Projeto de Monitoramento da Modernização do Sistema de Refrigeração Líquida do Centro Nacional de Supercomputação de Singapura

O Centro Nacional de Supercomputação opera como uma instalação nacional de HPC (Computação de Alto Desempenho), onde os equipamentos de computação devem suportar cargas de trabalho exigentes, mantendo condições térmicas confiáveis. Para este projeto, 512 nós de computação foram modernizados com resfriamento direto por placa fria no chip.

Em um sistema de refrigeração direta ao chip, o fluido refrigerante circula por placas frias posicionadas sobre os componentes que geram calor. O calor é transferido para o líquido em circulação e dissipado através do circuito de refrigeração. Essa abordagem torna a condição do fluido refrigerante uma parte importante do gerenciamento geral do sistema de refrigeração.

A instalação utilizava um fluido refrigerante composto por água deionizada e glicol. O monitoramento de um sistema como esse exige mais do que simplesmente verificar se o fluido refrigerante está circulando. Parâmetros relacionados à qualidade da água podem ajudar os operadores a compreender as mudanças que ocorrem dentro do circuito de refrigeração.

Por exemplo, o pH é usado para indicar a acidez ou alcalinidade de um líquido. A condutividade elétrica pode fornecer informações sobre o conteúdo iônico. Dependendo do projeto do sistema e dos objetivos de monitoramento, esses e outros parâmetros podem contribuir para uma estratégia mais abrangente de monitoramento da qualidade do fluido refrigerante .

As condições ambientais acrescentaram outra consideração. Singapura tem um clima tropical quente e úmido. Para equipamentos de monitoramento eletrônico, a alta umidade pode aumentar o risco de condensação, principalmente quando os equipamentos estão posicionados próximos à infraestrutura de refrigeração.

Por esse motivo, o projeto exigia uma solução de monitoramento que se adaptasse ao ambiente físico e, ao mesmo tempo, suportasse uma comunicação confiável com a infraestrutura de controle existente no centro.

Um dos primeiros desafios foi o espaço restrito ao redor do sistema de refrigeração líquida existente.

Como se tratava de uma adaptação e não de uma instalação completamente nova, foi necessário adicionar equipamentos de monitoramento em torno dos tubos e da infraestrutura existentes. Dispositivos grandes ou complexos poderiam ter dificultado a instalação e aumentado a quantidade de modificações necessárias.

Dispositivos de monitoramento compactos e fáceis de instalar eram, portanto, importantes para o projeto.

O centro já utilizava um sistema SCADA baseado em Profibus. Os novos dispositivos de monitoramento não podiam simplesmente operar como instrumentos isolados; seus dados precisavam ser integrados ao ambiente de monitoramento existente.

Isso representou um desafio de comunicação.

O equipamento de monitoramento utilizava comunicação Modbus RTU, enquanto a infraestrutura SCADA existente era baseada em Profibus. Portanto, foi necessário um gateway Modbus RTU para Profibus DP para conectar os dois sistemas.

Durante a integração, ocorreu uma incompatibilidade na taxa de transmissão (baud rate). Isso impediu que a comunicação funcionasse conforme o esperado até que a configuração fosse corrigida.

A questão destaca uma consideração importante para qualquer projeto de sensor de qualidade da água de refrigeração de data centers : selecionar um sensor adequado é apenas uma parte da implementação. Protocolos de comunicação, gateways e configurações também precisam ser considerados durante o projeto e o comissionamento do sistema.

Um centro de supercomputação não pode simplesmente ser desligado por um longo período sempre que novos equipamentos de monitoramento precisam ser instalados.

Para este projeto, o trabalho de instalação teve que ser cuidadosamente coordenado em torno das janelas de manutenção. Dezoito pontos de monitoramento precisaram ser adicionados aos tubos DN40, e o trabalho exigiu o desligamento do abastecimento de água.

A instalação foi, portanto, concluída ao longo de três noites, durante os períodos de manutenção programada.

Essa abordagem reduziu a necessidade de interrupções prolongadas, ao mesmo tempo que permitiu a instalação correta dos dispositivos de monitoramento.

O ambiente tropical de Singapura apresentou outro desafio prático: a condensação.

As caixas de junção contendo conexões elétricas e componentes de comunicação necessitavam de proteção adicional contra a umidade associada ao ambiente úmido. Portanto, como parte da solução final, foram instalados aquecedores anticondensação dentro das caixas de junção.

O principal requisito era estabelecer um sistema de monitoramento prático que pudesse fornecer informações regulares sobre o fluido refrigerante sem depender exclusivamente de testes laboratoriais manuais e esporádicos.

