A refrigeração líquida para data centers é o uso de um fluido circulante, em vez de ar, para conduzir o calor para longe dos processadores no chip. À medida que a densidade de potência dos servidores aumenta, provedores de serviços em nuvem e fabricantes de equipamentos estão adotando essa solução para gerenciar as cargas térmicas de processadores de alto desempenho e hardware de computador densamente compactado.
Em circuitos de refrigeração à base de glicol, a condição do fluido refrigerante deve ser monitorada para ajudar a manter a confiabilidade do sistema, a proteção contra corrosão e um desempenho térmico estável. pH e condutividade são dois parâmetros-chave usados para acompanhar a condição do fluido refrigerante nesses sistemas.
Os data centers desempenham um papel cada vez mais importante no cenário global de infraestrutura digital. Provedores de Serviços em Nuvem (CSPs), como Google, Microsoft, Amazon, Meta, Alibaba e Tencent, estão investindo em instalações em escala hiperescalar para atender às crescentes demandas de IA e computação.
Os chips modernos de IA agora geram mais de 1.000 W de calor cada um, elevando a densidade dos racks de servidores para 100 kW ou mais. As Unidades de Processamento Gráfico (GPUs) estão sendo empacotadas com maior densidade do que nunca, criando um desafio térmico que muitas vezes excede os limites práticos do resfriamento a ar convencional. Para superar isso, o setor está migrando rapidamente para o resfriamento líquido. Dentro dessa transição, o Resfriamento Líquido Direto (DLC) monofásico está se tornando o padrão para implantações de servidores de alta densidade.
Entendendo a Efetividade do Uso de Energia
Antes de comparar o resfriamento a ar e o resfriamento líquido, a Efetividade do Uso de Energia (PUE) é um termo importante para entender. Por definição, PUE é a métrica padrão do setor para medir a eficiência energética de data centers. Ela é calculada dividindo a energia total da instalação pela energia consumida pelos equipamentos de TI (servidores, armazenamento e rede).
PUE = Energia Total da Instalação / Energia dos Equipamentos de TI
Por exemplo, se um data center consome um total de 150 kW de energia e os equipamentos de TI consomem 100 kW, o PUE seria:
PUE = 150 kW/100 kW = 1,5.
Um PUE ideal é 1,0, o que significa que cada watt que entra no prédio é usado diretamente para computação. Qualquer valor acima de 1,0 representa “despesas indiretas” gastas com infraestrutura, como resfriamento, iluminação e distribuição de energia. Portanto, um PUE de 1,5 significa que, para cada 1,0 kW usado pelos servidores, são utilizados mais 0,5 kW em sistemas de suporte. Como os data centers consomem tanta energia, os CSPs precisam obter aprovação para construí-los. As autoridades estabeleceram regulamentações que exigem PUEs baixos. Em um data center tradicional refrigerado a ar, o resfriamento normalmente consome de 30% a 40% da energia total da instalação. Para ter um PUE mais baixo, os CSPs estão migrando para o resfriamento líquido.
O resfriamento a ar usa ventiladores para fazer passar ar ambiente sobre os componentes. Como o ar tem baixa capacidade volumétrica de transporte de calor, essa abordagem é menos eficiente e muitas vezes resulta em valores de PUE na faixa de 1,4 a 1,6. Em contraste, o resfriamento líquido usa fluidos com capacidade de transporte de calor quase 3.500 vezes maior do que a do ar. Capturar o calor diretamente no chip por meio de placas frias elimina a necessidade de ventiladores de alto consumo energético e de refrigeração em escala de sala. Essa melhoria na eficiência reduz significativamente as despesas indiretas de resfriamento, permitindo alta densidade de servidores e reduzindo o PUE para uma faixa de 1,2 ou inferior, diminuindo tanto os custos de energia quanto a pegada de carbono. Embora o resfriamento líquido melhore o PUE, ele também introduz novos riscos operacionais e de materiais que exigem um monitoramento robusto do refrigerante.
A transição para o resfriamento líquido introduz riscos físicos e operacionais significativos, centrados principalmente em vazamentos de refrigerante e no potencial de causar falhas substanciais de hardware.
Falhas mecânicas frequentemente ocorrem nos pontos de desconexão rápida devido ao encaixe inadequado ou a anéis de vedação desgastados. Além disso, a vibração constante de bombas de alta potência pode causar trincas por fadiga em coletores e placas frias de paredes finas.
Além do desgaste físico, a degradação do refrigerante é um risco que deve ser tratado. O refrigerante à base de glicol requer monitoramento cuidadoso para evitar corrosão e danos ao hardware do servidor.
O monitoramento de fluidos em tempo real deve ser tratado como uma parte integrante da arquitetura do circuito de resfriamento, e não como um complemento.
As diretrizes do Open Compute Project (OCP) identificam o monitoramento de pH, condutividade, concentração de propilenoglicol 25% (PG25), fluxo, temperatura e partículas como uma base prática.
