Rika Sensor es un fabricante de sensores meteorológicos y proveedor de soluciones de monitorización ambiental desde 2010.
Proyecto de monitoreo de la modernización del sistema de refrigeración líquida del Centro Nacional de Supercomputación de Singapur
Las instalaciones de computación de alto rendimiento (HPC) generan enormes cantidades de calor en un espacio relativamente pequeño. A medida que aumenta la densidad de computación, la refrigeración por aire convencional puede volverse cada vez más difícil de gestionar de manera eficiente. La refrigeración líquida directa al chip ofrece una alternativa al transferir el calor directamente desde los componentes críticos mediante un refrigerante circulante.
Sin embargo, la adopción de la refrigeración líquida también plantea otro requisito importante: la monitorización fiable del refrigerante. Las variaciones en las condiciones del refrigerante pueden afectar a la estabilidad a largo plazo del circuito de refrigeración y de los equipos conectados a él. Por lo tanto, un sistema de sensores de calidad del agua de refrigeración líquida bien diseñado debe proporcionar datos útiles e integrarse sin problemas con la infraestructura existente de la instalación.
Este proyecto consistió en la modernización del sistema de refrigeración líquida del Centro Nacional de Supercomputación de Singapur. Se modernizaron 512 nodos de computación con refrigeración directa al chip mediante placas frías, utilizando una mezcla de agua desionizada y glicol como refrigerante. Se instalaron dieciocho puntos de monitorización para permitir una observación más regular de las condiciones del refrigerante.
El proyecto también tuvo que abordar el espacio de instalación limitado, la compatibilidad con un sistema SCADA basado en Profibus existente y el entorno operativo cálido y húmedo de Singapur. El sistema de monitoreo finalizado permitió obtener datos del refrigerante cada cinco minutos, mientras que el monitoreo diario de tendencias reemplazó la dependencia anterior de las pruebas de laboratorio mensuales.
Antecedentes del proyecto
El Centro Nacional de Supercomputación funciona como una instalación nacional de computación de alto rendimiento (HPC) donde los equipos informáticos deben soportar cargas de trabajo exigentes manteniendo condiciones térmicas fiables. Para este proyecto, se modernizaron 512 nodos de computación con refrigeración directa al chip mediante placas frías.
En un sistema de refrigeración directa al chip, el refrigerante circula a través de placas frías situadas sobre los componentes que generan calor. El calor se transfiere al líquido circulante y se disipa a través del circuito de refrigeración. Este enfoque convierte el estado del refrigerante en un aspecto fundamental de la gestión general del sistema de refrigeración.
La instalación utilizaba un refrigerante compuesto de agua desionizada y glicol. Para monitorizar un sistema de este tipo, es necesario ir más allá de simplemente comprobar si el refrigerante circula. Los parámetros relacionados con la calidad del agua pueden ayudar a los operadores a comprender los cambios que se producen dentro del circuito de refrigeración.
Por ejemplo, el pH se utiliza para indicar la acidez o alcalinidad de un líquido. La conductividad eléctrica puede proporcionar información sobre el contenido iónico. Según el diseño del sistema y los objetivos de monitorización, estos y otros parámetros pueden contribuir a una estrategia más amplia de monitorización de la calidad del refrigerante líquido .
Las condiciones ambientales añadieron otro factor a considerar. Singapur tiene un clima tropical cálido y húmedo. Para los equipos de monitorización electrónica, la alta humedad puede aumentar el riesgo de condensación, especialmente cuando se ubican cerca de la infraestructura de refrigeración.
Por este motivo, el proyecto requería una solución de monitorización que se adaptara al entorno físico y que, al mismo tiempo, permitiera una comunicación fiable con la infraestructura de control existente del centro.
Desafío
1. Espacio de instalación limitado
Uno de los primeros desafíos fue el espacio limitado alrededor del sistema de refrigeración líquida existente.
