Chillers em ambientes de data centers: a importância do resfriamento

Em um mundo cada vez mais digital e interconectado, os data centers tornaram-se o coração das operações de empresas e instituições. Esses ambientes, que abrigam servidores e equipamentos de TI de alto desempenho, geram grandes quantidades de calor durante o funcionamento. Para garantir a continuidade dos serviços, a integridade dos dados e a longevidade dos equipamentos, é essencial manter uma temperatura controlada. Nesse contexto, os sistemas de resfriamento com chiller desempenham um papel crucial.

A termodinâmica e o resfriamento de data centers

A operação de data centers envolve o uso intensivo de equipamentos eletrônicos, como servidores, switches e sistemas de armazenamento, que geram grandes quantidades de calor durante seu funcionamento. Por isso, os princípios da termodinâmica desempenham um papel essencial no projeto e na operação de sistemas de resfriamento para data centers.

Geração e distribuição de calor nos data centers

A principal fonte de calor em um data center é a energia elétrica consumida pelos componentes eletrônicos. Quase toda essa energia é convertida em calor, que se acumula rapidamente nos ambientes de alta densidade computacional. Esse calor não é gerado de forma uniforme: racks com maior densidade de servidores, por exemplo, produzem mais calor, formando “hot spots” (pontos quentes) que exigem atenção especial na distribuição do fluxo de ar e na capacidade de resfriamento local.

O ar quente gerado tende a subir por convecção natural, sendo normalmente coletado por sistemas de exaustão ou direcionado por corredores quentes e frios (hot aisle/cold aisle). Essa organização busca otimizar a circulação do ar frio e a remoção do ar quente, reduzindo a recirculação e aumentando a eficiência térmica.

A relação entre temperatura, umidade e confiabilidade

A temperatura e a umidade são variáveis críticas na operação de data centers. Equipamentos operando fora da faixa recomendada podem sofrer falhas prematuras, perda de desempenho ou até desligamentos inesperados.

A ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) define diretrizes para os limites aceitáveis de temperatura e umidade. Em geral, a faixa recomendada de temperatura para operação segura varia de 18°C a 27°C. Manter os servidores em temperaturas muito baixas aumenta o consumo de energia e pode gerar condensação. Por outro lado, temperaturas elevadas reduzem a confiabilidade dos componentes eletrônicos.

A umidade relativa também deve ser controlada, geralmente entre 40% e 60%. Umidade muito baixa pode gerar eletricidade estática, perigosa para componentes eletrônicos sensíveis. Já umidade excessiva favorece a corrosão de conectores e circuitos.

Desempenho e eficiência dos chillers em data centers

Os chillers desempenham um papel crítico na infraestrutura de data centers, sendo responsáveis por manter a temperatura ideal dos equipamentos de TI e garantir a operação contínua e segura. Dada a alta densidade de carga térmica nessas instalações, o design e a eficiência dos chillers são fatores determinantes para a confiabilidade do sistema e o consumo energético da operação.

Design e componentes dos chillers para alta demanda

Chillers utilizados em data centers são projetados para operar sob cargas térmicas intensas e variáveis, com capacidade de resposta rápida a flutuações na demanda de resfriamento. Seus principais componentes incluem:

• Compressores de alta eficiência (parafuso, centrífugos ou scroll), otimizados para desempenho em regime contínuo e parcial.
• Evaporadores e condensadores dimensionados para maximizar a troca térmica e minimizar perdas de carga.
• Sistemas de controle avançados, capazes de ajustar a operação com base em sensores de temperatura, fluxo de água gelada e carga térmica em tempo real.
• Bombas de velocidade variável, que garantem o fornecimento ideal de água gelada conforme a necessidade, reduzindo o consumo energético.
• Configurações redundantes (N+1 ou 2N), assegurando alta disponibilidade e resiliência contra falhas.

Além disso, muitos sistemas modernos incorporam chillers com compressão magnética (oil-free), que eliminam o atrito e aumentam a vida útil dos equipamentos, além de proporcionar melhor desempenho sob cargas parciais.

