Todo centro de datos refrigerado por líquido es, más allá de los servidores, un proyecto de tuberías. El refrigerante debe distribuirse, aislarse, equilibrarse, drenarse y someterse a mantenimiento, y los componentes que lo hacen posible son las válvulas. Esta guía explica dónde se ubican las válvulas de bola en un circuito de refrigeración líquida de un centro de datos, por qué el acero inoxidable es el material predeterminado para el cuerpo de las válvulas destinadas al servicio de refrigerante, y cómo adaptar el tipo de válvula, el asiento y la conexión final a cada parte del sistema, desde el lado del agua de la instalación hasta la unidad de distribución de refrigerante (CDU).
Escribimos esto desde la perspectiva del proveedor: somos un fabricante con sede en Taiwán que lleva produciendo válvulas de bola de acero inoxidable desde 1999, incluidas válvulas para líneas de instalaciones de semiconductores, donde la pureza del agua y el control de la corrosión se rigen por normas muy similares a las de los circuitos de refrigeración.
Por qué los servidores de IA están impulsando el cambio a la refrigeración líquida
La refrigeración por aire deja de ser viable cuando la potencia de los racks supera la capacidad de disipación de los ventiladores y de los sistemas de tratamiento de aire de la sala, y los racks destinados al entrenamiento de IA han superado con creces ese umbral. El líquido disipa el calor de forma mucho más eficiente que el aire, por lo que los operadores están adoptando placas de refrigeración directas al chip y, en algunos diseños, la refrigeración por inmersión total. Las directrices del sector para estos sistemas las publica Comité de comunicaciones de datos de ASHRAE y el Open Compute Project, y ambos consideran el circuito de refrigeración como una infraestructura permanente y no como un complemento. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley’s programa de eficiencia de los centros de datos refleja ese mismo cambio desde el punto de vista energético.
Para cualquiera que se dedique a especificar componentes, la consecuencia práctica es la siguiente: una sala de servidores refrigerada por líquido cuenta ahora con cientos de válvulas que no existían en un edificio refrigerado por aire, repartidas en tres zonas.
Ubicación de las válvulas en un sistema de refrigeración por líquido
Las válvulas de bola se instalan en todos los puntos en los que es necesario aislar, llenar, vaciar o equilibrar un tramo del circuito. Según la terminología de ASHRAE, el sistema se divide en un sistema de agua de la instalación (FWS), que corresponde al agua refrigerada o de condensación del edificio, y un sistema de refrigeración tecnológico (TCS), que corresponde al refrigerante tratado que llega realmente a los equipos informáticos. La CDU es el puente entre ambos: un armario que contiene un intercambiador de calor, bombas y controles que mantiene el refrigerante del lado del servidor aislado del agua de la instalación.
| Ubicación en el Loop | Función de la válvula | Tipo de válvula habitual |
|---|---|---|
| Suministro de agua a las instalaciones y retorno a cada CDU | Aísla una CDU para su mantenimiento sin necesidad de detener el circuito de la planta | Válvula de bola con bridas, JIS 10K/20K o ANSI Clase 150/300 |
| En el interior del CDU (llenado, vaciado, derivación, tomas de sensor) | Puesta en servicio, purga, vaciado para mantenimiento | Válvula de bola compacta roscada, de 1/2″ a 2″ |
| Colectores del circuito secundario y colectores de fila | Aísla una fila o un grupo de bastidores; equilibrado | Válvula de bola de dos o tres piezas, roscada o soldada |
| Aislamiento automático y respuesta ante fugas | Cierra un segmento al detectar una fuga o mediante control remoto | Válvula de bola de accionamiento neumático (de doble efecto o con retorno por resorte) |
La última conexión entre el colector y el servidor suele ser una desconexión rápida, que pertenece a una familia de productos diferente. Sin embargo, todo lo que se encuentra antes de ella pertenece al ámbito de las válvulas convencionales, y ahí es donde la elección del material empieza a ser importante.
