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Especificações de água para o circuito de resfriamento secundário

É de crucial importância que a água fornecida ao trocador de calor atenda aos requisitos listados neste tópico. Atenda aos requisitos antes de configurar o sistema de resfriamento líquido.

Importante

Se a água que está sendo fornecida ao trocador de calor não atender aos requisitos descritos neste tópico, poderão ocorrer falhas no sistema como resultado de qualquer um dos seguintes problemas:

  • Vazamentos devido à corrosão e perfuração dos componentes metálicos do trocador de calor ou do sistema de abastecimento de água.
  • Acúmulo de depósitos de calcário dentro do trocador de calor, o que pode causar os seguintes problemas:
    • Uma redução da capacidade do trocador de calor de resfriar o ar que é liberado do rack
    • Falha de equipamento mecânico, como um acoplamento de conexão rápida de mangueira
  • Contaminação orgânica, como bactérias, fungos ou algas. Essa contaminação pode causar os mesmos problemas descritos para depósitos de calcário.

Controle e condicionamento do circuito de resfriamento secundário​

A água usada para encher, reabastecer e abastecer o trocador de calor deve ser água deionizada sem partículas ou água destilada sem partículas, com controles apropriados para evitar os seguintes problemas:

  • Corrosão de metais
  • Incrustação bacteriana
  • Dimensionamento
A água não pode vir do sistema primário de água gelada do edifício, mas deve ser fornecida como parte de um sistema secundário de circuito fechado.
Importante
Não use soluções de glicol, porque elas podem afetar negativamente o desempenho de resfriamento do trocador de calor.

Materiais para usar em circuitos secundários​

Use qualquer um dos seguintes materiais em linhas de abastecimento, conectores, coletores, bombas e qualquer outro hardware que componha o sistema de abastecimento de água de circuito fechado:

  • Cobre
  • Latão com menos de 30% de teor de zinco
  • Aço inox 303 ou 316
  • Borracha de etilenopropileno dieno monômero (EPDM) curada por peróxido, material não-óxido de metal

Materiais a serem evitados em circuitos secundários​

Não utilize nenhum dos seguintes materiais em nenhuma parte do sistema de abastecimento de água:

  • Biocidas oxidantes, como cloro, bromo e dióxido de cloro
  • Alumínio
  • Latão com mais de 30% de zinco
  • Metais de ferro (aço não inoxidável)

Requisitos de abastecimento de água para os circuitos secundários​

Esta seção inclui características específicas do sistema que fornece a água condicionada resfriada ao trocador de calor.

  • Temperatura:

    O trocador de calor e sua mangueira de abastecimento e mangueira de retorno não são isolados termicamente. Evite qualquer condição que possa causar condensação. A temperatura da água no interior da mangueira de abastecimento, da mangueira de retorno e do trocador de calor deve ser mantida acima do ponto de orvalho do local onde o trocador de calor está sendo utilizado.

    Atenção
    A água gelada primária típica é geralmente muito fria para essa aplicação, pois a temperatura da água no edifício pode variar entre 4 °C a 6 °C (39 °F a 43 °F).
    Importante
    O sistema que fornece a água de resfriamento deve ser capaz de medir o ponto de orvalho da sala e ajustar automaticamente a temperatura da água adequadamente. Caso contrário, a temperatura da água deverá estar acima do ponto máximo de orvalho para a instalação do data center. Por exemplo, a seguinte temperatura mínima da água deve ser mantida:
    • 18 °C ±1 °C (64,4 °F ±1,8 °F). Isso é aplicável dentro de uma especificação ambiental ASHRAE Classe 1 que requer um ponto de orvalho máximo de 17 °C (62,6 °F).
    • 22 °C ±1 °C (71,6 °F ±1,8 °F). Isso é aplicável dentro de uma especificação ambiental ASHRAE Classe 2 que requer um ponto de orvalho máximo de 21 °C (69,8 °F).

    Consulte o documento da ASHRAE Diretrizes térmicas para ambientes de processamento de dados. Informações sobre como obter este documento estão em https://www.techstreet.com/ashrae/products/1909403.

