Humedad en centros de datos: psicrometría para TI

Los servidores y los equipos de red no son indiferentes a la humedad. Si es demasiado baja provoca descargas electrostáticas, y si es demasiado alta, corrosión y condensación. El margen admisible es estrecho, y salirse de él puede estropear equipos de muchísimo valor. El comité técnico 9.9 de ASHRAE define las condiciones admisibles en sus Thermal Guidelines en cuatro clases; el diagrama psicrométrico es la herramienta para comprobar que un sistema propuesto se mantiene dentro de ese pasillo en todos los estados de funcionamiento.

El riesgo de la humedad baja: las descargas electrostáticas (ESD)

Por debajo del 30 % de humedad relativa, el aire se convierte en un aislante excelente. El movimiento de las personas, la manipulación de componentes o el cambio de tarjetas pueden generar cargas de cientos a miles de voltios. Una descarga a través de la electrónica sensible (ESD, Electrostatic Discharge) provoca daños inmediatos o latentes. Los latentes son los más traicioneros, porque el componente sigue funcionando pero su vida útil se acorta.

El límite inferior de ASHRAE TC 9.9 para las clases A1 y A2 es un punto de rocío de −12 °C o una humedad relativa del 8 % (se aplica el más exigente de los dos). En la práctica, los responsables de las instalaciones suelen mantener la humedad entre el 40 y el 55 % para tener margen.

La humedad alta: corrosión y condensación

Por encima del 60 % empieza la corrosión electroquímica de las superficies metálicas de los circuitos impresos: la humedad facilita la migración de iones y la formación de caminos conductores (CAF, Conductive Anodic Filament). Más crítica aún es la condensación: si el aire cálido y húmedo toca una superficie más fría que su punto de rocío, el agua condensa directamente sobre el equipo. El límite superior de ASHRAE TC 9.9 para la clase A1 es un punto de rocío de 17 °C y un 80 % de humedad relativa (de nuevo, el más exigente); en la práctica, la humedad se mantiene por debajo del 55–60 %.

ASHRAE TC 9.9: la envolvente de las clases A1–A4

Las clases definen las condiciones en la aspiración de los equipos TI, no en toda la sala. Cuanto mayor es el número, más amplias son las condiciones admisibles:

Clase	Aplicación	Temperatura	Punto de rocío	Humedad relativa
A1	Infraestructura crítica	15–32 °C	−12 a 17 °C	8–80 %
A2	Sala de servidores típica	10–35 °C	−12 a 21 °C	8–80 %
A3	Equipos robustos	5–40 °C	−12 a 24 °C	8–85 %
A4	Exterior, edge	5–45 °C	−12 a 24 °C	8–90 %

Son rangos admisibles; el rango recomendado para todas las clases es más estrecho, 18–27 °C. Siempre se aplica el más exigente de los dos límites de humedad, el del punto de rocío o el de la humedad relativa.

Estas envolventes se dibujan directamente en el diagrama psicrométrico como zonas de estados admisibles, y en PsychroView se pueden marcar como zonas de trabajo. La climatización tiene que garantizar que el aire en la aspiración de los racks se queda dentro de la envolvente con cualquier condición exterior, desde la tarde más calurosa del verano hasta la noche más fría del invierno.

Free cooling y su análisis psicrométrico

El enfriamiento gratuito (free cooling) aprovecha el aire exterior sin compresor cuando las condiciones exteriores son lo bastante favorables:

• Free cooling por aire: aire exterior, tras filtrarlo, directamente a la sala; válido mientras su temperatura y su humedad estén dentro de la envolvente admisible.
• Free cooling por agua: una torre de refrigeración o un aerorrefrigerador enfría el agua del circuito sin compresor.

El RITE (IT 1.2.4.5.1) exige un subsistema de enfriamiento gratuito por aire exterior en los sistemas todo aire de más de 70 kW de potencia frigorífica. En buena parte de España, el aire exterior está por debajo de 27 °C la mayor parte de las horas del año; lo que limita el free cooling directo en la costa es a menudo la humedad, no la temperatura.

Enfriamiento adiabático (evaporativo)

Los grandes operadores amplían el free cooling con un preenfriamiento adiabático: el aire exterior se enfría evaporando agua antes de entrar. En el diagrama de Carrier el aire sube a lo largo de la línea de bulbo húmedo hacia arriba y a la izquierda: baja la temperatura y sube la humedad.

Precisamente esa subida de la humedad es el límite. Con la condición de proyecto de verano de Madrid-Barajas de la guía técnica del IDAE (36,4 °C con 19,1 °C de bulbo húmedo) y un enfriador de eficiencia 0,85, el aire sale a unos 21,7 °C, una temperatura excelente, pero con φ ≈ 78 % y un punto de rocío de 17,6 °C: ligeramente fuera de la clase A1, aunque dentro de la A2. Con una eficiencia regulada al 70 %, el aire sale a 24,3 °C, φ ≈ 61 % y punto de rocío de 16,2 °C, dentro de la A1. En la condición húmeda de Madrid (32,8 °C con 20,8 °C de bulbo húmedo), a plena eficiencia el aire saldría al 84 % y con un punto de rocío de 19,8 °C, fuera también de la A2. En el diagrama, lo que manda es el punto de rocío, no la temperatura: el enfriamiento evaporativo hay que regularlo para que la línea se detenga antes de cruzar la envolvente.

Los riesgos son la subida de la humedad del aire de impulsión y la posible contaminación con los minerales del agua, así que hacen falta tratamiento del agua y un mantenimiento regular de los paneles. Los principios físicos se explican en el artículo sobre el enfriamiento evaporativo.

El PUE y el efecto de la estrategia de humedad

El PUE (Power Usage Effectiveness) es el consumo total del centro de datos dividido por el consumo de los equipos TI.

La media mundial ronda 1,5–1,6 según las encuestas anuales del Uptime Institute, mientras que los grandes centros de hiperescala llegan a 1,1–1,2. La refrigeración supone una parte importante del consumo no TI, y la estrategia de humedad influye directamente en las horas en que se puede enfriar con aire exterior. Ampliar la ventana admisible (de A1 a A2 o A3) alarga la temporada de free cooling y reduce el tiempo de funcionamiento de los compresores.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se vigilan en un centro de datos tanto el límite inferior como el superior de humedad? El inferior, contra las descargas electrostáticas (por debajo del 30 %); el superior, contra la corrosión y la condensación (por encima del 60 %). El pasillo admisible es por eso estrecho, y lo define ASHRAE TC 9.9.

¿Qué significan las clases A1–A4? Definen las temperaturas y humedades admisibles en la aspiración de los equipos TI. Un número mayor significa condiciones más amplias, adecuadas para equipos más robustos, lo que permite más horas de free cooling y un PUE más bajo.

¿Cómo influye la estrategia de humedad en los costes de explotación? Cuanto más amplia es la ventana admisible, más horas se puede enfriar con aire exterior en lugar de con compresor. Eso reduce el PUE y el consumo; por eso ASHRAE recomienda trabajar en la parte alta del rango de temperaturas admisible.