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Eficiencia energética en centros de datos

En cualquier sistema productivo es posible calcular la eficiencia energética si se compara la energía realmente útil respecto de la que necesita el sistema. Con esta información e identificando el lugar donde se producen las ineficiencias, es factible conseguir ahorros sustanciales, así como una operación más respetuosa con el medioambiente.

Por Circutor

A0CE0042046La información digital se ha convertido en un elemento indispensable en la vida diaria de las empresas, por lo que los centros de datos toman un papel relevante en todas las industrias, aspecto que motiva a encontrar la optimización en la eficiencia de dichas instalaciones, tema de primera necesidad en gran parte de los países desarrollados.

Como ejemplo práctico, un centro de proceso de datos (CPD) medio, con una potencia instalada de 100 kilowatts (kW), puede conseguir un ahorro en la factura eléctrica de entre 140 mil y 280 mil pesos al año, gracias a la mejora en la eficiencia energética. Para ello, tan importante es conocer dónde se producen los consumos, como valorar las medidas correctivas.

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Gráfica 1. Panorama de mejora de eficiencia en un CPD

En los CPD, el factor energético es tan crítico que posee un indicador específico: la Eficiencia en el Uso de la Energía (PUE, por sus siglas en inglés), definido mediante la normativa emitida por The Green Grid, entidad de ámbito mundial constituida por más de 175 empresas de renombre internacional.

La Comisión Europea también dispone de un código de conducta para reducir el impacto de los crecientes consumos energéticos de los centros de datos. Periódicamente publica las mejores prácticas para los centros de proceso de datos

Este tipo de centros cuenta con un perfil peculiar debido a los horarios ininterrumpidos de trabajo. La gran importancia de la continuidad en el servicio energético a servidores, ordenadores y comunicaciones hace preciso disponer de tres grupos de equipamientos principales para su uso exclusivo:

  1. Equipos destinados a la aportación y control de energía (tanto eléctrica como de otras fuentes, tales como gasóleo, gas, etcétera) precisa para el funcionamiento de dichas unidades de continuidad. En este grupo se encuentran las acometidas, los cuadros de distribución, los sistemas de alumbrado y refrigeración y acondicionamiento de aire de las salas correspondientes, entre otros
  2. Una o varias unidades para alimentación a los equipos informáticos (TI), constituidas por el Servicio de Alimentación Ininterrumpida (SAI), conocido también como Uninterrupted Power System (UPS)
  3. Los cuadros y sistemas de distribución de esta energía, hasta los equipos informáticos propiamente dichos
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Gráfica 2. Consumo típico de los elementos de un CPD

A grandes rasgos, es posible decir que del ciento por ciento de la energía total consumida en el centro de datos, 60 por ciento correspondería a consumos eléctricos de infraestructura y el 40 por ciento restante a refrigeración.

Es evidente, sin duda, la necesidad de disponer de unos coeficientes (PUE) que posibiliten la confección de estudios comparativos, encaminados al logro de actuaciones para la optimización de los consumos energéticos en estos centros.

PAUTAS DE CÁLCULO
Como se menciona, para el cálculo de los parámetros correspondientes a la efectividad del CPD, suele utilizarse la normativa emitida por The Green Grid. De aquí, se distinguirán dos indicadores clave para su conocimiento:

  1. PUE: Eficacia en el uso de la energía, calculado mediante la fórmula:A0CE0042044
  2. DCE: Eficiencia del Centro de Datos, calculada, en porcentaje, mediante la fórmula:A0CE0042043

Además, la Agencia de Protección Ambiental de EUA (EPA, por sus siglas en inglés) ofrece valores del PUE como referencia:

  • Histórico: 2.0
  • Tendencia actual: 1.9
  • Operaciones optimizadas: 1.7
  • Mejores prácticas: 1.3
  • Estado del arte: 1.2

Compañías como Google han conseguido que el PUE promedio de sus CPD sea de 1.22, alcanzando valores de 1.15

Dentro de la referencia histórica (PUE 2.0), el consumo típico de los distintos elementos del CPD es el mostrado en la Gráfica 1. Por tanto, una de las claves del éxito en un proyecto de mejora energética está en medir los consumos en cada tipo de equipamiento para así reconocer las áreas de mejora más asequibles.

Existen tres niveles generales de medición, cuyos puntos de medición se corresponden con los que se indican en el esquema de la Tabla 1 y en los que se considera la energía en kW/h. Para todos los niveles se tomará como referencia comparativa un ciclo de 12 meses.A0CE0042040

Existe también un Nivel 0, en el cual se consideran exclusivamente las medidas de potencia (kW), tomando los valores de la demanda general de la instalación y de la salida de UPS.