  • Pressão

    A pressão da água no circuito secundário deve ser inferior a 690 kPa (100 psi). A pressão normal de operação no trocador de calor deve ser de 414 kPa (60 psi) ou menos.

  • Vazão

    A vazão da água no sistema deve estar na faixa de 23–57 litros (6–15 galões) por minuto. A queda de pressão versus vazão para trocadores de calor (incluindo acoplamentos de conexão rápida) é definida como aproximadamente 103 kPa (15 psi) a 57 litros (15 galões) por minuto.

  • Limites de volume de água

    O trocador de calor comporta aproximadamente 9 litros (2,4 galões). Quinze metros (50 pés) de mangueiras de abastecimento e retorno de 19 mm (0,75 pol.) comportam aproximadamente 9,4 litros (2,5 galões). Para minimizar a exposição a inundações em caso de vazamentos, todo o sistema de resfriamento do produto (trocador de calor, mangueira de abastecimento e mangueira de retorno), excluindo qualquer tanque reservatório, deve ter no máximo 18,4 litros (4,8 galões) de água. Esta é uma declaração de advertência, não um requisito funcional. Considere também o uso de métodos de detecção de vazamento no circuito secundário que fornece água ao trocador de calor.

  • Exposição ao ar

    O circuito de resfriamento secundário é um circuito fechado, sem exposição contínua ao ar ambiente. Depois de preencher o circuito, remova todo o ar do circuito. Uma válvula de drenagem de ar é fornecida na parte superior de um coletor de trocador de calor para purgar todo o ar do sistema.

Especificações de fornecimento de água para circuitos secundários​

Esta seção inclui os vários componentes de hardware que compõem o circuito secundário do sistema de entrega que fornece a água gelada e condicionada ao trocador de calor. O sistema de entrega inclui tubulações, mangueiras e os conectores necessários para conectar as mangueiras ao trocador de calor. O gerenciamento de mangueiras em ambientes de piso elevado e piso não elevado também é descrito.

O trocador de calor pode remover 100% ou mais da carga de calor de um rack individual quando ele está funcionando em condições ideais.

O circuito de resfriamento primário é considerado a fonte de água gelada do edifício ou uma unidade de resfriamento modular. O circuito primário não deve ser usado como fonte direta de líquido de resfriamento para o trocador de calor.

O principal objetivo deste tópico é fornecer exemplos de métodos típicos de configuração do circuito secundário e características operacionais que são necessárias para fornecer um suprimento adequado e seguro de água para o trocador de calor.

Atenção
O dispositivo de segurança contra sobrepressão deve satisfazer os seguintes requisitos:
  • Cumprir a ISO 4126-1 (Informações sobre como obter este documento estão em https://webstore.ansi.org/Standards/ISO/ISO41262013. Pesquise no número do documento iso 4126-1.)
  • Ser instalado para que seja de fácil acesso para inspeção, manutenção e reparo.
  • Ser conectado o mais próximo possível do dispositivo que se destina a proteger.
  • Ser ajustável apenas com o uso de uma ferramenta.
  • Tenha uma abertura de descarga que seja direcionada para que a água ou fluido descarregado não represente um perigo nem seja direcionado para qualquer pessoa.
  • Ter capacidade de descarga adequada para garantir que a pressão máxima de trabalho não seja excedida.
  • Ser instalado sem uma válvula de bloqueio entre o dispositivo de segurança de sobrepressão e o dispositivo protegido.
As figuras a seguir mostram soluções de resfriamento típicas com a maior flexibilidade possível. Considere as diretrizes a seguir antes de planejar sua solução.
  • É necessário um método para monitorar e definir a taxa de fluxo total entregue a todos os trocadores de calor. Pode ser um medidor de vazão discreto embutido no circuito de fluxo ou um medidor de vazão dentro do circuito secundário da unidade de distribuição de refrigerante (CDU).
  • Depois de definir a taxa de fluxo total para todos os trocadores de calor usando um medidor de vazão conforme descrito anteriormente, é importante projetar o encanamento para que ele forneça a taxa de fluxo desejada para cada trocador de calor e forneça uma maneira de verificar a taxa de fluxo. A Figura 5 na página 16 à Figura 8 na página 19 ilustram o uso de ajustadores de circuito para ajustar a vazão para cada trocador de calor. Outros métodos, como medidores de vazão em linha ou externos, podem fornecer um método mais preciso para ajustar a vazão através das válvulas de desligamento individuais.
  • Projete a malha de fluxo para minimizar a queda total de pressão dentro dela. O recurso opcional de conexão rápida de baixa impedância (mostrado na Figura 5, na página 16, até a Figura 8, na página 19) não pode ser os acoplamentos Eaton de conexão rápida usados no trocador de calor devido à queda de pressão excessiva associada ao fluxo através de quatro pares de conexão rápida em série. Devem ser conexões rápidas de impedância de fluxo muito baixa, perto de 0. Alternativamente, essas conexões rápidas podem ser eliminadas e substituídas por uma conexão de farpa de mangueira.
Veja a seguir alguns exemplos das soluções mais comuns.

