ondicionamiento aire para salas · ocupantes y el total del aire circulante acondicionado es alto...

ONDICIONAMIENTOAIRE PARA SALAS

DE PROCESO ELECTRONICODE DATOS

HERNANdo CAII1AcltO GARciA I

[1 .. ~~I~"PIJ~~,q!N~siste~~a~~:a~:~e'~ec~e:tt:a:l~~~U~'I~~:I~a;~~~~~~~dos equipos de c6rnputo y auxiliares necesa-

rios para realizar una funcion particular del proceso de informacion. Esas rna-quinas generan calor y contiencn elementos sensirivos a condiciones extrernasde temperatura, hurnedad y a la presencia de polvo. La exposicion a condicionesarnblenralcs por fuera de ciertos limites definidos puede resultar en una opera-cion inadecuada de esos equipos, 0 sencillamentc en una paralizacion de susistema operative.

Los equipos de acondicionamiento de aire para salas de cornputo Son espe-cificarnente discnados para mantener en forma confiable niveles precisos detemperatura, hurnedad y limpieza del aire en recintos con equipos de procesa-miento de datos.

1- /rIg _Mecallico,profesor Asoctaao,Departamento de area de procesarniento de datos redundara en beneficios para el usuario tanto

tegenierta stecantca U.N. descle el punta de vista de funcionamiento de la sala de c6mputo como de loscostos de inversion mherentes at mismo

La apropiada seleccion del equipo de acondicionarniento de aire para un

INGENIERIA E INVESTIGACION 49

2. CRITERIOSDE DISENO

Las areas en las cuales se instalenequipos de compute requieren concli-cianes am bientales coniroladas paramantener un clima apropiado tantopara estes como para la camadidad delas personas que los opcran, tales con-diciones invoiucran control de los fac-torcs: temperatura, humedad relativa,limpieza del aire y nivel del ruida. Lasrecornendaciones generales de estascandiciones estan dadas en la Tabla 1.

Es deseable mantener una tempe-ratura promedio en el cuarto en el li-mite inferior del rarigo de tolerancia de22 ± JO Centigrado, can 10 cual se ga-raru.iza que la mayorfa de los cquiposperrnaneceran a una temperatura den-lro del interval a esrablecido para unaoperaci6n satisfactoria y, aclicional-mente es posiblc soportar picas de car-ga de calor de cort;] duracion, sin quese afecle la operacion de los equipos.En relacion con la humedad relativa,altos niveles pueden causal' una alimen~laci6n inadecuada del papel yen algu-nos casas condensaci6n en las super-ncies del equipo; bajas condiciones de

hurnedacl relativa en cornbinacion canotros faciores pueden causar descargasestaticas que pueden afectar la opera-ci6n del proeesamiento de datos y otrosequipos electronicos: es por ello que,para rnantener una apropiada humedadrelativa en eI centro de compute debenser instaladas barreras de vapor alrede-dol' del exterior del mismo para evitarIa filtraci6n de humedad ocasionada porla diferencia de presion de vapor entreel centro de compute y las areas extc-riores. La presencia de polvo atmosfe-rico puede afectar la operaci6n de losequipos, par 10 eual es neeesaria unabuena filtracion del aire y un apropia-do manrenimiento de los filtros: los fiI-tros sucios pueden causal' reducei6n enel Ilujo de airc y disminuir la relaci6nde calor sensible (SHF) del equipo delcentro de compute. EI sistema de ven-ulacion debe suministrar solamente el'lire exterior suficiente para satisfacer losrequerirnientas del personal que operadichas equipos y mantener el centro decomputo bajo una presi6n neta positi-va en relaci6n con los espacios de losalrededores; tenienda en cuenta queJa mayoda de los centros tienen pocosocupantes y el total del aire circulanteacondicionado es alto comparada conlas condicianes de comodidad, 103ne-cesidad de rnantener una presion po-

Factor Nivel Recomendado

Temperatura Ajuste y Rango 22:f: 1°C

Humedad Relativa Ajuste y Rango 50 + 5%-

Calidad de aire filtrade (ASHRAE standard52.1 - 1992, eficiencia a traves de la 45%, minime 20%decoloracion producida per pelve

atmosferice).Tabla 1. Condid011es

Tipicas de Disei1.o paraSalas de Computo

50 INGENIERIA E INVESTIGACION

sitiv a es gencr-alrnerue el criteria ded isefi o que irnpera . En la mayoriade los centres de co mputo alrede-dol' del 5% de aire exterior es su fi-ciente para satisfacer los re quer i-mientos de vcnulaclon. Los sistemasde a ire acondicionado deben ope-rar dentro de niveles de ru ido si-mil ares a los del e qu ipo de cornpu-to, 10 que no es crirer io dif'icil desatisfacer, sinernbargo , las vibracio-nes deben ser aisladas para evitaruna transforrnaci6n estructural alequipo de cornputo.