Por qué el acero inoxidable es la opción predeterminada para los circuitos de refrigeración
La razón radica en la composición química del líquido refrigerante. Los circuitos directos al chip suelen funcionar con agua tratada o con una mezcla de propilenglicol y agua, a la que se añaden inhibidores de corrosión, y las directrices sobre materiales en contacto con el líquido que figuran en la documentación sobre refrigeración del Open Compute Project son muy estrictas en cuanto a lo que puede entrar en contacto con dicho fluido: los metales que liberan iones o partículas de óxido contaminan el refrigerante, obstruyen los microcanales de la placa de refrigeración y acortan la vida útil del fluido. El acero inoxidable austenítico figura en la lista de materiales seguros; el acero al carbono y el hierro sin recubrimiento, no. El latón aparece en algunos circuitos, pero mezclar demasiados metales aumenta el riesgo de corrosión galvánica, por lo que muchos operadores optan por simplificar el sistema estandarizando las piezas en contacto con el líquido en acero inoxidable.
Nuestros cuerpos de válvula son de CF8 (acero inoxidable 304 fundido) o CF8M (acero inoxidable 316 fundido), fabricados mediante fundición de precisión. La elección entre ambos depende de un factor más que de cualquier otro: los cloruros. El 316 incorpora molibdeno, que resiste la corrosión por picaduras que los iones de cloruro provocan en el 304. Si el circuito utiliza agua desionizada o inhibida debidamente tratada y se encuentra en un entorno interior normal, el 304 suele ser suficiente. Especifique el 316 cuando el refrigerante o la ubicación impliquen exposición a cloruros, por ejemplo, en plantas costeras donde las tuberías del lado exterior estén expuestas a aire cargado de sal. Se trata de la misma lógica de 304 frente a 316 que aplicamos en tuberías de agua y gas de una planta de semiconductores, donde las normas de limpieza en cuanto a partículas e iones son aún más estrictas que en los centros de datos.
Adaptación del diseño de las válvulas a cada zona
Respuesta breve: utiliza válvulas con bridas cuando la tubería tenga bridas y la facilidad de mantenimiento sea un factor determinante en el diseño; válvulas compactas roscadas o soldadas dentro de bastidores y colectores; y accionamiento neumático cuando sea necesario que el aislamiento se active automáticamente. Los detalles que figuran a continuación corresponden a las especificaciones de nuestras propias líneas de productos, por lo que puedes considerarlos como un punto de referencia concreto, más que como un consejo abstracto.
Parte hidráulica de la instalación: válvulas de bola con bridas
Los circuitos del lado del edificio suelen estar provistos de bridas para facilitar el mantenimiento. Nuestros válvulas de bola con brida de accionamiento manual están disponibles en JIS 10K y ANSI Clase 150, desde 1/2″ hasta 8″, y en JIS 20K y Clase 300, desde 1/2″ hasta 4″, con asientos de PTFE y un rango de temperatura de trabajo de -20 °C a +180 °C. La capacidad de presión se ajusta a la clasificación de la brida; por ejemplo, 1,0 MPa nominal para JIS 10K y 275 psi a temperatura ambiente para Clase 150, según las normas de bridas, lo cual está muy por encima de lo que funciona en un circuito de refrigeración típico de una instalación. En otras palabras, la clase de brida que se necesite para garantizar la compatibilidad de los pernos suele resolver por sí sola la cuestión de la presión.
En el interior de las CDU y los colectores: válvulas compactas de dos y tres piezas
A los fabricantes de bastidores les preocupan las dimensiones de la carcasa, los materiales en contacto con el fluido y la forma en que se desmonta la válvula. Compacta Válvulas de bola roscadas de dos piezas con una capacidad nominal de 1000 WOG realizar tareas de llenado, vaciado y aislamiento de instrumentos; si no estás familiarizado con la jerga técnica, nuestra guía sobre Valores nominales de presión WOG explica qué significa «1000 WOG» en la práctica. En el caso de los colectores y las culatas que se vayan a reparar sin desmontarlos, un válvula de bola de tres piezas, también con una clasificación de 1000 WOG, es la opción más habitual: la sección central se abre hacia fuera para permitir la sustitución del asiento sin necesidad de cortar la tubería, y se ofrece con extremos roscados (cónico PT), para soldadura a tope o para soldadura por encastre. Los extremos soldados eliminan por completo cualquier posible vía de fuga, lo que algunos diseñadores de CDU prefieren para uniones que nunca se van a abrir; nuestra descripción general de conexiones de las válvulas compara las ventajas y desventajas.