  • Circuitos de resfriamento primário e secundário

    Figura 1. Circuitos de resfriamento primário e secundário

    Esta figura mostra uma solução de resfriamento típica e identifica os componentes do circuito de resfriamento primário e do circuito de resfriamento secundário.

  • Unidade de distribuição de refrigerante com uma solução de instalações personalizadas

    Figura 2. Unidade de distribuição de refrigerante com uma solução de instalações personalizadas

    Esta figura mostra um exemplo de uma solução de instalações personalizadas. O número real de trocadores de calor conectados a um circuito secundário depende da capacidade da unidade de distribuição de refrigerante que está executando o circuito secundário.

  • Unidade de distribuição de refrigerante com soluções de fornecedor prontas para uso

    Figura 3. Unidade de distribuição de refrigerante que usa soluções de fornecedor prontas para uso

    Nota
    Recursos sugeridos para a unidade de distribuição de refrigerante (CDU) desenvolvida pelo fornecedor:
    • Medição de temperatura e vazão (monitoramento)
    • Detecção de vazamento ou detecção de nível de água e encerramento
    • Monitoramento e controle local e remoto
    • Porta de acesso para enchimento e tratamento de água

    Esta figura mostra um exemplo de uma unidade de distribuição modular de refrigerante pronta para uso. O número real de trocadores de calor conectados a um circuito secundário depende da capacidade da unidade de distribuição de refrigerante que está executando o circuito secundário

  • Unidade de distribuição de refrigerante com uma unidade de resfriamento de água para fornecer água condicionada

    Figura 4. Unidade de distribuição de refrigerante que usa soluções de fornecedor prontas para uso

    Nota
    Características necessárias da unidade de resfriamento de água desenvolvida pelo fornecedor:
    • Medição de temperatura e vazão (monitoramento)
    • Detecção de vazamento ou detecção de nível de água e encerramento
    • Monitoramento e controle local e remoto
    • Porta de acesso para enchimento e tratamento de água

    Esta figura mostra um exemplo de uma unidade de resfriamento de água que fornece água condicionada para um ou mais trocadores de calor. Este deve ser um sistema fechado (sem exposição da água ao ar) e atender a todos os materiais, qualidade da água, tratamento de água e especificações de temperatura e vazão definidas neste documento. Uma unidade de resfriamento de água é considerada uma alternativa aceitável para uso como uma fonte de água gelada de edifício para remover o calor de um Rear Door Heat eXchanger.

Coletores e tubulações​

Os coletores que aceitam tubos de alimentação de grande diâmetro de uma unidade de bomba são o método preferido para dividir o fluxo de água em tubos ou mangueiras de diâmetro menor que são encaminhados para trocadores de calor individuais. Os coletores devem ser construídos com materiais compatíveis com a unidade de bomba e a tubulação relacionada. Os coletores devem fornecer pontos de conexão suficientes para permitir a conexão de um número correspondente de linhas de alimentação e retorno, e os coletores devem corresponder à classificação de capacidade das bombas e do trocador de calor de circuito (entre o circuito de resfriamento secundário e a fonte de água gelada do edifício). Fixe ou restrinja todos os coletores para fornecer o suporte necessário para evitar movimento quando acoplamentos de conexão rápida estiverem conectados aos coletores.

