Reduza a energia de resfriamento do data center em 80% com válvulas solenóides Kick &Drop

Greg Wainhouse, Gerente Regional de Desenvolvimento de Negócios – Água Industrial, Norte da Europa

Nos data centers de alta densidade atuais, o resfriamento líquido direto no chip é essencial para gerenciar o calor dos processadores de alto desempenho, das cargas de trabalho de IA e da infraestrutura em nuvem. No centro desses sistemas estão válvulas solenóides de ação rápida que proporcionam controle de fluxo preciso, evitando o superaquecimento do servidor e mantendo o tempo de atividade ininterrupto.

Embora vital, a energização contínua das válvulas solenoides acrescenta uma demanda de energia e custos operacionais significativos. Em milhares de servidores que funcionam 24 horas por dia, 7 dias por semana, mesmo pequenos ganhos na eficiência da válvula podem gerar economias substanciais e melhorar a sustentabilidade.

A tecnologia Kick &Drop coil aborda esse desafio. Ao utilizar um “kick” de alta potência para acionar a válvula e uma fase de “queda” de baixa energia para mantê-la na posição, o sistema pode reduzir o consumo de energia da válvula em até 80%, ajudando os operadores a atingir metas de eficiência e reduzir as pegadas de carbono.

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Greg Wainhouse explica:

A crescente importância do resfriamento eficiente de data centers

O gerenciamento térmico eficaz é a espinha dorsal das operações confiáveis do data center. Sem um resfriamento preciso, os servidores podem superaquecer, degradando o desempenho, reduzindo a vida útil do equipamento e aumentando o risco de inatividade.

O resfriamento direto no chip tornou-se o método preferido para muitas instalações modernas. Nesta abordagem, o calor gerado pelos microchips do servidor é transferido diretamente para placas frias montadas em cada processador. Uma mistura de água e glicol circula por essas placas, removendo o calor por convecção forçada.

O refrigerante aquecido flui então através de um coletor para um resfriador ou trocador de calor, onde é resfriado antes de retornar às placas frias para o próximo ciclo.

Manter o fluxo adequado do líquido refrigerante é fundamental. As válvulas solenóides são preferidas porque fornecem a resposta rápida necessária para atender às demandas em constante mudança das CPUs, que podem passar da inatividade à carga total em milissegundos. Seu controle elétrico permite respostas automáticas aos sinais do sensor de temperatura e seu design compacto cabe no espaço confinado dos manifolds de placa fria.
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Compreendendo o desafio energético

Em um servidor corporativo típico, pode haver uma ou duas CPUs por placa-mãe e até oito GPUs, cada uma exigindo resfriamento dedicado. Sistemas mais avançados podem conter dezenas de processadores, cada um com sua própria placa fria e arranjo de válvulas.

Quando multiplicado por centenas de servidores num rack e milhares numa instalação, o número de válvulas torna-se substancial, tornando o seu consumo de energia um fator chave nas despesas operacionais e no desempenho de sustentabilidade.

As válvulas solenóides tradicionais usam uma única bobina que gera um campo magnético contínuo, movendo a válvula para a posição e mantendo-a nessa posição. Para manter a posição, a válvula deve contrariar continuamente a mola de retorno e a pressão do fluido, mantendo-a energizada 24 horas por dia.
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Como funciona a tecnologia Kick &Drop

A tecnologia Kick &Drop da Bürkert elimina essa ineficiência com um design de bobina mais inteligente que pode reduzir a demanda de energia em até 80% por válvula.

O sistema utiliza dois enrolamentos de bobina encapsulados em uma única bobina de epóxi, alimentados em série. Em vez de potência constante, ele fornece um “impulso” de alta tensão para mover rapidamente a válvula para a posição – a fase de atuação. Isso ocorre em aproximadamente 500 ms, rápido o suficiente para acompanhar as rápidas mudanças de temperatura.

Uma vez posicionado, o segundo enrolamento inicia a fase de “queda”, mantendo o êmbolo com uma tensão significativamente mais baixa e muito menos energia. O enrolamento de partida superexcitado gera uma potência de partida muito alta, usando cerca de 85% da energia para mover o êmbolo rapidamente e apenas cerca de 15% para manter a válvula aberta.

Esta sobreexcitação também proporciona até 200% mais potência de ativação do que os projetos convencionais, permitindo pressões operacionais mais altas.

Para data centers que funcionam continuamente, as economias cumulativas são substanciais. Em grandes instalações com centenas ou milhares de válvulas, a redução do consumo de energia em até 80% pode reduzir significativamente os custos operacionais e as emissões de carbono.

A Bürkert oferece uma calculadora Kick &Drop Energy e CO₂ para estimar a economia de energia e o potencial de redução de carbono.
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Maior durabilidade e desempenho térmico

Além da economia de energia, a tecnologia Kick &Drop aumenta a durabilidade – um fator crítico no resfriamento de missão crítica.

A menor demanda de energia reduz a geração de calor, melhorando o gerenciamento térmico em todo o conjunto da válvula. O aquecimento do meio é limitado e a temperatura máxima atingível é limitada a 55°C, mitigando os riscos de calcificação em sistemas que utilizam água purificada.

As temperaturas operacionais reduzidas também diminuem o estresse térmico nos principais componentes, prolongando a vida útil, reduzindo a manutenção e minimizando falhas relacionadas ao superaquecimento.

Comparando Kick &Drop com controle proporcional

A modulação por largura de pulso (PWM) é um método alternativo que liga e desliga válvulas solenóides para controlar a corrente média. Embora o PWM possa reduzir o consumo de energia em relação às válvulas continuamente energizadas, ele introduz hardware adicional, complexidade, vibração e ruído audível – fatores que podem comprometer a confiabilidade e o conforto no local de trabalho a longo prazo.

Em contraste, o Kick &Drop mantém a simplicidade e a robustez, proporcionando uma resposta rápida sem as desvantagens da troca rápida.

Soluções múltiplas integradas para resfriamento direto no chip

As válvulas são apenas parte do quadro de refrigeração. A integração múltipla impacta significativamente o desempenho.

A equipe de engenharia da Bürkert projeta manifolds sob medida que se integram diretamente às placas frias e à infraestrutura de resfriamento, oferecendo um tamanho compacto e ajuste preciso. As soluções integradas simplificam o desenvolvimento de produtos, reduzem a complexidade do projeto e aceleram a implantação ao trabalhar com um único fornecedor de válvulas e manifolds.

Apoiando o futuro dos data centers de alto desempenho

O mercado global de centros de dados está a expandir-se rapidamente, impulsionado pela IA, pela computação em nuvem, pela HPC e pela crescente procura digital. À medida que a densidade do processador aumenta e as cargas de trabalho se tornam mais exigentes, o gerenciamento térmico eficiente torna-se cada vez mais crítico.

O resfriamento direto no chip desempenhará um papel central no atendimento dessas necessidades, fornecendo a remoção precisa de calor necessária para a infraestrutura da próxima geração. A tecnologia de válvula solenóide continua essencial, proporcionando controle de fluxo rápido e automatizado que protege processadores de alto valor contra rápidas flutuações de carga.

As operadoras enfrentam uma pressão crescente para reduzir o uso de energia e cumprir as metas de sustentabilidade. Aumentar a eficiência de cada componente do circuito de refrigeração é, portanto, fundamental. A tecnologia Kick &Drop oferece a velocidade, o baixo consumo de energia e a durabilidade necessários para operações de data center confiáveis e ambientalmente responsáveis.

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