Con el objetivo de evitar danos enlos equipos de compute algunos fabri-cantes han eSl3blecicio criterios aclmi-sibles para las tolerancias en las tasasde cambio ambienta! que pueden serusualmente sarisfechas pOI'aquellos sis-temas que utilicen un control de res-puesta de uso comercial de buena cali-dad, entre ± 0.50 centigrados y ± '5% dehumedad relativa.

J. CARGA DEENFRIAMIENTO

La composicion de la carga de en-friamiento puede ser determinada te-niendo prescnte qllC la mayor ganan-cia de calor en un;} sala de computa-dores es causada pOI' los equipos, estaa!tamente concentrada y distribuidadesuniformemente. Las ganancias decalor de la iluminaci6n pueden sel- com-parables a aquellas encontradas en unespacio de oncma con buena calidadde iluminacion; las cargas pOI' ocupa-ci6n de las personas y requerirnientosde alre seran de bajas a moderadas. Las

ganancias de calor a traves de la es-tructura obviamente depcnderan de lalocalizaci6n y construccion del cuarto,si el piso 0 el techo son utihzados comoplenum la transrnision de ganancias decalos a esos espacios debe SCI' evalua-da cuidadosamcnte y teniendo en cuen-ta para eJ diseno.

Debido a la relativa baja ocu paciony a la proporcion de aire exterior lasganaricias de calor en sanas de COIll-

putadores son casi siempre rotalmenrescnsibles. A causa de esto y de la bajatemperatura de disefio de los cuartos,el surninisrro de aire par kilovatio deenfriarnienlo sera mayor que para lamayoria de las aplicaciones de Co11l0-didad.

Una relacion de calor aproximada-mente entre 0.9 y 1 debera Ser selec-cionada para aplicaciones en salas dec6mplllo.

4. SISTEMAS DEACONDICIO ..NAMIENTO DEAIRE

Los equipos para acondiciona1l1ien-to en centros de computo deben Serindependientes de otros sistenlas en eledificio e incluir ent.re au-as los siguien-tes pmcesos: filtracion, enfriamiento ydesh u mectaci6n, hu mectaci6n ycalentarniento del aire, as! C01110, estaren condiciones de operaI' en formacontinua. Las salas de computo pue-den ser acondicionaclas con una varic-dad amplia de sistemas que incluyen:


I Unidad compacta independientecon rnanejo de aire y refrigera-cion estre chamente acopladosdentro de un gabmete cornun einstalados en la sala de compute.

2. Unidad compacta de Agua He-lada localizada dentro de lasala de cornputo y atendidapor equipos de refrigeracionen un sitio rernoto.

3 Sistemas cenrrales con mancjo deaire y equipos de refrigeracion 10-calizados fuera de la sala de com-puto.

4. 1 UNlDADES COMPACT ASINDEPENDIENTES.

Las uniclades cornpactas deben serespecificamcrue drsenadas para aplica-ciones en centres de compute, sus es-pecificaciones de funcionarruento yconnabilidad son superiores a las deequipos de lipo compacta cmpleadosen sistemas convencionales deacondicionan1iento par3 LLsageneral,aun .cuando utilizan los mismos corn-ponemes. Las unidades compactas in-cluyen los siguientes elementos (I)compresares de tipo reciprocable, concircuitos de refrigeracion paraserpentines de enfriamiento ycondensadares, (2) filtros de aire quecumpJen las especificaciones de limp ie-za del aire en salas de computo, (3)humidificadores, (4) serpentines derecalentamiemo, (5) comroles para laregulacion del equipo durame su fun-cionarniento, (6) panel de indicadoresde [uncionamiento y alarmas de infor-macion sobre elementos en mala ope-racion y (7) relojes indicadores del es-


tado de carga en los filtros para eviden-ciar su oportuno reernplazo. Las uni-dades condensadoras del cicio de refri-gcraci6n usualmente se utili zan comomedia de conclensaci6n agua, y estanconectadas a condensadorcs remotesenfriados por aire. Las unidades com-pactas que utilizan pisos falsos comoplenum son corrninmente utilizados encentros de compute cuyos requerirnicn-tos de enfriamiento Son mas de 5 tone-ladas de refngeracion. (Figura 1.)

