Bloque de rotación de aires acondicionados: dispositivo, normas de conexión y configuración del módulo

La avería de un aire acondicionado en la oficina no implica la interrupción del trabajo del personal, ¿verdad? La situación es completamente diferente en las salas de servidores, donde se requiere un enfriamiento ininterrumpido del aire. Al incluir en el sistema un bloque de rotación de aires acondicionados, se evita incluso la superación temporal de los valores límite de temperatura.

Esta solución evita la falla del equipo del servidor y crea las condiciones para la ejecución estable de las tareas de servicio. Le explicaremos cómo organizar el bloque de rotación. Le explicaremos cómo realizar la redundancia de los aires acondicionados, le indicaremos cómo instalar y configurar el dispositivo.

Indicadores de temperatura del aire en la sala de servidores

Los bloques de rotación se han implementado en los sistemas de aire acondicionado de muchos laboratorios, centros de datos, talleres de producción en industrias de alta tecnología. Es un elemento indispensable del equipamiento de las salas de servidores, que existen en casi todas las organizaciones serias.

En la era de las tecnologías de la información, incluso las empresas nuevas y en desarrollo se esfuerzan por utilizar su propio equipo de servidor para procesar, almacenar e intercambiar datos con socios y clientes.

Se imponen requisitos estrictos al régimen de temperatura en la sala de servidores, cuyo cumplimiento solo es posible con la presencia de dos o más aires acondicionados

Para el equipo de servidor se destina una sala técnica separada, denominada sala de servidores, donde es necesario mantener las condiciones de operación indicadas en la documentación técnica por el fabricante. En particular, uno de los parámetros más importantes es la temperatura del aire.

Según la recomendación de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE), la temperatura en las salas de servidores debe estar entre 18 °C y 27 °C. La mayoría de las empresas especializadas, por ejemplo, las que brindan servicios de hosting, no permiten que la temperatura del aire supere los 24 °C.

Un aumento de temperatura, incluso por un corto período, puede provocar fallos en el funcionamiento del equipo servidor, y para solucionar el problema será necesario reemplazar costosos componentes.

Unos límites de temperatura tan estrictos se deben a las características operativas de los servidores. El sobrecalentamiento local de cualquier dispositivo que forme parte del servidor provoca su avería. En última instancia, todo se traduce en pérdida de información importante, interrupciones en los procesos productivos, comerciales y logísticos, y, como consecuencia, en la pérdida de reputación y de ingresos.

Un servidor moderno está equipado con un sistema interno de disipación de calor. Todos los componentes internos que generan calor durante su funcionamiento se enfrían. Sin embargo, no es posible evitar por completo el intercambio de calor debido a la falta de hermeticidad del chasis. A pesar de los disipadores e incluso de la refrigeración líquida, la temperatura dentro del chasis será cercana a la temperatura ambiente.

Los siguientes componentes son los más sensibles a las condiciones climáticas de funcionamiento:

• procesador central;
• disco duro;
• memoria RAM.

Cuando aumenta la temperatura, se produce la expansión de los materiales de los que están hechos los componentes del disco duro. Esto provoca fallos en los discos magnéticos, los cabezales y el sistema de posicionamiento. Los problemas con el disco duro conllevan la pérdida de información importante.

Para la refrigeración local de los procesadores del servidor y la memoria RAM se utilizan disipadores metálicos, pero cuando la temperatura del aire ambiente aumenta significativamente, no pueden proporcionar protección contra el sobrecalentamiento.

En los servidores modernos se instalan módulos de memoria RAM equipados con su propio sistema de refrigeración pasiva (disipadores). Pero la situación no cambia por ello. Los disipadores pueden salvar la RAM solo si el aumento de temperatura es muy breve y leve. Pero si el calentamiento del aire es más intenso, resultan ineficaces.

El sistema de protección del procesador se activa automáticamente ante el sobrecalentamiento, lo que provoca el apagado del servidor y la imposibilidad de su funcionamiento normal e ininterrumpido. Muchos microchips, en particular los de los puentes sur y norte, tampoco toleran las altas temperaturas.

