La refrigeración líquida es un método avanzado de disipación de calor que utiliza líquido como medio para transferir calor lejos de los componentes electrónicos o sistemas mecánicos. En comparación con la refrigeración por aire tradicional, la refrigeración líquida puede eliminar el calor de manera más eficiente, lo que la convierte en una solución preferida en informática de alto rendimiento, centros de datos, vehículos eléctricos y equipos industriales. La refrigeración líquida generalmente se puede dividir en refrigeración directa y refrigeración indirecta, siendo la refrigeración por inmersión y la refrigeración por placa fría las principales tecnologías dentro de estas categorías.
El enfriamiento por inmersión implica sumergir los componentes que generan calor directamente en un líquido refrigerante, por donde circula el líquido para eliminar el calor producido por dispositivos como servidores. Este es un método típico de enfriamiento por líquido de contacto directo. Dado que la fuente de calor está en contacto directo con el líquido refrigerante, este sistema ofrece una mayor eficiencia térmica y un menor nivel de ruido. Los sistemas de enfriamiento por inmersión suelen dividirse en dos ciclos: el ciclo interior y el ciclo exterior.
En el ciclo interior, el líquido refrigerante intercambia calor con los componentes generadores de calor dentro de una cámara sellada. A medida que el líquido absorbe el calor, se calienta y se vaporiza. El líquido vaporizado luego pasa a un módulo de intercambio de calor (CDM), donde se condensa a medida que intercambia calor con el agua más fría del lado exterior. El líquido condensado se enfría y se recircula en la cámara para repetir el proceso. En los sistemas de refrigeración por inmersión de dos fases, el líquido experimenta un cambio de fase para transferir el calor de manera eficiente.
En el ciclo exterior, el agua que ha absorbido el calor del líquido refrigerante se bombea a una torre de refrigeración externa, donde libera calor a la atmósfera y vuelve a una temperatura más baja antes de volver a bombearse al CDM para otra ronda de intercambio de calor. En este ciclo, la transferencia de calor se logra principalmente a través de cambios en la temperatura del agua.
Los sistemas de enfriamiento por inmersión se pueden dividir en sistemas bifásicos y monofásicos, cada uno con características únicas.
Refrigeración líquida bifásica: En los sistemas de dos fases, el líquido refrigerante cambia de líquido a vapor y viceversa durante el proceso de enfriamiento. Este método es muy eficiente, pero también más complejo de manejar. La presión cambia durante las transiciones de fase, lo que requiere contenedores duraderos, y el líquido es más susceptible a la contaminación.
Refrigeración líquida monofásica: En los sistemas monofásicos, el líquido permanece en el mismo estado durante todo el proceso de enfriamiento. El líquido tiene un punto de ebullición alto para evitar pérdidas por evaporación, lo que facilita su control, pero la eficiencia de enfriamiento es generalmente menor que en los sistemas bifásicos.
El enfriamiento por placa fría implica la colocación de placas de enfriamiento líquido en los principales componentes generadores de calor de un servidor. El líquido circula a través de las placas, absorbiendo el calor de estos componentes y disipándolo. Si bien el enfriamiento por placa fría maneja de manera efectiva los componentes que generan altas temperaturas, otras partes del servidor aún pueden requerir enfriamiento por aire, lo que da lugar a sistemas híbridos conocidos como servidores de doble canal. El líquido en los sistemas de placa fría no entra en contacto directo con los componentes, sino que transfiere el calor a través de una placa térmica, lo que ofrece alta seguridad y confiabilidad.
Los sistemas de refrigeración por aspersión almacenan refrigerante en la parte superior del chasis y luego lo rocían directamente sobre los componentes que generan calor. El líquido entra en contacto directo con los componentes, lo que proporciona una refrigeración eficiente. Sin embargo, cuando el líquido toca superficies calientes, parte de él se evapora, lo que puede provocar que el vapor se escape a través de los huecos del chasis, lo que podría afectar la limpieza del entorno o de otros equipos.
En los sistemas de refrigeración líquida se utilizan varios tipos de refrigerantes, cada uno con sus propias propiedades y aplicaciones:
Agua : El refrigerante más básico y económico. Si bien el agua tiene una alta conductividad térmica, no es un aislante y puede causar daños graves si se producen fugas.
Aceite mineral: Un líquido no tóxico y no volátil que se utiliza a menudo en sistemas de refrigeración monofásicos. Tiene una alta viscosidad, lo que puede dejar residuos, y aunque tiene un punto de inflamación alto, puede suponer un riesgo de incendio en determinadas condiciones.
Líquido electrónico fluorado: Este líquido, conocido por no ser conductor ni inflamable, se utiliza ampliamente en los centros de datos. Es muy eficaz, pero caro.
Fluido térmico serie BO: Este fluido especializado no es tóxico, no es conductor, tiene un punto de ebullición alto y es resistente a la corrosión. Previene la oxidación y la contaminación, lo que ayuda a prolongar la vida útil de los componentes electrónicos.
La refrigeración líquida, con sus capacidades superiores de gestión térmica y su funcionamiento más silencioso, se está convirtiendo en la solución preferida para la electrónica de alto rendimiento, en particular en centros de datos, vehículos eléctricos y entornos industriales. Aunque el coste y la complejidad son mayores, los beneficios a largo plazo de una mayor eficiencia de refrigeración y fiabilidad del sistema hacen que valga la pena invertir en ella.
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