Descubra cómo los conectores de desconexión rápida garantizan la fiabilidad de los sistemas de refrigeración líquida en los centros de datos de IA

La implementación de la inteligencia artificial (IA) está aumentando la demanda de centros de datos de alto rendimiento y de infraestructuras informáticas avanzadas. Estos sistemas generan un calor considerable y los diseñadores consideran que la refrigeración tradicional por convección y aire forzado es cada vez más inadecuada para satisfacer sus requisitos de gestión térmica. Para los centros de cálculo de nueva generación, los diseñadores están recurriendo a la refrigeración líquida por su gran eficacia en la disipación del calor. El reto para los diseñadores es que los sistemas informáticos deben escalarse, modificarse, mantenerse y sustituirse sin desmontar el sistema de refrigeración.

Parte de la solución reside en los conectores de refrigeración líquida que pueden conectarse o desconectarse rápidamente, lo que permite una refrigeración eficaz sin sacrificar la flexibilidad de mantenimiento ni la capacidad de ampliación modular. Dichos conectores tienen que ser compactos, fiables, resistentes a la corrosión, sin fugas y fáciles de usar, con una gran durabilidad en los ciclos de acoplamiento.

Este artículo ofrece una breve visión general de los retos a los que se enfrentan los diseñadores de sistemas de refrigeración de infraestructuras de IA. A continuación, presenta los conectores de desconexión rápida (QD) para refrigeración líquida de Amphenol y muestra cómo seleccionarlos y aplicarlos para hacer frente a estos retos.

Desconexiones rápidas

La refrigeración líquida para electrónica, en su forma más básica, utiliza un refrigerante que circula a presión para enfriar los dispositivos electrónicos montados en placas frías y conectados a intercambiadores de calor externos. El refrigerante calentado sale de la placa fría y circula hasta el intercambiador de calor, donde se enfría y luego se recircula. Cuando es necesario refrigerar varios dispositivos, los colectores distribuyen el refrigerante a cada placa fría. Entre los refrigerantes habituales se encuentran el agua desionizada, el etilenglicol y el propilenglicol. Estos refrigerantes no son conductores, lo que evita daños en los componentes electrónicos alimentados en caso de fuga. Cada intercambiador de calor necesita una línea fría de entrada y una línea caliente de salida.

La parte complicada es diseñar el sistema de modo que la placa fría y el dispositivo electrónico puedan retirarse sin desmontar el sistema de refrigeración. Aquí es donde entran en juego los conectores QD (figura 1). Estos dispositivos de enchufe universal QD (UQD) y enchufe de montaje ciego (UQDB) permiten separar los conductos de refrigerante sin que se produzcan fugas.

Figura 1: Se muestran ejemplos de una clavija UQD de refrigeración líquida y un zócalo UQDB que ilustran su acción de acoplamiento. (Fuente de la imagen: Amphenol)

Disponibles en múltiples tamaños, terminaciones y configuraciones de conexión, estos conectores ayudan a los diseñadores a integrar las conexiones de refrigerante en una amplia gama de arquitecturas industriales y de centros de datos. Las tomas UQDB están diseñadas para acoplarse a ciegas con la toma UQD en racks cerrados sin acceso a la parte posterior del armario. La clavija y el toma se montan cada uno en su respectiva placa fría en lugares definidos mediante pernos roscados. Las juntas tóricas sellan el cuerpo del QD a la superficie de montaje. Cada placa fría tiene dos conectores QD: uno para el refrigerante frío y otro para el refrigerante de retorno calentado. Cuando se instala el servidor u otro dispositivo electrónico, la toma, con su abertura cónica, guía a la clavija hasta la configuración de acoplamiento. Los conectores QD suelen estar marcados con anillos de identificación: azul para las líneas frías y rojo para los retornos calientes.

Estos conectores QD incorporan un sistema de desconexión en seco que impide las fugas de refrigerante cuando se desacoplan. Contienen válvulas internas que permanecen cerradas durante el acoplamiento hasta que las mitades de acoplamiento se acoplan por completo y, a continuación, se abren para obtener el máximo caudal de refrigerante. Al desacoplarse, las válvulas se cierran antes de que se rompa la junta, sellando el canal de refrigerante y evitando fugas.

Open Compute Project

El Open Compute Project (OCP) es una organización que aplica las ventajas del código abierto y la colaboración abierta al desarrollo de hardware, acelerando la innovación en la industria informática. Los sistemas de refrigeración son una de sus áreas de preocupación. Han publicado las especificaciones UQD y UQDB, que describen las características de estos conectores.

La OCP especifica dispositivos QD en cuatro tamaños: UQD02, UQD04, UQD06 y UQD08 (y UQDB02, UQDB04, UQDB06 y UQDB08). El número en la designación indica el diámetro de la abertura del fluido y corresponde a 1/8", 1/4", 3/8", y 1/2", respectivamente. La abertura del fluido determina el caudal máximo del conector.

Fuente única de conectores QD

Para los diseñadores de sistemas de refrigeración líquida, resulta eficaz disponer de una única fuente fiable de conectores QD.