No hay que contar con que si la temperatura exterior (ambiente) se encuentra dentro de un rango aceptable, se pueda prescindir de la refrigeración del aire en la sala de servidores. Es necesario tener en cuenta todos los indicadores de disipación de calor y las entradas de calor. Así, la potencia térmica de los servidores es del 80-90 % de la potencia eléctrica consumida y a menudo supera 1 kW.

Por lo tanto, el uso de equipos costosos e importantes para resolver tareas empresariales, sensibles al aumento y las fluctuaciones de temperatura, requiere un aire acondicionado correctamente organizado, en el que cada sistema split debe funcionar sin interrupciones.

Finalidad y dispositivo del bloque de rotación

La organización del sistema de refrigeración mediante la instalación no solo de acondicionadores principales sino también de repuesto o de reserva, no resuelve el problema por sí sola.

Es necesario coordinar el funcionamiento de todos los aparatos de manera que, bajo cualquier condición, la temperatura en el local se mantenga estable. Para este fin se utilizan complejos especializados, que a menudo se denominan simplemente coordinadores.

Organización del sistema de climatización, que incluye un aire acondicionado principal y uno de reserva, un bloque de control, dos bloques ejecutores y tres sensores térmicos, con conexión de un bus para alertar sobre incendios y situaciones de emergencia.

El complejo estándar incluye un bloque de control y bloques ejecutores. Juntos realizan las siguientes funciones básicas:

• control del funcionamiento del sistema;
• conmutación de los aires acondicionados en caso de averías;
• garantía del funcionamiento alternado;
• distribución uniforme de las horas de trabajo.

Un sistema de climatización fiable para la sala de servidores consta de al menos dos aires acondicionados: uno principal y uno de reserva. Cada uno de ellos, según sus características técnicas, debe ser capaz de mantener las condiciones térmicas necesarias en la sala de servidores.

En caso de avería de un aire acondicionado, el bloque de rotación activa rápidamente el segundo aparato, que está en buen estado. Para realizar esta función se utilizan sensores térmicos que miden la temperatura y reaccionan ante el más mínimo aumento. La función de reserva ayuda no solo en situaciones de emergencia, sino también, por ejemplo, durante el mantenimiento programado y la reparación de los aires acondicionados.

Una de las variantes de organización del sistema de refrigeración en la sala de servidores, con un bloque de reserva y alimentación de los aires acondicionados desde un disyuntor independiente.

La implementación de esta solución permite cambiar los filtros, recargar los aires acondicionados con refrigerante, realizar operaciones más complejas en cualquier momento conveniente, mientras se sigue manteniendo el microclima óptimo en la sala de servidores.

El bloque de rotación también asegura el funcionamiento alternativo de aires acondicionados y sistemas split y, como resultado, el tiempo total de funcionamiento es aproximadamente el mismo. En consecuencia, se prolonga el período entre revisiones y la vida útil del equipo de refrigeración.

Esquemas de redundancia de aires acondicionados

Es posible implementar varios esquemas de reserva, que se designan convencionalmente como N+1 y 2N, donde N es la cantidad de aires acondicionados que realizan una función análoga en el sistema (del inglés «Need» – «Necesidad»).

El esquema más simple, que implica el uso de un solo aire acondicionado de reserva, es N+1. Si no se ha configurado el sistema de rotación, el aire acondicionado de reserva se activa solo en casos de emergencia y asume toda la carga.

En el sistema puede haber varios aires acondicionados de trabajo principales y cada uno de ellos tiene un aire acondicionado de reserva, lo que se designa como 2N y significa una reserva del 100%. Es evidente que cuantos más aires acondicionados de reserva haya, mayor será la tolerancia a fallos del sistema.

