Envolventes para racks de IA con refrigeración líquida: cambios en la chapa metálica

Un sistema de refrigeración líquida puede alcanzar su objetivo térmico, pero aún así fallar en la sala de servidores. Los conectores traseros terminan ocultos detrás de una unidad de distribución de energía (PDU), un soporte de maneral se dobla durante el mantenimiento, o una bandeja de goteo impide la inspección de las conexiones.

Estos son problemas relacionados con el sistema de refrigeración, no con el propio refrigerante.Basándonos en nuestra experiencia en la fabricación, al revisar los documentos de solicitud de cotización (RFQ).Sin embargo, muchos requisitos térmicos bien definidos no consideran los detalles cruciales de la interfaz entre las láminas de metal. Un sistema de refrigeración líquida funcionalGabinete para servidores de inteligencia artificialComienza definiendo los límites de transferencia de calor y la secuencia de mantenimiento, y luego finaliza la selección de los espesores de las láminas.

1. Comience por la superficie de transferencia de calor

La idea original – utilizar placas frías, inmersión o pulverización – es útil desde un punto de vista práctico, pero no es suficiente para una solicitud de cotización (RFQ) para un envolvente. Cada método transfiere el calor a través de una barrera física diferente, y esa barrera determina qué debe soportar la chapa metálica.

Las placas de refrigeración suelen dejar una carga de aire residual.

El sistema de refrigeración "directo al chip" (D2C) consiste en colocar disipadores de calor en dispositivos específicos, como CPUs, GPUs o memoria. Un conjunto de tuberías distribuye el refrigerante a los circuitos del servidor a través de mangueras y conexiones rápidas.

Incluso con un sistema de refrigeración líquida, los componentes como los suministradores de energía, el almacenamiento, la red, los reguladores de voltaje y otros componentes que no forman parte del circuito de refrigeración, aún pueden depender del flujo de aire.

Solicite al proveedor del sistema de refrigeración la fracción de líquido que captura el calor y el requerimiento restante para el flujo de aire, según la carga de trabajo prevista. Sin estos dos datos, eliminar las puertas perforadas o reducir la capacidad del ventilador sería una conjetura.

Un intercambiador de puerta trasera convierte la refrigeración en una carga en movimiento.

Un intercambiador de calor en la parte trasera transfiere el calor residual del servidor a un líquido en el límite de la carcasa. El servidor sigue enfriándose por aire, pero la puerta trasera se convierte en un intercambiador de calor lleno de mangueras. El momento de la bisagra, la carga del pestillo, el balanceo de la puerta, el movimiento de las mangueras, el movimiento de servicio, el equipo de extracción y el riesgo de condensación ahora deben incluirse en las especificaciones mecánicas.

Los sistemas de inmersión y pulverización requieren una definición de envoltura diferente.

La inmersión coloca el hardware en un fluido aislante eléctricamente. Los sistemas de una fase mantienen el fluido en estado líquido; los sistemas de dos fases requieren además el control del ebullición, la condensación y el vapor. En cualquier caso, se trata de un sistema de tanque y manejo de fluidos, no de una estructura convencional con instalaciones adicionales.

Los sistemas de refrigeración por aspersión y otros sistemas de fluidos dirigidos pueden ser válidos, pero son más específicos de cada proveedor. La presión de la boquilla, el control de las gotas, la recuperación, el filtrado, el sellado y el procedimiento de mantenimiento deben definirse antes de diseñar la carcasa. No clasificaríamos "refrigeración por aspersión" como una categoría estándar por sí misma.

2. Transformar un circuito de placa fría en componentes de hardware utilizables.

Un colector de soporte no es un accesorio que se instala al final del proceso. Una vez que está instalado y conectado, el colector experimenta cargas estáticas, fuerzas de acoplamiento, tensión en las mangueras, fluctuaciones de presión, vibraciones durante el transporte y miles de acciones de mantenimiento a lo largo de la vida útil del sistema.

Proporcione al sistema una referencia, una rigidez y una vía de salida.