Amphenol ha introducido una serie de pares UQD/UQDB en una amplia gama de tamaños OCP, opciones de montaje y terminaciones. Están diseñados para los entornos resistentes habituales en las aplicaciones de los centros de datos. El material de la carcasa de todos los componentes de esta familia es el acero inoxidable. Los componentes internos expuestos al refrigerante, como los muelles internos, son de acero inoxidable resistente a la corrosión. Están diseñados para trabajar con refrigerantes de uso generalizado y todos los componentes de la serie están clasificados para presiones de trabajo de 0 a 87 libras por pulgada cuadrada (PSI) (0 a 0.6 megapascales (MPa)). Pueden soportar una presión máxima segura de 290 PSI (2,0 MPa) y funcionar en un rango de temperaturas de -40 °C a +105 °C.

Por ejemplo, el UQDBP-02TMU01-N000 (figura 2) es un conector UQDB02 conforme a OCP (revisión 1.0) con un perno roscado externo UNF 7/16-20 para la terminación, y utiliza juntas tóricas.

Figura 2: El UQDBP-02TMU01-N000 es un conector UQDB02 conforme a OCP con un perno roscado externo para la terminación. (Fuente de la imagen: Amphenol)

La presión en un sistema de refrigeración líquida es análoga a la tensión en un circuito eléctrico. El caudal es el equivalente de la corriente. El caudal se describe mediante el coeficiente de caudal (Cv); cuanto mayor sea el Cv, mayor será la capacidad de caudal. Los dispositivos de desconexión UQDB02/04/06/08 de Amphenol tienen unos valores Cv de 0.4, 1.32, 2.11 y 3.83, respectivamente.

Una curva de caudal traza la presión a través del desconector en función del caudal (figura 3).

Figura 3: Un gráfico típico de caudal muestra la relación entre el caudal y la diferencia de presión a través del seccionador para los cuatro tamaños de conector UQDB02 a UQDB08. (Fuente de la imagen: Amphenol)

Dado que el caudal aumenta proporcionalmente con el diámetro del conector, el caudal necesario determina el dispositivo seleccionado. Observe que la presión a través de la desconexión aumenta con un caudal creciente.

En las aplicaciones electrónicas preocupa minimizar la presencia de líquidos en el entorno. Teniendo esto en cuenta, los QD también especifican la pérdida de fluido al desconectarse. Los conectores UQDB02/04/06/08 de Amphenol tienen unas especificaciones de pérdida de fluido de 0.004, 0.004, 0.006 y 0.01 mililitros (ml), respectivamente.

La otra mitad del par de conectores QD es la toma de acoplamiento ciego UQDBS-02TMU02-N000 (figura 4) con rosca UNF 9/16"-18.

Figura 4: La UQDBS-02TMU02-N000 es una toma de acoplamiento ciego con rosca UNF 9/16"-18. (Fuente de la imagen: Amphenol)

La serie UQD/UQDB emplea un mecanismo de enclavamiento "empujar para conectar" que garantiza conexiones seguras y a prueba de fugas entre los elementos del sistema de refrigeración. La clavija UQDB02 se acopla a esta toma con una fuerza de acoplamiento de 49 newtons (N) (10.6 libras de fuerza) a presión cero. La fuerza de acoplamiento aumenta al aumentar el diámetro del conector (58 N, 60 N y 68 N para UQDB04/06/08, respectivamente).

Otra terminación alternativa es una lengüeta para acoplar una manguera a la toma, como la utilizada en el UQDS-02HSH01-L000 (figura 5).

Figura 5: El UQDS-02HSH01-L000 es un ejemplo de toma UQD02 con una conexión de manguera con lengüeta y anillos de identificación azules que indican que transporta refrigerante frío. (Fuente de la imagen: Amphenol)

Una manguera permite una mayor flexibilidad a la hora de conectar los elementos de un sistema de refrigeración. La lengüeta de la manguera acepta una manguera con un diámetro interno (DI) de 1/4 de pulgada (pulg.). Los tamaños de conector más grandes de la serie se emparejan con lengüetas para manguera más grandes para mantener los caudales adecuados.

Las bandas de identificación, como ya se ha mencionado, marcan el conector como portador de refrigerante frío o caliente.

Las tomas también están disponibles con un botón de liberación, como en la UQDLS-02HSH01-L000 (figura 6).

Figura 6: El toma UQDLS-02HSH01-L000 tiene un botón de liberación integrado y un marcador rojo de identificación. (Fuente de la imagen: Amphenol)

El botón de liberación facilita la desconexión de la clavija y el enchufe acoplados. El toma del pestillo a presión cuenta con un botón de diseño plano que no sobresale del cuerpo del conector, lo que facilita el acceso en espacios reducidos. Esta toma también está terminada en una lengüeta de 1/4 in e incluye una banda roja de identificación.

Conclusión

Los centros de datos de IA se caracterizan cada vez más por una alta densidad de potencia con sistemas modulares de refrigeración líquida. Estos sistemas requieren desconectores de líquido sellados y de ruptura en seco en múltiples tamaños y opciones de terminación para una refrigeración segura y fiable en espacios reducidos. Las soluciones UQD y UQDB de Amphenol compatibles con OCP satisfacen estas necesidades para soportar el uso continuo en aplicaciones electrónicas exigentes desde el punto de vista medioambiental.