Particularidades del montaje con el ejemplo del BURR-1

Mostraremos cómo se realiza la instalación con un ejemplo concreto. En Rusia son ampliamente utilizados los bloques de control de rotación y redundancia BURR-1, que funcionan junto con los bloques ejecutivos especializados BIS-1. La cantidad de bloques ejecutivos puede variar según el número total de aires acondicionados en el sistema.

Esquema de conexión de BURR-1 y BIS-1 con transmisión de señales por canal infrarrojo, con posibilidad de coordinar el funcionamiento de 15 aires acondicionados

El kit de BURR-1, además del propio dispositivo, incluye un sensor de temperatura. Los bloques ejecutivos se adquieren para cada aire acondicionado. Vienen equipados con una sonda IR y una almohadilla autoadhesiva de doble cara para su fijación. Por separado se adquiere un termo-sensor.

Cabe señalar que el equipamiento de los coordinadores depende del fabricante y a menudo incluye todo el conjunto necesario de termo-sensores y accesorios auxiliares.

Antes de iniciar los trabajos de instalación, se desconecta la alimentación del equipo y se cumplen otros requisitos de seguridad.

El BURR-1 tiene una carcasa de plástico, conveniente para montar en un perfil metálico especial: un riel DIN, que se coloca en el cuadro eléctrico, junto a los disyuntores. Para este fin es adecuado un riel DIN de 3,5 cm de largo.

El BIS-1 se instala sobre el aire acondicionado o directamente sobre la carcasa del aire acondicionado, fijándolo con una almohadilla autoadhesiva de doble cara. En el área de entrada de las lamas guía se fija el sensor de temperatura. Es precisamente aquí donde podrá captar el flujo de aire frío y determinar que el aire acondicionado está en funcionamiento.

También en el sistema se necesita un termo-sensor externo común, que se instala en un soporte en la pared de la sala de servidores a igual distancia de los aires acondicionados. Este sensor no debe recibir influencia térmica externa, por ejemplo, la proveniente de radiadores de calefacción.

Si es posible organizar el cableado eléctrico, el bloque de control BURR-1 se puede instalar fuera del cuadro eléctrico, por ejemplo, en la pared o incluso en una habitación contigua.

Con el BURR-1 se incluye un pasaporte y un manual detallado, donde se dan recomendaciones de instalación y se proporcionan esquemas. Una de las ventajas del modelo es la conexión del termo-sensor y la alimentación eléctrica sin necesidad de respetar la polaridad.

La sonda del emisor se coloca de manera que «apunte» al fotoreceptor del aire acondicionado desde una distancia no mayor a 10 cm, con un ángulo de desviación admisible de 45 a 60 grados.

El alcance de transmisión de la señal de radio estable es de 50 metros. Es decir, esa es la distancia máxima entre el bloque principal y el bloque ejecutivo. Es recomendable reducirla para disminuir el nivel de interferencias provenientes de equipos externos.

Se deben destacar las siguientes características de la instalación:

• ausencia de líneas de cable;
• posibilidad de ampliación del sistema;
• realización de diferentes esquemas de redundancia.

Al conectar la unidad de rotación de los acondicionadores de aire, no será necesario tender un cable para la transmisión de señales de control, lo que, además, ahorra espacio en la sala de servidores. La composición del sistema de aire acondicionado es variable.

En ella se puede incluir una cantidad variable de acondicionadores de aire, que se diferencian por su potencia. A medida que la empresa crece y aumenta el equipamiento de la sala de servidores, puede incorporar al sistema nuevos acondicionadores de aire según sea necesario (hasta 15 unidades en total).

Principio de funcionamiento del bloque de rotación

Durante el funcionamiento con el BURR-1, se transmiten comandos mediante señales de radio a una frecuencia de 433 MHz a los bloques ejecutores, que encienden y apagan los acondicionadores de aire mediante emisores infrarrojos, de acuerdo con la configuración establecida. Los acondicionadores de aire deben estar equipados con fotoreceptores. La mayoría de los modelos modernos, incluidos los de uso doméstico, cumplen con este requisito.