Las directrices de OCP requieren una placa o soporte de montaje en rack, una distribución uniforme del flujo, conexiones rápidas adecuadas, una salida de ventilación en el punto más alto y un desagüe en el punto más bajo. Para los soportes fabricados, un rango útil para el acero o el acero inoxidable formado de 2,0-3,0 mm es una buena opción. Esto es solo un punto de partida. La masa del colector, la fuerza del conector, la tolerancia de acoplamiento ciego, la vibración y la longitud del soporte determinan la sección final.

La compensación mediante ranuras puede absorber las variaciones en la fabricación de la estructura y las tuberías, pero no debe dejar que el ensamblaje se desplace libremente. Utilice un punto de referencia fijo en una dirección, un ajuste controlado en las demás, y un método de torque repetible. Si el servidor utiliza conectores QDs, las tolerancias generales de la estructura se superan por el margen de ajuste y alineación del proveedor del conector.

Proteja el manguera sin ocultar la conexión.

La parte trasera del rack se llena rápidamente. Un error común que observamos es asignar el manifold, la PDU vertical, el gestor de fibra, los cables de cobre y el refuerzo de la puerta a la misma esquina. Cada componente funciona individualmente, pero no se puede organizar de forma práctica para el técnico.

Modele el recorrido de acoplamiento del QD, el radio mínimo de curvatura del manguera, la dirección de extracción, el acceso a la herramienta de apriete y el mayor grupo de cables en el mismo ensamblaje CAD. Utilice protectores o bordes enrollados donde la manguera pueda contactar con el metal. Las restricciones deben evitar la abrasión y la carga lateral del conector sin apretar la manguera.

Utilice el recipiente de drenaje como un sistema de detección, no como una forma de ocultar.

Una bandeja de acero inoxidable tipo 304 de 1,0–1,5 mm es un punto de partida práctico para muchas estructuras. Los bordes formados aportan rigidez, y un diseño desmontable facilita la limpieza. Si la bandeja drena por gravedad, defina la pendiente, la salida y la condición de obstrucción. Un cable de detección de fugas debe colocarse en el lugar donde una pequeña abertura lo alcance sin ser aplastado por los componentes de instalación.

La bandeja no debe cubrir los puntos cuánticos, las bases de las válvulas, las etiquetas o los puntos de inspección. Además, debe haber una forma de retirar la bandeja una vez que se ha colocado en el soporte. Esto puede parecer obvio, pero es fácil olvidarlo cuando la bandeja se añade después de que se ha definido la disposición del soporte.

3. Consider el sistema de refrigeración por inmersión como un proyecto de tanque.

La refrigeración por inmersión modifica la configuración del sistema más que cualquier otra opción de refrigeración líquida. Se cambia la orientación del hardware, el fluido se convierte en parte del sistema operativo, y el mantenimiento rutinario puede requerir levantar un servidor mojado y colocarlo en un soporte diseñado para controlar el goteo.

La presión hidrostática es baja, pero el área de la superficie es grande.

En el fondo de un tanque, la presión estática del líquido sigue la fórmula p = ρgh. Como ejemplo de planificación, 0,7 m (27,6 pulgadas) de un fluido con una densidad de 800 kg/m³ producen aproximadamente 5,5 kPa (0,80 psi) en el fondo. Esto no parece ser un problema grave, pero puede afectar a grandes paneles de chapa metálica y provocar deformaciones visibles o distorsiones en las soldaduras.

El mismo ejemplo aclara el problema de la carga en el suelo: 800 litros de fluido a 0,8 kg/litro equivalen aproximadamente a 640 kg (1.411 libras) antes de tener en cuenta los servidores, el tanque, el intercambiador de calor, las bombas, la tapa y los accesorios de servicio. Las cargas de transporte y los casos relacionados con la sismicidad o el anclaje son, de nuevo, diferentes. Por lo tanto, el grosor de la pared del tanque no tiene un valor universal útil; la longitud sin soporte, la separación de los refuerzos, la geometría de las uniones, el tipo de material y el plan de verificación son los que lo determinan.

Diseñar la tapa y el sistema de servicio junto con el tanque.

La tapa debe tener una fuerza de apertura segura, un método de sujeción positiva y espacio para levantarla o utilizar el brazo de servicio seleccionado. Indique dónde se encuentra el servidor, cómo se drena y cómo se mueve después de ser retirado. Si la ruta de mantenimiento cruza un pasillo, incluya la envolvente del equipo y las reacciones en el suelo en el diseño, no solo la huella del tanque cerrado.