Dado que se trataba de una adaptación y no de una instalación completamente nueva, fue necesario añadir equipos de monitorización alrededor de las tuberías e infraestructuras existentes. Los dispositivos grandes o complejos podrían haber dificultado la instalación y aumentado la cantidad de modificaciones necesarias.
Por lo tanto, para el proyecto era importante contar con dispositivos de monitorización compactos y fáciles de instalar.
2. Integración con el sistema SCADA existente
El centro ya utilizaba un sistema SCADA basado en Profibus. Los nuevos dispositivos de monitorización no podían funcionar simplemente como instrumentos aislados; sus datos debían integrarse en el entorno de monitorización existente.
Esto planteó un desafío de comunicación.
El equipo de monitorización utilizaba comunicación Modbus RTU, mientras que la infraestructura SCADA existente se basaba en Profibus. Por lo tanto, se requería una pasarela Modbus RTU a Profibus-DP para conectar ambos sistemas.
Durante la integración, se produjo una discrepancia en la velocidad de transmisión. Esto impidió que la comunicación funcionara correctamente hasta que se corrigió la configuración.
Este problema pone de relieve una consideración importante para cualquier proyecto de sensores de calidad del agua de refrigeración de un centro de datos : seleccionar un sensor adecuado es solo una parte de la implementación. Los protocolos de comunicación, las pasarelas y los ajustes de configuración también deben tenerse en cuenta durante el diseño y la puesta en marcha del sistema.
3. Instalación sin interrupciones operativas importantes
Un centro de supercomputación no puede simplemente apagarse durante un período prolongado cada vez que sea necesario instalar nuevos equipos de monitorización.
Para este proyecto, fue necesario coordinar cuidadosamente los trabajos de instalación con los periodos de mantenimiento. Se requirió la instalación de dieciocho puntos de monitoreo en tuberías DN40, y el trabajo implicó el corte del suministro de agua.
Por lo tanto, la instalación se completó en tres noches, aprovechando los periodos de mantenimiento programados.
Este enfoque redujo la necesidad de interrupciones prolongadas, al tiempo que permitió la correcta instalación de los dispositivos de monitorización.
4. Condiciones ambientales cálidas y húmedas
El entorno tropical de Singapur planteaba otro desafío práctico: la condensación.
Las cajas de conexiones que contenían componentes eléctricos y de comunicación requerían protección adicional contra la humedad propia del ambiente húmedo. Por lo tanto, como parte de la solución final, se instalaron calentadores anticondensación en el interior de las cajas de conexiones.
Requisito de monitoreo
El requisito principal era establecer un sistema de monitorización práctico que pudiera proporcionar información periódica sobre el refrigerante sin depender únicamente de pruebas de laboratorio manuales poco frecuentes.
Anteriormente, la evaluación del refrigerante dependía de pruebas de laboratorio mensuales. Si bien el análisis de laboratorio puede proporcionar información valiosa, el largo intervalo entre pruebas implica que los operadores tienen menos visibilidad de lo que sucede entre las fechas de muestreo.
Por lo tanto, el nuevo sistema debía admitir una monitorización mucho más frecuente.
Se planificaron dieciocho puntos de monitorización en todo el sistema de refrigeración. Estos puntos debían instalarse en tuberías DN40, respetando las limitaciones de espacio de la infraestructura existente.
El sistema de monitorización también debía comunicarse con el sistema SCADA basado en Profibus del centro. En lugar de exigir a los operadores que utilizaran una plataforma completamente independiente, los datos de los puntos de monitorización debían ser accesibles a través del entorno de monitorización existente en las instalaciones.
Una vez puesto en marcha, el sistema SCADA consultaba los datos de monitorización cada cinco minutos. Esto generaba un registro operativo mucho más detallado y permitía la monitorización diaria de las tendencias.
Por lo tanto, el proyecto requería una combinación de:
- Equipo de monitorización compacto apto para instalación en sistemas existentes.
- Compatibilidad con el entorno de agua desionizada y refrigerante de glicol
- Instalación en tuberías DN40 existentes
- Integración entre dispositivos Modbus RTU y Profibus-DP
- Funcionamiento fiable en condiciones cálidas y húmedas.