El mercado ofrece una amplia gama de productos que facilitarán la toma continua de datos para el control del PUE y del Data Communications Equipment (DCE), rendimiento de equipos UPS, gestión energética y mantenimiento del CPD; desde contadores de energía, analizadores de redes, protecciones diferenciales ultrainmunizadas, sistemas de filtrado de armónicos, hasta software de gestión Power Studio Scada y sistemas de compensación de energía reactiva.

Solución mediante sistema SCADA
Para el estudio, son precisas dos fases de implantación y una tercera de estudio:

Medición. Con la incorporación de equipos analizadores de redes tipo CVM, con sus correspondientes transformadores de intensidad, provistos de comunicaciones serie RS485, para conocimiento de las energías circulantes

Análisis. Se realiza con la implantación de la aplicación Power Studio Scada, el cálculo y la visualización de los valores resultantes, así como la confección de los informes correspondientes

Mejoras. Analizando los datos recogidos, se puede decidir qué equipos están consumiendo

Solución mediante pantalla de visualización local
Para el estudio son precisas dos fases de implantación:

  1. Incorporación de equipos analizadores de redes, tipo CVM, con sus correspondientes transformadores de intensidad, provistos de comunicaciones serie RS485, para conocimiento de las energías circulantes
  2. Incorporación de un autómata energético, tipo EDS, con funciones de almacenamiento y tratamiento de datos, con su correspondiente programación incorporada, añadiéndose además una pantalla de visualización local
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Gráfica 3. Solución mediante pantalla local

Como ejemplo, se presenta en la Gráfica 3 el detalle de la topología de comunicación mediante la instalación de analizadores CVM, del autómata energético EDS y pantalla para visualización local.

¿Cómo mejorar la eficiencia de un CPD?
Con la ayuda de las mediciones y el análisis llega la ejecución de acciones de mejora. Cabe resaltar que existen acciones que no implican inversión, como un cambio de potencia contratada a fin de contar con una menor; de esta manera, se ahorra en costo directo. Asimismo, existen acciones que sí requerirán una inversión, como el cambio de equipos por otros más eficientes.

Para ordenar dichas acciones de mejora es posible utilizar una priorización, según la eficiencia que podemos conseguir con cada una de las acciones. Tal priorización se calcula comparando la mejora conseguida con la inversión necesaria para lograr esa mejora:A0CE0042047

Donde:
Pa: prioridad de la acción
CEa: consumo energético en la situación actual
CEm: consumo energético con la medida por adoptar
Inversión: valor de la inversión para conseguir el ahorro

Con esta valoración, para cada posible acción de mejora se puede confeccionar una lista de acciones y ordenarlas de mayor a menor prioridad.

Como posibles medidas por adoptar a corto plazo se encuentran:

Analizar los patrones de uso de los entornos desplegados

  • Calcular los tamaños mínimos de los grupos de servidores que permitan mantener los niveles de servicio
  • Apagado de la capacidad no utilizada, siempre y cuando se mantenga una disponibilidad correcta

Virtualización y consolidación

Sustituir hardware

  • Virtualizar los entornos de pruebas
  • Sustituir hardware obsoleto

Cambios en la gestión de la sala

  • Correcto control y ajuste de la temperatura de la sala

Cambios en la infraestructura de refrigeración

  • Nueva maquinaria de refrigeración más eficiente.
  • Pasillos calientes-fríos
  • Eliminación de huecos en los racks
  • Futuro: utilización de aire externo

Optimización de la iluminación

A0CE0042038Para una lista más exhaustiva de mejoras en centros de datos se puede consultar Mejores Prácticas 2013 recogidas por la Unidad de Energías Renovables de la Comisión Europea.

Finalmente, los CPD son importantes consumidores de energía eléctrica, que hacen posible dividir el consumo en la energía útil para equipos informáticos y en la energía adicional necesaria para su buen funcionamiento. Dicho consumo energético es tan crítico que posee un indicador específico: el PUE.

En CPD con PUE no optimizado, esta energía adicional llega a suponer 50 por ciento de la energía total, lo cual presenta un panorama muy adecuado de mejora. Según las exigencias de disponibilidad mínima requerida y las posibilidades de inversión de mejora se logran ahorros de hasta 20 por ciento de la energía total consumida.

Es posible estudiar y medir las mejoras viables en un centro de procesamiento de datos. Las fases fundamentales son la instalación de equipos de medida energética, el análisis de los datos recogidos y la toma de decisiones en función de dicho análisis.
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CIRCUTOR, con décadas de experiencia en soluciones de eficiencia energética, ofrece una amplia gama de productos que le simplificarán la toma continua de datos para el control, mantenimiento y la gestión de la eficiencia energética del CPD.

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