El bloque ejecutor BIS-1M se instala generalmente en la pared directamente encima del acondicionador de aire; durante el funcionamiento, recibe señales de radio del bloque de control y transmite comandos para encender y apagar el acondicionador de aire a través del canal IR.

Se realiza un monitoreo continuo de los sensores de temperatura. Mediante la comparación de los datos obtenidos, se determina el estado de cada acondicionador de aire. Si el acondicionador de aire está encendido y el sensor instalado en sus rejillas muestra que en la salida el cambio de temperatura es inferior a 2 °C, se activan las capacidades de reserva y se envía una señal de alarma.

Cómo se realiza la configuración

Según la configuración establecida por el usuario del módulo de control de rotación, los acondicionadores de aire se encienden y apagan. Se respeta un orden determinado y los intervalos de tiempo establecidos.

Para acceder al menú de configuración del bloque de control, se presiona «Enter». Si la configuración se cambia durante el funcionamiento, en el momento de presionar este botón, el bloque puede transmitir comandos según el protocolo previamente establecido. En ese caso, habrá que esperar un poco, continuando presionando «Enter».

Los elementos del menú de configuración se agrupan en varias categorías, que incluyen el registro de bloques ejecutores, parámetros de tiempo y temperatura. La información sobre el funcionamiento del sistema se muestra en la pantalla del bloque de control. Se presenta en forma de frases claramente formuladas y símbolos convencionales. En la pantalla se puede ver el tipo de comando transmitido y su estado actual, lo que facilita la configuración y la posterior operación del BURR-1.

Mediante el panel de control, a cada acondicionador de aire se le asigna un número y se determina su función. Los acondicionadores de aire se agrupan según su función: reserva, participantes de la rotación, etc.

El panel frontal del BURR-1, con pantalla LCD y botones de control, debido a su tamaño compacto ocupa poco espacio en el armario eléctrico; gracias a su ergonomía bien pensada, es conveniente para realizar la configuración.

Utilizando el panel de entrada de datos, se fijan los valores máximos admisibles de temperatura en la sala de servidores, la temperatura de conexión, desconexión, activación de la alarma, así como los parámetros de tiempo relativos al trabajo conjunto y la rotación.

El modo de funcionamiento del bloque ejecutor se determina por el cambio de color y frecuencia de parpadeo del diodo ubicado en la parte inferior del gabinete. Por ejemplo, cuando el bloque ejecutor está en modo normal y espera una orden del bloque de control, su LED parpadea lentamente en verde.

Al recibir dicha orden, se enciende una luz amarilla durante 1-2 segundos. La ejecución de la orden de encendido se acompaña de un parpadeo frecuente en verde. Si se produce un apagado, el LED se enciende en rojo y también parpadea con frecuencia.

Una vez establecidos los ajustes y si desea salir del menú, presione el botón «ESC». Si no presiona ningún botón durante 4 minutos, es decir, si permanece inactivo, la salida se realizará automáticamente.

Si no se presionan botones porque se está grabando un comando y se espera una señal IR, no se producirá la salida automática. Tenga en cuenta que, al realizar algunas operaciones, presionar «ESC» provocará la salida del menú y los cambios realizados en la configuración no se guardarán.

Independientemente del modelo, el proceso de configuración es intuitivo, como se puede ver en la foto del coordinador de funcionamiento de los acondicionadores de aire SRK-M3 con la indicación de los botones de control, sensores, LED de servicio e información.

Cuando el bloque está en modo de configuración, el control de rotación se detiene, aunque todos los temporizadores funcionan contando el tiempo de funcionamiento de cada grupo de acondicionadores de aire y el tiempo de rotación.

El proceso de configuración del módulo de control de rotación se describe detalladamente en el manual adjunto.