- Recopilación frecuente de datos para el seguimiento de tendencias.
- Un diseño que podría implementarse durante ventanas de mantenimiento limitadas.
En conjunto, estos requisitos dieron forma a la solución final de monitorización de la calidad del agua de refrigeración mediante sensores .
Solución
El proyecto instaló 18 puntos de monitorización en todo el sistema de refrigeración líquida.
Se utilizaron racores en T roscados G3/4 para instalar los puntos de monitorización en las tuberías DN40. Esto proporcionó un método de conexión práctico que se ajustaba a las limitaciones de espacio del entorno de la reforma.
La comunicación supuso un reto aparte. Dado que los dispositivos de monitorización y la infraestructura SCADA existente utilizaban diferentes estándares de comunicación, se introdujo una pasarela Modbus RTU a Profibus-DP.
La pasarela permitía transferir los datos del equipo de monitorización Modbus RTU al entorno SCADA basado en Profibus del centro.
Durante la puesta en marcha se detectó un problema de integración debido a una discrepancia en la velocidad de transmisión que afectaba a la comunicación. Se revisó y corrigió la configuración, tras lo cual la comunicación pudo continuar según lo previsto.
También se tuvo en cuenta la protección del medio ambiente. Se añadieron calentadores anticondensación dentro de las cajas de conexiones para hacer frente a las condiciones de funcionamiento con alta humedad.
Tras la integración, el sistema SCADA se configuró para recopilar datos de monitorización cada cinco minutos.
Esta combinación de instalación física, integración de comunicaciones y protección ambiental sentó las bases para la monitorización periódica del refrigerante sin que el centro tuviera que abandonar su infraestructura SCADA existente.
Despliegue y puesta en marcha
El despliegue tuvo que planificarse en función de los requisitos operativos de la instalación de computación de alto rendimiento (HPC).
Debido a que la instalación en las tuberías DN40 requería el corte del suministro de agua, el trabajo se dividió en tres noches de mantenimiento programado. Esto permitió al equipo instalar los 18 puntos de monitoreo respetando las limitaciones operativas de la planta.
El proceso de despliegue incluyó la instalación de los racores en T roscados G3/4, el posicionamiento del equipo de monitorización y la realización de las conexiones eléctricas y de comunicación necesarias.
Una vez finalizada la instalación física, la atención se centró en la integración del sistema SCADA.
Los dispositivos Modbus RTU se conectaron a través de la pasarela Profibus-DP para que sus datos pudieran integrarse en el sistema de monitorización existente. Durante la puesta en marcha, el equipo detectó una discrepancia en la velocidad de transmisión. Tras reconfigurar los parámetros de comunicación, se solucionó el problema de integración.
También se instalaron calentadores anticondensación dentro de las cajas de conexiones para brindar protección adicional en el entorno tropical.
Finalmente, el intervalo de sondeo del sistema SCADA se configuró en cinco minutos.
Este proceso de puesta en marcha demuestra por qué un sensor de calidad del agua para unidades de decantación de refrigerantes (CDU) o un sistema de monitorización de refrigerantes más amplio deben considerar la ruta de datos completa. El dispositivo sensor, la interfaz de instalación, el protocolo de comunicación, la configuración de la puerta de enlace y la plataforma de monitorización central deben funcionar conjuntamente.
Productos calificados
Para aplicaciones de refrigeración líquida, Rika Sensor ofrece sensores especializados que pueden formar parte de una solución más amplia de monitorización del refrigerante.
El sensor de pH para refrigeración líquida RK500-12 está diseñado para la monitorización continua del pH en entornos de refrigeración líquida. Según las especificaciones de producto actuales de Rika Sensor, es compatible con agua desionizada, fluidos PG25 y EG25, y admite salidas RS485 y de 4–20 mA. El modelo para refrigeración líquida ofrece una precisión de pH de ±0,1 a 25 °C, una resolución de 0,01, un rango de pH de 0–14 y protección IP68 para la sonda. Además, ofrece opciones de conexión G3/4 y otras conexiones de proceso, según la configuración.