Exemplo de tamanhos de tubos de alimentação do coletor

  • Use um tubo de alimentação de 50,8 mm (2 pol.) ou maior para fornecer o fluxo correto para três mangueiras de alimentação de 19 mm (0,75 pol.), com uma unidade de distribuição de refrigerante (CDU) de 100 kW.
  • Use um tubo de alimentação de 63,5 mm (2,50 pol.) ou maior para fornecer o fluxo correto para quatro mangueiras de alimentação de 19 mm (0,75 pol.), com uma CDU de 120 kW.
  • Use um tubo de alimentação de 88,9 mm (3,50 pol.) ou maior para fornecer o fluxo correto para nove mangueiras de alimentação de 19 mm (0,75 pol.), com uma CDU de 300 kW.

Para interromper o fluxo de água em trechos individuais de vários circuitos de loop, instale válvulas de desligamento para cada linha de alimentação e retorno. Isso fornece uma maneira de fazer a manutenção ou substituir um trocador de calor individual sem afetar a operação de outros trocadores de calor no circuito.

Para garantir que as especificações de água estejam sendo atendidas e que a remoção de calor ideal esteja ocorrendo, use medição de temperatura e vazão (monitoramento) em circuitos secundários.

Fixe ou restrinja todos os coletores e canos para fornecer o suporte necessário e evitar movimento quando acoplamentos de conexão rápida estiverem conectados aos coletores.

A figura a seguir mostra outro layout para vários circuitos de água.
Figura 5. Coletor central típico (em um local central para vários circuitos de água)

A figura a seguir mostra um layout de coletor estendido.
Figura 6. Coletor estendido típico (ao longo dos corredores entre os racks)

Mangueiras flexíveis e conexões para coletores e trocadores de calor​

As configurações de tubulação e mangueira podem variar. Você pode determinar a melhor configuração para sua instalação analisando as necessidades de suas edificações ou um representante de preparação do local pode fornecer essa análise.

Mangueiras flexíveis são necessárias para fornecer e devolver água entre o encanamento rígido (coletores e unidades de distribuição de refrigerante) e o trocador de calor (permitindo o movimento necessário para abrir e fechar a porta traseira do rack).

Estão disponíveis mangueiras que fornecem água com características aceitáveis de queda de pressão e que ajudam a evitar o esgotamento de alguns inibidores de corrosão. Essas mangueiras devem ser feitas de borracha de monômero de etilenopropileno dieno (EPDM) curada por peróxido, material de óxido não metálico e devem ter válvula de esfera de conector rápido do tipo autoacoplamento Eaton em uma extremidade conectada ao trocador de calor, e devem ter um acoplamento de conexão rápida de baixa impedância ou nenhum dispositivo para que se prenda a uma conexão de encaixe na outra extremidade. As válvulas esféricas Eaton descritas neste tópico são compatíveis com os acoplamentos do trocador de calor. Comprimentos de mangueira de 3 a 15 metros (10 a 50 pés), em incrementos de 3 metros (10 pés), estão disponíveis. Mangueiras com mais de 15 metros (50 pés) podem criar uma perda de pressão inaceitável no circuito secundário e reduzir o fluxo de água, reduzindo as capacidades de remoção de calor do trocador de calor.

Use acoplamentos de conexão rápida para conectar as mangueiras aos trocadores de calor. Os acoplamentos de mangueira que se conectam ao trocador de calor devem ter as seguintes características:

  • Os acoplamentos devem ser construídos em aço inoxidável 303 e o tamanho é de 25 mm (1 pol.).
  • As mangueiras devem ter o número de peça Eaton FD83-2046-16-16, ou equivalente.
  • Se for usado um acoplamento de conexão rápida de baixa impedância na extremidade oposta (coletor) da mangueira, use mecanismos de travamento positivos para evitar perda de água quando as mangueiras forem desconectadas. As conexões devem minimizar o derramamento de água e a inclusão de ar no sistema quando são desconectadas.