Normas de mantenimiento del equipo

Para garantizar un funcionamiento normal y una larga vida útil, se realiza un mantenimiento periódico de los bloques de control y ejecutores. Cada 3-4 meses se verifica la fiabilidad de la fijación, la calidad de las conexiones y el estado de los conectores. Los bornes y las superficies exteriores de las carcasas deben limpiarse de polvo cuando se ensucien, evitando que se acumulen residuos y objetos extraños.

Factores de selección y funcionalidades adicionales

En el mercado se presentan diferentes modelos y modificaciones de bloques de rotación y reserva de acondicionadores de aire, que se diferencian entre sí:

• por características;
• por conjunto de funciones;
• por método de montaje;
• por tipo de control.

La señal de control puede transmitirse no solo por canal infrarrojo, como en el BURR-1, sino también por cable. El equipamiento varía según la cantidad de sensores de temperatura. Los propios sensores pueden funcionar con cierto margen de error, del cual depende en cierta medida la velocidad de respuesta del bloque de rotación. También se presta atención a la precisión del temporizador. Estos y otros datos deben estar indicados en la documentación adjunta.

Al elegir un armonizador, se tienen en cuenta los requisitos del sistema de climatización, su composición y configuración. Así, para acondicionadores sin fotorreceptores, se pueden elegir dispositivos con tipo de control por cable. Un criterio importante es la funcionalidad del dispositivo.

Hoy en día se pueden adquirir bloques de rotación con una amplia gama de funciones. Además de realizar sus tareas principales, estos dispositivos reinician automáticamente los acondicionadores cuyo funcionamiento se haya detenido por falta de alimentación eléctrica. No permiten la desconexión de los acondicionadores si una persona accidentalmente da esa orden desde el mando a distancia.

Uno de los bloques de respaldo más simples para dos acondicionadores, a la izquierda botones para registro y configuración, a la derecha botones de cambio a modo operativo y modo servicio.

Al conectar los bucles de alarma, se transmiten mensajes sobre situaciones de emergencia. Por ejemplo, se envía un mensaje de incendio si la temperatura en la sala de servidores supera un valor determinado (generalmente a 69 °C). La señal puede enviarse a la central de bomberos, y también es posible notificar al personal mediante SMS.

Se registran los eventos y datos de los sensores térmicos en registros no volátiles. Se proporciona la posibilidad de control remoto a través de las interfaces RS485 y Ethernet. Se admite el protocolo de comunicación industrial Modbus.

Después de conocer la descripción y las especificaciones técnicas del dispositivo, es conveniente asegurarse de la importancia de su funcionalidad para hacer una elección fundamentada y económicamente viable.

Hay que tener en cuenta que la continuidad de la refrigeración depende no solo del bloque de reserva, sino también de los propios aires acondicionados. En las salas de servidores se utilizan sistemas split de precisión, de conductos y de pared sistemas split inverter. La opción más demandada es la última, ya que estos equipos son mucho más baratos y ocupan menos espacio.

Los acondicionadores de pared proporcionan una refrigeración adecuada de las salas de servidores y, a diferencia de los modelos de precisión, pueden utilizarse en espacios de pequeña superficie.

Al elegir un acondicionador de pared, se presta atención a la capacidad de refrigeración, que debe corresponder a los excesos de calor que deben neutralizarse.

El sistema de climatización debe funcionar en la sala de servidores independientemente de la época del año. Si el límite inferior de temperatura de funcionamiento de los acondicionadores está limitado a -10 °C, se adquieren adicionalmente kits de baja temperatura.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Puesta en marcha del sistema de climatización con armonizador en la sala de servidores:

Desembalaje y revisión del bloque de rotación para dos acondicionadores:

Para un enfriamiento ininterrumpido las 24 horas del día del cuarto de servidores y para evitar fallos del equipo, se utilizan unidades de rotación y respaldo que encienden y apagan los aires acondicionados según un algoritmo predefinido. En caso de avería o falta de potencia de uno de los acondicionadores, el de respaldo se enciende inmediatamente. Gracias al funcionamiento variable, se aumenta la vida útil de los aires acondicionados.

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