Anteriormente, a avaliação do líquido de arrefecimento dependia de testes laboratoriais mensais. Embora as análises laboratoriais possam fornecer informações valiosas, o longo intervalo entre os testes significa que os operadores têm menos visibilidade do que acontece entre as datas de coleta das amostras.

O novo sistema precisava, portanto, suportar um monitoramento muito mais frequente.

Dezoito pontos de monitoramento foram planejados ao longo do sistema de refrigeração. Esses pontos tiveram que ser instalados em tubulações DN40, respeitando as restrições de espaço da infraestrutura existente.

O sistema de monitoramento também precisava se comunicar com o sistema SCADA baseado em Profibus do centro. Em vez de exigir que os operadores utilizassem uma plataforma completamente separada, os dados dos pontos de monitoramento precisavam se tornar acessíveis por meio do ambiente de monitoramento existente da instalação.

Uma vez em funcionamento, o sistema SCADA coletava os dados de monitoramento a cada cinco minutos. Isso criava um registro operacional muito mais detalhado e permitia o monitoramento diário de tendências.

O projeto, portanto, exigiu uma combinação de:

• Equipamento de monitoramento compacto adequado para instalação em projetos já existentes.
• Compatibilidade com ambientes de refrigeração com água deionizada e glicol.
• Instalação em tubulação DN40 existente
• Integração entre dispositivos Modbus RTU e Profibus-DP
• Operação confiável em condições quentes e úmidas.
• Coleta frequente de dados para monitoramento de tendências
• Um projeto que pode ser implementado durante janelas de manutenção limitadas.

Em conjunto, esses requisitos moldaram a solução final de monitoramento da qualidade da água de refrigeração por meio de sensores .

O projeto instalou 18 pontos de monitoramento em todo o sistema de refrigeração líquida.

Conexões em T roscadas G3/4 foram usadas para instalar os pontos de monitoramento nos tubos DN40. Isso proporcionou um método de conexão prático, respeitando as limitações de espaço do ambiente de retrofit.

A comunicação representou um desafio à parte. Como os dispositivos de monitoramento e a infraestrutura SCADA existente utilizavam padrões de comunicação diferentes, foi introduzido um gateway Modbus RTU para Profibus DP.

O gateway permitiu que os dados do equipamento de monitoramento Modbus RTU fossem transferidos para o ambiente SCADA baseado em Profibus do centro.

Durante o comissionamento, foi identificado um problema de integração devido a uma incompatibilidade na taxa de transmissão (baud rate). A configuração foi verificada e corrigida, permitindo que a comunicação prosseguisse normalmente.

A proteção ambiental também foi levada em consideração. Aquecedores anticondensação foram adicionados dentro das caixas de junção para lidar com as condições de operação de alta umidade.

Após a integração, o sistema SCADA foi configurado para coletar dados de monitoramento a cada cinco minutos.

Essa combinação de instalação física, integração de comunicação e proteção ambiental criou a base para o monitoramento regular do líquido refrigerante sem exigir que o centro abandonasse sua infraestrutura SCADA existente.

O planejamento da implantação teve que ser feito levando em conta os requisitos operacionais da instalação de HPC.

Como a instalação nos dutos DN40 exigiu o fechamento do abastecimento de água, o trabalho foi dividido em três noites de manutenção programada. Isso permitiu que a equipe instalasse todos os 18 pontos de monitoramento, respeitando as restrições operacionais da instalação.

O processo de implantação envolveu a instalação das conexões em T roscadas G3/4, o posicionamento do equipamento de monitoramento e a conclusão das conexões elétricas e de comunicação necessárias.

Assim que a instalação física foi concluída, a atenção se voltou para a integração do sistema SCADA.

Os dispositivos Modbus RTU foram conectados através do gateway Profibus-DP para que seus dados pudessem ser incorporados ao sistema de monitoramento existente. Durante o comissionamento, a equipe descobriu uma incompatibilidade na taxa de transmissão (baud rate). Após a reconfiguração dos parâmetros de comunicação, o problema de integração foi corrigido.

Aquecedores anticondensação também foram instalados dentro das caixas de junção para fornecer proteção adicional no ambiente tropical.

Por fim, o intervalo de consulta do SCADA foi configurado para cinco minutos.

Este processo de comissionamento demonstra por que o sucesso de um sensor de qualidade da água em uma unidade de destilação de refrigerante (CDU) ou de uma implementação mais ampla de monitoramento do fluido refrigerante deve considerar todo o fluxo de dados. O dispositivo de sensoriamento, a interface de instalação, o protocolo de comunicação, a configuração do gateway e a plataforma central de monitoramento precisam funcionar em conjunto.

Para aplicações de refrigeração líquida, a Rika Sensor oferece sensores especializados que podem fazer parte de uma solução mais abrangente de monitoramento de fluido refrigerante.