Rika Sensor también ofrece sensores de conductividad eléctrica (CE), turbidez y potencial redox (ORP) para sistemas de refrigeración líquida. Estos se pueden seleccionar según los parámetros que se necesiten monitorizar en un circuito de refrigeración específico.
Por ejemplo, se puede utilizar un sensor de conductividad para el monitoreo del refrigerante cuando la conductividad eléctrica es un parámetro importante de la calidad del agua. La combinación de sensores adecuados puede brindar a los operadores una visión más completa de las condiciones del refrigerante, en lugar de depender de una sola medición.
La combinación correcta de sensores siempre debe seleccionarse en función de la composición química del refrigerante, las condiciones de funcionamiento, los requisitos de instalación y los objetivos de monitorización del sistema de refrigeración.
Resultados
El cambio operativo más importante derivado del proyecto fue el avance hacia una visibilidad mucho más frecuente del estado del refrigerante.
Antes del proyecto de monitoreo de modernización, el cliente dependía de pruebas de laboratorio mensuales. Tras la implementación y puesta en marcha, el sistema SCADA podía consultar los datos de monitoreo cada cinco minutos, y el cliente aceptó el monitoreo diario de tendencias como el nuevo enfoque.
Esto representó un cambio importante en la forma en que se podían observar las condiciones del refrigerante.
En lugar de esperar a la siguiente prueba de laboratorio mensual para revisar las condiciones del refrigerante, los operadores obtuvieron acceso a datos recopilados regularmente que podían utilizarse para seguir las tendencias diarias.
El proyecto también abordó con éxito varios desafíos prácticos de implementación. Se instalaron dieciocho puntos de monitoreo en tuberías DN40 existentes durante tres noches de mantenimiento. Los dispositivos de monitoreo Modbus RTU se integraron con el sistema SCADA basado en Profibus existente a través de una pasarela, mientras que el problema de velocidad de transmisión detectado durante la puesta en marcha se resolvió mediante una reconfiguración.
Se incorporaron calentadores anticondensación en las cajas de conexiones para hacer frente al ambiente cálido y húmedo del lugar.
No se proporcionaron cifras cuantificadas sobre ahorro de costes, reducción de fallos o mejora de la vida útil de los equipos para este proyecto. Por lo tanto, el resultado confirmado del proyecto se centra en el despliegue e integración exitosos del sistema de monitorización y la transición de las comprobaciones mensuales de laboratorio a la monitorización diaria de tendencias.
Implementación de un sistema de monitorización de refrigeración líquida más visible
Este proyecto del centro de supercomputación de Singapur demuestra que el despliegue eficaz de sensores para la calidad del agua de refrigeración líquida implica algo más que la simple instalación de dispositivos de medición.
El espacio físico, las conexiones de tuberías, la compatibilidad del refrigerante, los protocolos de comunicación, las condiciones ambientales y los periodos de mantenimiento influyen en el éxito con el que se puede introducir un sistema de monitorización en una instalación de computación de alto rendimiento (HPC) ya existente.
En este caso, se integraron 18 puntos de monitorización en una actualización de refrigeración líquida directa al chip de 512 nodos. Los racores en T G3/4 proporcionaron una solución de instalación práctica en tuberías DN40, mientras que una pasarela Modbus RTU a Profibus-DP conectó el equipo de monitorización a la infraestructura SCADA existente.
Lo más importante es que el centro pasó de realizar pruebas de laboratorio mensuales a un monitoreo diario de tendencias, respaldado por datos recopilados cada cinco minutos.
Para los centros de datos, las instalaciones de computación de IA y los centros de supercomputación que adoptan sistemas de refrigeración líquida de mayor densidad, un sistema de monitorización de la calidad del refrigerante líquido cuidadosamente diseñado puede proporcionar a los operadores una visibilidad más regular de las condiciones del refrigerante e integrar la información sobre la calidad del agua en la gestión rutinaria del sistema de refrigeración.
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