Eficiência energética e otimização do resfriamento

A eficiência energética dos chillers em data centers é medida principalmente pelo coeficiente de desempenho (COP) e pelo Power Usage Effectiveness (PUE) da instalação. Estratégias comuns para otimização incluem:

• Uso de free cooling (resfriamento livre): em climas adequados, é possível utilizar o ar externo ou a água de resfriamento em temperaturas ambientes mais baixas para reduzir ou eliminar a necessidade do compressor por parte do tempo.
• Chillers modulares com operação em carga parcial, que permitem adaptar o consumo de energia à demanda real, evitando desperdícios em horários de baixa carga.
• Sistemas de resfriamento em loop fechado com contenção de corredores quente/frio, que reduzem o volume de ar a ser resfriado e melhoram a eficiência térmica.
• Integração com tecnologias IoT (Internet das Coisas) BMS e sistemas de automação, possibilitando o monitoramento e ajuste contínuo dos parâmetros operacionais. 
• Manutenção preditiva, que garante o desempenho ideal dos componentes e evita perdas de eficiência por desgaste ou falhas técnicas.

A escolha adequada do tipo de chiller (arrefecido a ar, a água ou híbrido), o dimensionamento correto e a sinergia com o projeto térmico do data center são determinantes para atingir níveis elevados de eficiência e confiabilidade.

A confiabilidade e redundância dos chillers para operação contínua

Em instalações críticas, como centros de dados, hospitais, indústrias e edifícios comerciais de grande porte, a confiabilidade dos sistemas de climatização é essencial para garantir a continuidade das operações. Os chillers, responsáveis pela produção de água gelada para sistemas de ar-condicionado e processos industriais, devem operar sem interrupções, mesmo diante de falhas ou manutenções programadas. Para isso, são implementadas estratégias de redundância e monitoramento contínuo, que asseguram alta disponibilidade e mínimo downtime.

Sistemas de redundância e backup para evitar downtime

A estratégia de redundância N+1 é a mais comum em projetos de chillers. Isso significa que, para atender a uma determinada carga térmica, instala-se um número adicional de chillers além do necessário. Por exemplo, se são necessários três chillers para manter a operação, instala-se um quarto como backup. Assim, caso um equipamento falhe ou entre em manutenção, os demais continuam atendendo à demanda sem prejuízo ao sistema.

Outra abordagem é a redundância 2N, na qual toda a capacidade é duplicada, proporcionando um sistema espelhado completo. Essa configuração é mais robusta e recomendada para ambientes onde a falha do sistema de resfriamento pode resultar em perdas críticas ou riscos à segurança.

Além da redundância de unidades, os próprios chillers podem incorporar redundância interna em componentes críticos, como compressores duplos, múltiplas bombas de água gelada e circuitos independentes de refrigeração. Isso aumenta a confiabilidade individual de cada unidade.

Para garantir o fornecimento contínuo de energia aos chillers, é comum a integração com sistemas de energia ininterrupta (UPS) e geradores de emergência. Esses sistemas evitam a interrupção em caso de queda de energia da concessionária, permitindo que os chillers continuem funcionando ou reiniciem de forma segura e rápida.

Gerenciamento e monitoramento contínuo dos sistemas

A confiabilidade operacional também depende do monitoramento em tempo real. Os chillers modernos são integrados a sistemas de automação predial (BMS – Building Management System), que monitoram continuamente variáveis como temperatura, pressão, fluxo de água, consumo de energia e status de funcionamento dos equipamentos.

O gerenciamento inteligente permite:

• Detecção precoce de falhas e desvios operacionais.
• Ações preventivas e corretivas antes que o sistema seja comprometido.
• Relatórios de desempenho e históricos de operação para análise preditiva.
• Alertas em tempo real, que podem ser enviados para operadores locais ou equipes de manutenção remota.

Novas tecnologias e tendências em resfriamento de data centers

Com o crescimento exponencial do volume de dados e da demanda por serviços digitais, os data centers tornaram-se peças-chave da infraestrutura tecnológica global. No entanto, o aumento da densidade de servidores e da potência computacional tem elevado significativamente a geração de calor nesses ambientes, tornando o resfriamento eficiente um dos principais desafios operacionais. Diante disso, surgem novas tecnologias e tendências voltadas à sustentabilidade, eficiência energética e redução de custos operacionais.

À medida que os data centers se tornam mais críticos para a economia digital, o investimento em tecnologias de resfriamento inovadoras será fundamental para garantir escalabilidade, sustentabilidade e resiliência. O futuro aponta para soluções cada vez mais ecológicas, inteligentes e adaptáveis, com foco na redução do consumo energético e no aumento da eficiência térmica.

Chiller: um sistema de resfriamento ideal para data centers 

O sistema de resfriamento com chiller é uma solução robusta e eficiente para manter ambientes de data center seguros, estáveis e operacionais. Investir em um projeto de climatização adequado não é apenas uma questão técnica, mas estratégica, já que a performance térmica influencia diretamente na disponibilidade e no desempenho de toda a infraestrutura digital.