Las ubicaciones de la cubierta, el control de salpicaduras, el acceso a la filtración, los puntos de llenado y vaciado, y una forma de eliminar sedimentos deben estar claramente definidas. Una vista general limpia no es suficiente; el dibujo de la sección de servicio suele ser donde surgen los conflictos.

La selección de fluidos es una decisión que afecta tanto a los materiales como a la seguridad.

El líquido de inmersión no previene automáticamente la oxidación ni prolonga la vida útil de todos los componentes. Los recubrimientos de los cables, las etiquetas, los adhesivos, los elastómeros, los recubrimientos protectores, los plásticos, las máscaras de soldadura y los metales pueden reaccionar de manera diferente con el tiempo. Se requiere una lista de compatibilidad y evidencia de pruebas de envejecimiento para el hardware específico.

La norma UL 2417 evalúa propiedades como la temperatura de autoencendido, el punto de inflamación y la resistencia dieléctrica para los fluidos de refrigeración por inmersión. La norma UL 2416A se refiere a los armarios y gabinetes para refrigeración por inmersión. Antes de la fabricación del tanque, es necesario acordar el cumplimiento de la certificación, la revisión local de prevención de incendios, los datos de seguridad del fluido, la aislamiento eléctrico y los procedimientos de respuesta ante derrames.

4. Seleccionar materiales para las áreas alrededor de la vía de carga y la zona húmeda.

Una estructura interior seca no necesita ser de acero inoxidable desde la parte superior hasta la inferior. El acero laminado en frío según la norma ASTM A1008 es una opción práctica para marcos, rieles, puertas y paneles. Las láminas galvanizadas o galvannealizadas según la norma ASTM A653 pueden añadir protección contra la corrosión en áreas específicas. El acero inoxidable tipo 304 es adecuado para bandejas de goteo y soportes cercanos al agua, mientras que el aluminio 5052-H32 puede reducir el peso de las puertas o paneles cuando se manejan adecuadamente la rigidez y las uniones de diferentes metales.

Los rangos que se presentan a continuación son puntos de partida para la revisión de diseño de estanterías fabricadas a medida. No son dimensiones requeridas por la norma ASTM, IEC o OCP. La forma de la sección, la carga, la reacción de las guías, la longitud de los soportes, la separación de los elementos de fijación, los límites de conformado y las pruebas pueden variar.

Primero, asigne el presupuesto a las áreas clave del proyecto.

Cuando el presupuesto es limitado, reforzar cada panel suele ser el primer paso incorrecto. Esto añade material y peso, sin solucionar problemas como la alineación de las rieles, el movimiento del colector o las tensiones en las esquinas de la base. Refuerza las patas, los soportes de los rieles, los soportes del colector, las zonas de las ruedas o los anclajes, y las bisagras de la puerta. Las partes traseras y los dobladillos pueden mantener los paneles removibles ligeros y razonablemente rígidos.

El mismo principio se aplica a la corrosión. Un cuadro de acero al carbono recubierto con pintura, con partes de acero inoxidable en contacto con el agua, suele ser una configuración adecuada para interiores. La clave está en prestar especial atención a las uniones entre diferentes metales: aislar cuando sea necesario, mantener la continuidad de la unión, proteger los bordes cortados y asegurarse de que el drenaje no atraviese una capa de pintura dañada.

Libera el acabado utilizando el dibujo funcional.

Para uso en interioresrecubrimiento en polvo, de 60–100 μm (2.4–3.9 mil) es un rango común de espesor de película seca. Indique el pretratamiento, el color y la textura, el tiempo de curado, las zonas cosméticas, las características roscadas, las interfaces de los rieles, los puntos de conexión a tierra y cualquier recubrimiento o superficie de ajuste que esté protegido. Un exceso de recubrimiento en la abertura de una tuerca o en un hueco del riel es un defecto funcional, incluso si el color parece correcto.

El radio de curvatura debe ajustarse al material, la temperatura, el grosor, la dirección de la veta, las herramientas y la superficie visible. Un radio interior de entre 1,0 y 1,5 veces el grosor puede ser un punto de partida para muchos componentes de acero laminado en frío; sin embargo, no debe aplicarse de forma indiscriminada a aceros inoxidables y al aluminio 5052-H32 sin verificar la configuración real del freno.