O sensor de pH para refrigeração líquida RK500-12 foi projetado para monitoramento contínuo de pH em ambientes de refrigeração líquida. De acordo com as especificações atuais da Rika Sensor, ele é compatível com água deionizada, fluidos PG25 e EG25 e suporta saídas RS485 e 4–20 mA. O modelo para refrigeração líquida possui precisão de pH declarada de ±0,1 a 25 °C, resolução de 0,01 pH, faixa de pH de 0 a 14 e proteção IP68 para a sonda. Ele também oferece opções de conexão G3/4 e outras opções de conexão de processo, dependendo da configuração.

Um sensor de pH do líquido de arrefecimento pode fornecer informações contínuas sobre acidez e alcalinidade, em vez de depender exclusivamente de medições manuais ocasionais. Isso torna o monitoramento de pH um componente útil de uma estratégia mais ampla de monitoramento das condições do líquido de arrefecimento.

A Rika Sensor também fornece sensores de condutividade elétrica (CE), turbidez e potencial de oxirredução (ORP) para sistemas de refrigeração líquida. Estes podem ser selecionados de acordo com os parâmetros que precisam ser monitorados em um circuito de refrigeração específico.

Por exemplo, um sensor de condutividade para monitoramento do fluido refrigerante pode ser usado quando a condutividade elétrica é um parâmetro importante da qualidade da água. A combinação de sensores apropriados pode fornecer aos operadores uma visão mais abrangente das condições do fluido refrigerante, em vez de depender de uma única medição.

A combinação correta de sensores deve sempre ser selecionada de acordo com a composição química do líquido refrigerante, as condições de operação, os requisitos de instalação e os objetivos de monitoramento do sistema de refrigeração.

A mudança operacional mais importante decorrente do projeto foi a adoção de uma visibilidade muito mais frequente das condições do líquido de arrefecimento.

Antes do projeto de modernização e monitoramento, o cliente dependia de testes laboratoriais mensais. Após a implantação e o comissionamento, os dados de monitoramento passaram a ser coletados pelo sistema SCADA a cada cinco minutos, e o cliente adotou o monitoramento diário de tendências como a nova abordagem.

Isso representou uma grande mudança na forma como as condições do líquido refrigerante podiam ser observadas.

Em vez de esperar pelo próximo teste laboratorial mensal para avaliar as condições do líquido refrigerante, os operadores passaram a ter acesso a dados coletados regularmente, que podiam ser usados ​​para acompanhar as tendências diárias.

O projeto também abordou com sucesso diversos desafios práticos de implementação. Dezoito pontos de monitoramento foram instalados em tubulações DN40 existentes durante três noites de manutenção. Os dispositivos de monitoramento Modbus RTU foram integrados ao sistema SCADA existente baseado em Profibus por meio de um gateway, enquanto o problema de taxa de transmissão identificado durante o comissionamento foi resolvido por meio de reconfiguração.

Para suportar o ambiente quente e úmido do local, foram incorporados aquecedores anticondensação nas caixas de junção.

Não foram fornecidos dados quantificados sobre economia de custos, redução de falhas ou aumento da vida útil dos equipamentos para este projeto. Portanto, o resultado confirmado do projeto centra-se na implantação e integração bem-sucedidas do sistema de monitoramento e na transição de verificações mensais em laboratório para o monitoramento diário de tendências.

Este projeto do centro de supercomputação de Singapura demonstra que a implementação eficaz de sensores de qualidade da água de refrigeração líquida envolve mais do que a simples instalação de dispositivos de medição.

O espaço físico, as conexões de tubulação, a compatibilidade do fluido refrigerante, os protocolos de comunicação, as condições ambientais e as janelas de manutenção são fatores que influenciam o sucesso da implementação de um sistema de monitoramento em uma instalação de HPC existente.

Neste caso, 18 pontos de monitoramento foram integrados a uma adaptação de resfriamento líquido direto no chip com 512 nós. Conexões em T G3/4 proporcionaram uma abordagem prática de instalação em tubos DN40, enquanto um gateway Modbus RTU para Profibus DP conectou o equipamento de monitoramento à infraestrutura SCADA existente.

Mais importante ainda, a instalação passou de testes laboratoriais mensais para monitoramento diário de tendências, com base em dados coletados a cada cinco minutos.

Para centros de dados, instalações de computação de IA e centros de supercomputação que adotam refrigeração líquida de alta densidade, um sistema de monitoramento da qualidade do líquido refrigerante cuidadosamente projetado pode fornecer aos operadores uma visibilidade mais regular das condições do refrigerante e tornar as informações sobre a qualidade da água parte da gestão rotineira do sistema de refrigeração.