Como tal, os sensores de pH e de condutividade são comumente instalados na Unidade de Distribuição de Refrigeração (CDU) como o principal meio de monitorar a saúde do refrigerante. Para maior confiabilidade, recomenda-se o uso de sensores redundantes em pontos de controle críticos.
Em setembro de 2025, NVIDIA divulgou os requisitos da CDU, que incluíam recomendações para monitorar a qualidade do refrigerante. Os requisitos identificam pH, condutividade e turbidez como três parâmetros-chave para o monitoramento da qualidade do refrigerante.
Os líquidos de arrefecimento à base de glicol são normalmente formulados com inibidores anticorrosivos à base de sais como ingredientes principais. Sem eles, os líquidos de arrefecimento causariam danos severos ao sistema de arrefecimento por meio de um processo chamado corrosão eletroquímica. Os inibidores nos líquidos de arrefecimento protegem os sistemas de arrefecimento por meio de dois mecanismos principais:
Cria uma película nas superfícies metálicas, agindo como uma barreira física que impede que o oxigênio e a água causem oxidação.
Os tampões alcalinos neutralizam ácidos orgânicos que se formam naturalmente à medida que o glicol se degrada com o tempo, mantendo o refrigerante estável e não corrosivo.
O sensor de pH InPro™ 4260i foi projetado para uso em aplicações com fluido de arrefecimento. Com sensores que utilizam diafragmas cerâmicos convencionais, os pequenos poros podem ficar obstruídos rapidamente por partículas finas liberadas pelos componentes. Isso causa medições não confiáveis, pois a contaminação do diafragma resulta em potenciais de difusão indesejáveis que distorcem as leituras.
O InPro 4260i apresenta Xerolyt™, um eletrólito polimérico sólido que elimina a necessidade de um diafragma. Em vez disso, o sistema de referência se conecta ao meio de medição por meio de uma junção aberta. As partículas extremamente finas que se depositam nas junções podem então ser removidas, seja pelo fluxo do líquido no processo ou por enxágue periódico.
Os sensores de condutividade UniCond™, com circuito de medição e sensor de temperatura integrados, são muito adequados para sistemas de fluido de arrefecimento à base de glicol que exigem medições precisas de condutividade e temperatura. Além disso, a METTLER TOLEDO combina configurações mecânicas padronizadas e amplamente aceitas com algoritmos de compensação de temperatura para medição de condutividade, oferecendo até 10 algoritmos predefinidos, incluindo um para etilenoglicol.
Tanto os sensores de condutividade UniCond de 2 eletrodos quanto os de 4 eletrodos são adequados para aplicações com fluido de arrefecimento à base de glicol, dependendo das preferências de projeto e dos requisitos específicos do circuito de refrigeração.
Em relação às conexões de processo, estão disponíveis sensores de condutividade sem rosca para tratar de preocupações relacionadas a rosqueamento cruzado, vazamento, gotejamento e ao risco de contaminação do sistema por selantes de rosca ou fita de PTFE.
Nesses casos, um sensor de condutividade com Tri-Clamp é uma alternativa, fornecendo uma solução resistente a vazamentos e fácil de instalar, que atende a essas preocupações e mantém o desempenho da medição.
Os sensores de pH e de condutividade mencionados são digitais e estão equipados com a tecnologia Intelligent Sensor Management (ISM™) da METTLER TOLEDO. O recurso Plug and Measure do ISM garante uma inicialização rápida e sem erros, além de maior confiabilidade de medição.
Além disso, o ISM oferece diagnósticos preditivos do sensor para uma manutenção de rotina eficiente, que pode ser agendada com antecedência, eliminando paradas inesperadas do ponto de medição.
À medida que os data centers dependem do resfriamento líquido para suportar cargas térmicas mais altas e maiores densidades de racks, o monitoramento confiável do líquido de arrefecimento torna-se parte central do projeto do sistema. Como essas instalações são construídas para operar com intervenção limitada no local, a robustez dos sensores, a estabilidade da medição e a eficiência da manutenção são requisitos críticos.
Para líquidos de arrefecimento à base de glicol, isso significa acompanhar o pH em relação à faixa operacional alcalina da formulação, normalmente pH 8,0 a 10,5, e acompanhar a condutividade em relação a uma linha de base definida, em vez de um limite fixo. O sensor de pH InPro 4260i e o sensor de condutividade UniCond abrangem ambos os parâmetros, ajudando os operadores a monitorar a condição do líquido de arrefecimento, apoiar o controle da corrosão e manter um desempenho térmico consistente.
Bryant Wai é um especialista do setor com mais de uma década de experiência em instrumentação analítica e aplicações de processo. Além disso, ele é uma peça central no segmento de refrigeração de data centers da METTLER TOLEDO. Bryant tem ampla experiência em toda a cadeia de valor, trabalhando de perto com fabricantes de sistemas, integradores e usuários finais. Sua profunda proficiência técnica garante que os clientes recebam soluções de medição de alto desempenho.