5. Mantener la alimentación, la refrigeración y la recuperación de calor en interfaces separadas.

La refrigeración líquida afecta a los sistemas eléctricos y de instalaciones, pero no los convierte en un único sistema. Mantener las funciones separadas facilita la propiedad y la aceptación.

¿Cuál es el nombre del ecosistema de hardware antes del hardware de alimentación?

La norma IEC 60297 define la serie de armarios de 482,6 mm (19 pulgadas); una unidad de armario tiene 44,45 mm (1,750 pulgadas). OCP Open Rack utiliza una zona de equipos de 21 pulgadas y un OpenU de 48 mm, con Open Rack V3 construido alrededor de un ecosistema de 48 V CC. Existen adaptadores en algunas configuraciones, pero las interfaces de riel, alimentación y conductos no son intercambiables de forma predeterminada.

El enfriamiento por líquido no requiere corriente continua de alto voltaje. El proyecto puede utilizar una distribución de corriente alterna, una barra de conexión de 48 V, o otra arquitectura definida por la plataforma. Incluya en el dibujo del rack el conector, la barra de conexión o la PDU liberados, el límite de corriente de falla, la ruta del cable, los espacios libres, la conexión a tierra y el método de servicio. Evite hacer afirmaciones amplias sobre la eficiencia, a menos que provengan de la trayectoria de energía completa y medida.

Que el servidor declare la clase de temperatura del líquido.

Las clases de refrigeración líquida de ASHRAE son W17, W27, W32, W40, W45 y W+, donde el nombre de la clase indica el límite superior de temperatura de suministro. El servidor indica a qué clase pertenece. Sin embargo, el rack todavía necesita un sistema de refrigeración (TCS), incluyendo el flujo, la caída de presión, el refrigerante, el tipo de conexión y las condiciones del aire residual. A continuación, el CDU separa el TCS del sistema de agua de la instalación (FWS), incluyendo una temperatura de aproximación que debe incluirse en el diseño.

Considerar el uso de la energía térmica como un cálculo de carga equivalente.

El agua caliente de retorno puede mejorar la calidad de la energía recuperable. ASHRAE describe instalaciones que utilizan agua caliente a una temperatura de aproximadamente 40-45°C (104-113°F), pero esto no convierte a cada centro de datos refrigerado en una fuente de calor útil. Debe existir una carga de recepción al mismo tiempo, a una temperatura utilizable, y lo suficientemente cerca, de manera que las bombas, las tuberías, los intercambiadores de calor, los sistemas de control y la energía de las bombas de calor no anulen el valor.

Comience con un perfil anual de temperatura y carga, no solo con un número de retorno de agua. Documente el flujo mínimo y máximo, la temperatura de aproximación, la demanda estacional, la eliminación de calor de respaldo, la química del agua y quién opera el sistema de recepción.

Mantener el PUE (punto de control) dentro de los límites del sitio.

La norma ISO/IEC 30134-2:2026 define el PUE (Índice de Eficiencia Energética) como la energía total del centro de datos dividida por la energía del equipo de TI, dentro de los límites de medición y período especificados. La arquitectura de refrigeración puede mejorar o empeorar este resultado, pero un armario no puede garantizar un PUE específico para un sitio. Esta distinción elimina muchas comparaciones engañosas entre placas de refrigeración, tanques de inmersión y racks con refrigeración por aire.

6. Desarrolle el plan de control de calidad en función de las causas reales de fallo.

La geometría de la estructura y la integridad del circuito de refrigeración están relacionadas, pero no son la misma inspección. Un marco cuadrado no prueba que un conjunto de tuberías esté limpio y hermético. Un ensayo de presión superado no prueba que las guías estén alineadas o que se pueda retirar un servidor sin doblar una manguera.

Hacer que las comprobaciones mecánicas sean medibles.

Los valores indicados son objetivos de partida razonables para un estante a medida de altura completa, y no son requisitos universales. El dibujo debe especificar el punto de referencia, las condiciones de soporte, el método de medición, la temperatura, la configuración instalada y la regla de aprobación/rechazo.

