útil” en el centro de datos, y a esto se lo considera como la ineficiencia del centro de datos.

Para entender cómo se puede reducir significativamente ese nivel de ineficiencia necesitamos entender los cinco factores claves que la conforman:

1. Ineficiencia de los equipos de energía
Los equipos como las unidades UPS, los transformadores, los interruptores de transferencia y el cableado consumen energía, que se manifiesta en forma de calor, mientras cumplen su función. Si bien los valores nominales de eficiencia informados para estos equipos parecen impresionantes —90% o más—, esos valores llevan a conclusiones erróneas y no pueden utilizarse para calcular la energía que se desperdicia en las instalaciones reales. Cuando los equipos se duplican para obtener redundancia, o cuando los equipos operan muy por debajo de la potencia nominal, el nivel de eficiencia se reduce notablemente. Es más, el calor que genera esa energía “desperdiciada” en los equipos de energía debe enfriarse mediante el sistema de enfriamiento, lo que hace que el sistema de aire acondicionado utilice aun más energía eléctrica.

2. Ineficiencia de los equipos de enfriamiento
Los equipos como los ventiladores, los aire acondicionados, las torres de enfriamiento, los condensadores, las bombas y las torres secas consumen energía mientras cumplen su función de enfriamiento (es decir, parte de la energía que ingresa al equipo se dispersa como calor en vez de contribuir con el trabajo mecánico de enfriamiento). Cuando los equipos de enfriamiento se duplican para obtener redundancia, o cuando operan muy por debajo de la potencia nominal, la eficiencia se reduce notablemente. Por lo tanto, un aumento en la eficiencia de los equipos de enfriamiento aumenta directamente la eficiencia general del sistema.

3. Consumo de energía en iluminación
La iluminación consume energía y genera calor. El calor que generan los artefactos de iluminación debe enfriarse mediante el sistema de enfriamiento, lo que hace que el sistema de aire acondicionado consuma a su vez másenergía eléctrica, incluso cuando la temperatura exterior es baja. Cuando las luces permanecen encendidas mientras no hay personal en el centro de datos, o cuando las áreas del centro de datos que no se utilizan están iluminadas, se consume energía inútilmente. Por lo tanto, un aumento en la eficiencia de la iluminación se da cuando los artefactos correspondientes se encuentran encendidos sólo cuando y donde son necesarios.

4. Sobredimensionamiento de los sistemas de energía y enfriamiento
Es uno de los factores que más contribuyen al desperdicio de energía. El sobredimensionamiento de los equipos de energía y enfriamiento se produce en los casos en que los valores proyectados para los sistemas de energía y enfriamiento exceden la carga informática. Este problema puede surgir por cualquier combinación de los siguientes factores:

* Se sobreestimó la carga informática, y los sistemas de energía y enfriamiento se dimensionaron para una carga demasiado grande.
* La carga informática se irá implementando con el tiempo, pero los sistemas de energía y enfriamiento están dimensionados para ofrecer respaldo a una carga mayor prevista para el futuro.
* El diseño del sistema de enfriamiento es deficiente, lo que requiere el sobredimensionamiento de los equipos de enfriamiento para enfriar la carga informática satisfactoriamente.
Si bien es claro que instalar demasiados equipos de energía y enfriamiento implica un desperdicio desde el punto de vista de la inversión, no es evidente que tal sobredimensionamiento puede disminuir drásticamente la eficiencia eléctrica del sistema general y causar un exceso permanente en el consumo de energía eléctrica.

5. Ineficiencia debida a la configuración
Una configuración deficiente hace que el sistema de enfriamiento desplace mucho más aire del que necesitan realmente los equipos informáticos. Una configuración deficiente también hace que el sistema de enfriamiento genere aire más frío que lo que precisan realmente los equipos informáticos. Más aún, la configuración física puede generar conflictos entre varias unidades de enfriamiento; así, puede suceder que una unidad deshumidifique el aire mientras otra lo humidifica, problema que por lo general pasa inadvertido y que reduce considerablemente la eficiencia. La tendencia actual a aumentar la densidad de potencia en los centros de datos nuevos y preexistentes aumenta en gran medida las ineficiencias mencionadas. Estos problemas de configuración se encuentran presentes en casi todos los centros de datos que están en funcionamiento en la actualidad y provocan un desperdicio innecesario de energía.

Al analizar estos cinco factores, es evidente que están interrelacionados. Por lo tanto, un enfoque eficaz para la optimización debe abordar el sistema del centro de datos como un todo; los intentos por optimizar las distintas ineficiencias por separado serían mucho menos fructíferos. El análisis cuidadoso de los factores que contribuyen a las pérdidas eléctricas (ineficiencia) permite concluir que las eficiencias de un centro de datos pueden mejorarse sustancialmente cuando se desarrolla un sistema integrado.

Por lo tanto, el empleo de una arquitectura que optimice sistemáticamente la configuración física puede reducir drásticamente el consumo de energía.

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