Una advertencia sobre las roscas: los sistemas de roscas cónicas varían. Nuestras válvulas roscadas utilizan roscas cónicas PT (el sistema JIS/BSPT habitual en equipos fabricados en Asia). Las roscas PT y NPT no son intercambiables, y una conexión mixta puede sellar correctamente durante las pruebas, pero presentar fugas tras los ciclos térmicos. Comprueba qué sistema indican los planos de tu módulo antes de realizar cualquier pedido.
Aislamiento automático: válvulas de bola accionadas neumáticamente
Los sistemas de contención de fugas y el control remoto de segmentos requieren válvulas que se cierren sin necesidad de intervención humana. Nuestro válvulas de bola neumáticas con brida Combine los tamaños de cuerpo con brida indicados anteriormente con actuadores de piñón y cremallera de aluminio, en versiones de doble efecto (DA) y de retorno por resorte (SR), montados sobre la base estándar ISO 5211 y accionados por aire de instrumentación a una presión de entre 4 y 7 bar. El retorno por resorte es la opción natural para la respuesta ante fugas, ya que lleva la válvula a una posición segura definida en caso de fallo del suministro de aire. Se ofrecen como opciones electroválvulas, cajas de interruptores de límite y posicionadores. Tenga en cuenta que es el actuador, y no el cuerpo de acero inoxidable, el que establece el límite de temperatura del conjunto; por lo tanto, compruebe las especificaciones del actuador en función del entorno de instalación, en lugar de dar por sentado que se aplica el rango del cuerpo.
Los errores más comunes que observamos en las especificaciones
Estos son los problemas habituales que surgen en las especificaciones de las válvulas del circuito de refrigeración, y todos ellos pueden evitarse en la fase de diseño.
| Error | ¿Por qué duele? | Qué hacer en su lugar |
|---|---|---|
| Válvulas de acero al carbono o hierro en un refrigerante tratado | Las partículas de óxido y los iones deterioran el líquido refrigerante y obstruyen las placas de refrigeración | Piezas en contacto con el fluido de acero inoxidable (cuerpo CF8/CF8M, bola y vástago de acero inoxidable) |
| Combinación de roscas PT y NPT | Inicialmente sella, pero presenta fugas tras los ciclos térmicos | Estandarizar un sistema de roscas por patín e indicarlo en el plano |
| Especificar 316 en todas partes “por si acaso” | Paga el sobrecoste del molibdeno sin aportar ningún beneficio en circuitos interiores sin cloruro | Reservar el 316 para la exposición al cloruro; documentar el motivo |
| Clasificación de todo el conjunto accionado según el cuerpo de la válvula | Las juntas y los resortes de los actuadores tienen límites de temperatura más bajos | Consulta por separado las especificaciones del actuador para instalaciones con pasillo caliente. |
Preguntas frecuentes
¿Qué válvulas se utilizan en los sistemas de refrigeración líquida de los centros de datos?
Las válvulas de bola se encargan de la mayor parte del aislamiento: válvulas de bola con bridas en las conexiones de agua de la instalación a cada CDU, válvulas de bola compactas roscadas o soldadas en el interior de las CDU y en los colectores de fila, y válvulas de bola accionadas neumáticamente en los puntos donde los segmentos deben cerrarse automáticamente. Las válvulas de equilibrado y las válvulas de retención se encuentran en puntos específicos, y los conectores de desconexión rápida se encargan de la conexión final entre el rack y el servidor. El acero inoxidable es el material habitual para el cuerpo de las válvulas, ya que la composición química del refrigerante corroe los metales.
¿Son compatibles las válvulas de bola de acero inoxidable con el refrigerante de agua y glicol?