Defina los límites del hardware de fluidos.

Una prueba de fugas en la producción puede utilizar la decaimiento de presión, el decaimiento al vacío, un gas de trazado u otro método acordado. Indique el medio de prueba, la presión, el tiempo de estabilización, el tiempo de mantenimiento, la tasa de decaimiento o fuga permitida, la compensación de temperatura, la configuración de los componentes y los controles de seguridad. No aplique una presión neumática genérica a servidores, QD, sensores o mangueras ensamblados, simplemente porque el marco de la estructura pueda soportarla.

El documento técnico de OCP sobre la calificación de los sistemas de tuberías y válvulas proporciona ejemplos útiles: se incluyen, por ejemplo, la presión máxima de sobrecarga mínima (3 veces la presión de trabajo máxima permitida) y una prueba de sobrecarga de presión de 5.000 ciclos. Estos no son ajustes preestablecidos de fábrica. Las clasificaciones de los componentes y las especificaciones del cliente siguen siendo los parámetros que rigen el programa real.

La misma guía requiere prestar atención a la sellado de superficies, incluyendo aquellas con una rugosidad de ≤ 1,6 μm (63 μin.) en ciertas aplicaciones de juntas tóricas, así como a la limpieza y pasivación posteriores a la soldadura, cuando sea necesario. Registrar la revisión del material en contacto, el estado de limpieza o lavado, el par de apriete de la conexión, la posición de las tapas, la continuidad del sensor y cualquier medida de conservación utilizada para el envío.

Verifique qué bienes realmente posee la fábrica de estanterías.

Si la fábrica solo suministra el chasis, los soportes del colector y la bandeja de goteo, su certificado no debe implicar que el circuito de refrigeración final ha sido probado y aprobado. Si la fábrica instala el colector y los QD (dispositivos de refrigeración), el informe debe incluir las revisiones de esas piezas y la prueba del fluido acordada. Un alcance claro es parte del control de calidad.

Un registro inicial útil para el primer artículo combina las dimensiones, el ajuste a las vías, la configuración de la carga, las lecturas de recubrimiento, las comprobaciones de unión, fotografías controladas y los resultados de los componentes de refrigeración. Además, registra lo que no se instaló. Este último detalle ahorra tiempo durante la puesta en marcha.

7. Elija la opción que mejor se adapte a las limitaciones del proyecto.

La pregunta clave no es si el enfriamiento líquido es más avanzado. La pregunta es si un servidor específico, una instalación, un equipo de mantenimiento y un presupuesto determinados pueden soportar todo el modelo de funcionamiento sin crear una configuración que sea inviable.

Escenario 1: Una renovación con presupuesto limitado, que incluye un margen de aire medido.

Si la sala existente puede proporcionar el flujo de aire necesario y disipar el calor a la carga deseada, mantenga el sistema actual y aborde primero los problemas más sencillos. Cierre las aberturas de desvío, verifique la caída de presión de las puertas, elimine cualquier obstrucción de cables, utilice paneles de relleno y ponga en marcha el número real de servidores. Reemplazar el chasis de metal no solucionará un problema de flujo de aire en la instalación.

Cuando solo se dispone de un pequeño grupo de servidores de CPU o GPU, la implementación de D2C podría ser un paso razonable, siempre y cuando la instalación pueda soportar un CDU, controles, calidad del agua y un plan de contingencia. La estructura general puede seguir siendo convencional, pero la zona de servicio posterior y la vía de aire residual aún necesitan ser adaptadas.

Escenario 2: una actualización con un límite de enfriamiento de la habitación estrictamente definido.

D2C y un intercambiador de calor en la parte trasera de la unidad resuelven diferentes problemas. D2C elimina el calor de dispositivos específicos y añade conductos y QD (dispositivos de transferencia de calor). Una unidad en la parte trasera mantiene la trayectoria del aire del servidor, pero transfiere el calor a un líquido dentro de la unidad. La disponibilidad, el espacio necesario, la facilidad de manejo de la puerta, la ruta de las tuberías, el riesgo de condensación y la familiaridad del equipo de mantenimiento suelen ser factores decisivos.

