A EOLIOS Engenharia verificou e otimizou a conceção de um sistema destinado a melhorar a mistura de ar dos arrefecedores de ar situados na cobertura de locais técnicos ocupados por grupos electrogéneos.
A missão tinha por objeto estudar o sistema de arrefecimento de um centro de dados composto por um complexo de 4 grupos electrogéneos. Por conta da ENERIA, a EOLIOS verificou e otimizou a conceção de um dispositivo destinado a melhorar a mistura de ar dos arrefecedores de ar instalados na cobertura do local técnico que alberga esses grupos.
O essencial. Para proteger o arrefecimento de emergência de um centro de dados, a EOLIOS modelou em CFD um local com 4 grupos electrogéneos e os seus arrefecedores de ar na cobertura, com interior e exterior acoplados. A simulação revelou um circuito fechado do ar quente favorecido por uma empena opaca e orientou depois as correções de conceção para restabelecer uma extração eficaz das calorias.
O desafio de um projeto destes reside no domínio dos fenómenos termo-aeráulicos particulares induzidos pelo funcionamento dos motores a muito alta temperatura. Trata-se de estudar, por simulação CFD termo-aeráulica, os diferentes princípios aeráulicos e térmicos que regem a instalação segundo a configuração adotada para os sistemas de arrefecimento.
Esta análise examina o penacho de escape de uma série de geradores em relação com os sistemas de cobertura do centro de dados. O objetivo é determinar se o escape dos sistemas pode contaminar o ar de alimentação dos diferentes equipamentos e avaliar o seu impacto nos edifícios adjacentes.
Para isso, é necessário simular por cálculo numérico CFD o comportamento termo-aeráulico dos diferentes fenómenos que ocorrem tanto no exterior do modelo como no interior dos locais técnicos dos grupos electrogéneos.
Um arrefecedor de ar evacua o calor de um fluido para o ar exterior com o auxílio de ventiladores. Na cobertura, o seu desempenho depende diretamente da temperatura do ar que aspira: assim que esse ar é aquecido pela sua própria rejeição, a capacidade de arrefecimento cai. O tema junta-se aos sistemas de refrigeração para centros de dados.
A simulação integrou o conjunto dos fenómenos físicos determinantes para a fiabilidade do arrefecimento:
A tiragem térmica é o movimento ascendente do ar quente, mais leve, que escapa pelas aberturas altas aspirando ar fresco por baixo. Num local de grupos electrogéneos, condiciona o caudal de ar que atravessa realmente os motores. Ver o efeito de tiragem térmica.
Os resultados dos primeiros estudos evidenciaram a presença de um circuito fechado e de uma extração das calorias não ótima para os sistemas de cobertura. A presença de uma empena opaca favorecia a recirculação do ar extraído dos arrefecedores de ar para as zonas de aspiração.
Este fenómeno de circuito fechado provoca um aumento da temperatura de rejeição dos sistemas, que, por efeito de laço, provoca por sua vez um aumento da temperatura de retomada, o que degrada progressivamente o desempenho de arrefecimento e a fiabilidade da instalação.
O circuito fechado designa a reaspiração, pelos arrefecedores de ar, de uma parte do ar quente que acabaram de rejeitar. Cada volta do laço eleva a temperatura de retomada e faz divergir o ponto de funcionamento: é um mecanismo próximo da origem dos sobreaquecimentos nos centros de dados.
A partir deste diagnóstico, foi possível trazer soluções de otimização à conceção para quebrar o laço de recirculação, restabelecer uma extração eficaz das calorias e proteger o funcionamento dos grupos electrogéneos na cobertura.
Este estudo ilustra todo o contributo da modelação numérica em fase de conceção: ao revelar um fenómeno de circuito fechado invisível antes da entrada em serviço, a simulação CFD permite ajustar as escolhas técnicas para garantir a fiabilidade do arrefecimento de emergência, condição essencial da disponibilidade de um centro de dados.
A reter. Um local de grupos electrogéneos bem dimensionado no papel pode, apesar de tudo, entrar em circuito fechado depois de construído: é a geometria real (empena, implantação, aberturas) confrontada com o vento e a tiragem que decide, e só um estudo acoplado interior e exterior o mostra antes das obras.
Circuito fechado na cobertura, acoplamento interior e exterior e contributo da CFD num local de grupos electrogéneos.
O circuito fechado designa a reaspiração, pelos arrefecedores de ar, de uma parte do ar quente que acabaram de rejeitar. A temperatura de retomada sobe, o que degrada progressivamente o rendimento do arrefecimento e a fiabilidade da instalação. Um fenómeno comparável foi tratado no nosso projeto compressores num navio offshore.
A empena faz ecrã ao vento e cria uma zona de recirculação a jusante, na qual o ar quente extraído fica preso em vez de ser evacuado. É então reaspirado pelas tomadas de ar situadas na proximidade.
O arrefecimento depende do acoplamento dos dois: o vento e a topografia exteriores fixam as condições de fronteira, enquanto a tiragem térmica e as perdas de carga internas governam o caudal real que atravessa os grupos. Tratá-los em conjunto evita falsear o resultado.
Revela fenómenos invisíveis em planta, como um circuito fechado, antes da entrada em serviço. É então possível corrigir a implantação e as aberturas para proteger o arrefecimento de emergência sem obras corretivas dispendiosas a posteriori.
Os grupos electrogéneos assumem o serviço em caso de corte da rede. Se o seu arrefecimento se degradar por circuito fechado, podem colocar-se em segurança, o que ameaça diretamente a disponibilidade do centro de dados no pior momento.
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Este estudo termo-aeráulico realizado pela EOLIOS incide no arrefecimento de emergência de um centro de dados equipado com 4 grupos electrogéneos. A simulação CFD do vento no local e dos fluxos térmicos permitiu analisar o penacho de escape, identificar um circuito fechado do ar quente na cobertura favorecido por uma empena opaca, e otimizar a mistura de ar dos arrefecedores para tornar fiável a extração das calorias.
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