Sí. Los aceros inoxidables austeníticos, como el 304 y el 316, son ampliamente compatibles con el agua tratada y las mezclas de propilenglicol utilizadas en la refrigeración directa del chip, y el acero inoxidable figura en las listas de materiales en contacto con el fluido de las directrices industriales sobre refrigeración. El material de la sede también es importante: las sedes de PTFE, que vienen de serie en nuestras válvulas, son químicamente inertes frente a los refrigerantes de glicol en todo el rango de temperaturas en el que operan estos circuitos. Confirme siempre la compatibilidad con el paquete de inhibidores de su proveedor específico de refrigerante.
¿Debería elegir acero inoxidable 304 o 316 para un circuito de refrigeración?
Decídete en función de la exposición al cloruro. El 316 contiene molibdeno, que resiste la corrosión por picaduras provocada por el cloruro; el 304 no. Los circuitos interiores que utilizan refrigerante desionizado o inhibido, sin fuentes de cloruro, suelen funcionar bien con el 304 (grado de fundición CF8). Elija el 316 (CF8M) cuando haya cloruros presentes, por ejemplo, en emplazamientos costeros donde las tuberías exteriores y las torres de refrigeración estén expuestas al aire salino, o donde el programa de tratamiento del agua permita picos de cloruro. La acidez por sí sola no es el factor determinante; lo es el cloruro.
¿Qué presión nominal deben soportar las válvulas de la CDU y del circuito de refrigeración?
Los circuitos de refrigeración funcionan a presiones moderadas en comparación con las aplicaciones industriales generales, por lo que las especificaciones estándar de las válvulas ofrecen un amplio margen de seguridad. Las válvulas de bola roscadas compactas con una capacidad nominal de 1000 WOG (agua, aceite y gas a temperatura ambiente) superan con creces los requisitos típicos de los circuitos, y las válvulas con bridas tienen la capacidad nominal correspondiente a su clase de brida, como JIS 10K o ANSI Clase 150. En la práctica, se selecciona la clase de brida que se adapte a la tubería de conexión, y el requisito de presión se ajusta automáticamente.
¿Se pueden automatizar las válvulas de bola de un circuito de refrigeración?
Sí. Cualquier válvula de bola de cuarto de vuelta con una placa de montaje conforme a la norma ISO 5211 admite un actuador estándar. Los actuadores neumáticos de piñón y cremallera son la opción más habitual: de doble efecto (DA), en los que el aire acciona ambas carreras, o de retorno por resorte (SR), en los que un resorte cierra la válvula en caso de fallo del aire o de la señal, lo que resulta adecuado para el aislamiento en respuesta a fugas. Opciones como las válvulas solenoides, las cajas de interruptores de fin de carrera para la retroalimentación de posición y los posicionadores permiten integrar la válvula en el sistema de gestión del edificio.
Resumen: Especifica el bucle y las válvulas se ajustarán automáticamente
La selección de válvulas para la refrigeración por líquido no es nada complicado. Identifica las tres zonas (agua de la instalación, CDU, circuito secundario), coloca válvulas de acero inoxidable con bridas donde las tuberías tengan bridas, válvulas compactas de dos o tres piezas dentro de los skids y los colectores, y válvulas accionadas por retorno por resorte donde sea necesario aislar el sistema sin intervención humana. Elija acero 304 o 316 en función de la exposición al cloruro, mantenga la uniformidad en los sistemas de rosca y consulte los límites de temperatura de los actuadores por separado de las especificaciones del cuerpo de la válvula.
Fabricamos estas válvulas en nuestra propia fábrica de Taichung (Taiwán), con un sistema de gestión de calidad conforme a la norma ISO 9001 y el marcado CE, y llevamos 27 años suministrando válvulas de bola de acero inoxidable para aplicaciones de tuberías en instalaciones. Si está construyendo o modernizando una CDU, un bloque de distribución o las tuberías de refrigeración de una instalación y desea contar con un fabricante que participe directamente en la elaboración de las especificaciones, póngase en contacto con nosotros en sales@ballvalves.tw o por WhatsApp al +886-917-368-980, indicando las dimensiones de las tuberías, las conexiones de los extremos y los detalles del refrigerante, y le confirmaremos la compatibilidad de los materiales y los asientos, artículo por artículo.