Para el presupuesto de la estructura, una estructura de acero recubierto con componentes de acero inoxidable en contacto con el agua suele ser la mejor opción para garantizar la durabilidad y la funcionalidad. Es importante priorizar la adaptación, el acceso, la detección de fugas, la puesta en marcha y una delimitación clara de las pruebas. Una estructura completamente de acero inoxidable puede ser más costosa, pero sin reducir los principales riesgos del proyecto.

Escenario 3: un nuevo nodo de IA de alta densidad

Primero, defina los límites de transferencia de calor del servidor: captura de líquidos, aire residual, refrigerante, clasificación de temperatura, flujo, caída de presión y respuesta ante fallos. A continuación, defina la trayectoria de disipación de calor de la CDU y las instalaciones. Luego, seleccione el ecosistema de racks de 19 pulgadas o OCP y libere el mapa de carga, la alimentación, las conexiones, los cables, los servicios, el envío y las interfaces de control de calidad como un paquete controlado.

La implementación puede adaptarse a una plataforma diseñada específicamente para el servicio de tanques, el manejo de fluidos, los dispositivos de elevación y un diseño de planta diferente. El modelo D2C mantiene un enfoque más tradicional en el mantenimiento de equipos. Sin embargo, la densidad por sí sola no determina la mejor opción; es necesario comparar la compatibilidad del hardware, el tiempo de servicio, la gestión de fluidos, la carga en el suelo, la revisión de seguridad, la cadena de suministro y el costo a lo largo del ciclo de vida.

8. Utilice la especificación de la envoltura como documento de referencia para la toma de decisiones.

Una carcasa para racks de IA con refrigeración líquida está lista para la fabricación cuando se hayan acordado los límites de refrigeración, el ecosistema del rack, el mapa de la carga útil, el entorno de servicio, los materiales, las interfaces de alimentación y refrigerante, y las pruebas de aceptación. Este es un hito mucho más útil que simplemente indicar que una carcasa está "lista para la refrigeración líquida".

La especificación final debe indicar qué cantidad de calor permanece en el aire, qué se convierte en líquido, dónde se encuentran cada uno de los componentes, quién es el propietario y cómo se verificará el sistema ensamblado. Una vez que se hayan tomado estas decisiones, las decisiones sobre el diseño en chapa de acero se vuelven sencillas, y las futuras actualizaciones de los servidores tendrán una base técnica en lugar de una serie de suposiciones.

Puntos clave

• Nunca comience el diseño de estructuras metálicas basándose únicamente en etiquetas de alto nivel, como "estantería refrigerada por líquido". Primero, defina su límite de transferencia de calor (placa fría D2C, intercambiador de la puerta trasera o tanque de inmersión).
• Las cargas de enfriamiento residuales a menudo persisten incluso con hardware de IT refrigerado por líquido; obtenga datos de rendimiento oficiales del proveedor del servidor antes de modificar el hardware de flujo de aire de la carcasa.
• Los conjuntos de conductos, la geometría de las bandejas de goteo y el espacio de acceso para el mantenimiento deben tener en cuenta el alcance real de los técnicos, el recorrido de las herramientas y las limitaciones de las curvas de las mangueras, no solo la adaptación CAD de los componentes individuales.
• El enfriamiento por inmersión crea requisitos de presión, carga en el suelo, sellado y compatibilidad con fluidos similares a los de un tanque, que difieren significativamente de las normas de diseño convencionales para servidores en racks.
• Optimice la selección de materiales separando las estructuras principales de soporte de cargas de las zonas cercanas a la humedad; la construcción completa en acero inoxidable rara vez es necesaria para estanterías interiores completas.
• La inspección dimensional mecánica y las pruebas de fugas en el circuito de refrigerante son procesos de control de calidad independientes; el éxito en una prueba no sustituye a la otra.
• Asigne claramente la responsabilidad de cada interfaz (mecánica, refrigeración, eléctrica, instalaciones) a un proveedor específico, para evitar sorpresas en las etapas finales del proyecto.

Si está finalizando los planos o los requisitos de solicitud de cotización para carcasas de servidores con refrigeración líquida personalizadas, nuestro equipo de ingeniería puede revisar sus especificaciones de chapa metálica para identificar posibles problemas en la fabricación.Póngase en contacto con nosotros para discutir su proyecto..