4.2. UNIDADES COMPACT AS DEAGUAHELADA

Estas son sirrulares a las unidadescornpactas independientes excepto enque son atendidas par unidades de re-frlgcracior, localizadas dtstantes del sa-lon de compute, y gcneralrnente esranconeetadas a sistemas de agua helada.Entre las ventajas que representa estesistema estan: elmenor espacio reque-rido por las unidades manejadas den-tro de las salas de computo, en razon aque dichas unidades no contienen elequipo de refrigeracion y por 10 tantoson mas pequei'ias que las unidadescompactas independientes, y el men orrequerimiento de operaciones de man-tenimiento para el equipo, dentro delcentro de C001putO.

4.3. SISTEMAS CENTRALES

Son equipos de mayor capacidadque los de tipo compacto y dado queno estan I·ocalizados dentro de las salasde equipos es posible tener mayor ne-xibilidad en el disei'io y 1a instalaciondel sistema, facilitando las operacionesde servicio y mantenimiento que esterequiera. Ademas no se emplea espa-

{(J0r-

I~

F(!!.IU"(I I.Acondtcionador cit' (II re defluio bacia (fv(~i()/,(/ Fa .)f/lrfS de' c i )J}'ljJlIlf./

INGENIERIA E INVESTIGACION "

cio en el piso del salon de cornputo ylas operaciones de mantcnimiento sepueden efeetuar en areas exclusivamen-te dedicadas al e qu ipo de acon-dicionamiento de aire. Adernas de 10anterior, los sistemas centrales son sus-cepLibles de expendirse en la medidaque se adicionen futuras cargas en lasareas de cornputo. EIsistema de ductosde conducci6n par;] surninistro y re-torno pucclen aislarse convenientemen-tc incluyendo barreras de vapor queprevengan el paso de hurnedad a lasareas de cornputacion.

~. DISTRIBUCIONDEL AIRE DESUMINISTRO

Los equipos de compute que ge-neran cant.dades ap"eciables de calorson ensamblaclos con vcntiladores y pa-sajes internos que conducen el aire deenfriamienlo hacia arriba;) traves delequipo dcsde un acceso inferior hastalIna rejillo de descarga en la parle altadel mislllo, con esta las ganancias decalor en [~l sala de COTnputo son fre-cuenLemen[e muy concentracbs. Por 10anterior y con el objelivo de lener lamenor estratificaci6n de teruperatur-aenel salon. la distribucion del aire de su-lllinisLro debe coinciclir can J~l c1istribu-cion de la carga de calor y eJ termosta-10 de control estar localizado dondemicla ia condici6n promedia del airealendida. EI sisterna de dlstribuciondebe ser 10 slificientemente flexiblep;lra acomodarse a los carnbios en losdel nentos basicos.

Los sistemas de suminislro de airerequieren aproximadamente 75 1/5 pOl'


Kw de cnfriamiento (aproxirnadarnen-tc 560 CFM/TR) para saLisfacer las con-c1iciones en los centros de compute.Esto permite una tasa de intercarnbiode aire para el area del equipo de com-pute, recluciendo Ia tendencia a que seformen zonas calientes en e1 recinto ypermitiendo una distribucion de tem-peratura uniformc para los sensores detemperatura.

5.1. SUMINISTRO DE AlREU11UZANDO PISO FALSO

Para fucilitar la interconexion de losdiferenres romponentes del equipomediante cables electricos aquellos seubican en eI centro de cornputo sobreun piso falso que garantiza un nivel Ii-bre y plano para el dcsplazarnlento delas personas sobre un espacio en el cualse instalan los cables de conexion. EIpiso falso esta construido con tabletasgeneralrnente con al1l1al1leralica, 11lOIl-

taclas sabre gatos calibrados inclividual-mente para facilitar la COITecta nivel::i-cion del piso. EI material de las table~tas debe evitar la acuJnulaci6n de C3r-

gas estaticas y per1l1itir un fadl montajey desrnonr.aje.

La cavidad bajo el piso falso consli-r.lIye lin canal de dislribucion del airepara aquellos sistemas que 10 ul.ilizanC0l110 plenum 0 en Sli defecto un espa-cio para localizar los eluetos ele sllmi-nistro, cuanda se lltilice esta alternali-va. EI aire condllodo a traves del pisofalso es c1islribllido al salon medianterejillas de suminislro 0 paneles perfo~rados localizados alrededor del salon 0

en cercania de aquellos cornponentesdel equ ipo que desprenden mayor can-tidad de calor. eSloS paneles son dispo-nibles en el mercado similares en apa-riencia e interc31l1biables can los pane-

les convencionales del piso false yadicionalmente cuentan con aletas rno-vibles tipo mariposa Can el objeto debalancear el fluja de aire.

Es necesario que exista suficientearea libre entre el ptso false y el niveloriginal para perrniur el flujo de aire,normalrnente un despeje de 300 mrnes deseable y como minima 250 mrn,pero en aquellas aplicaciones dandeel cableaclo es excesivo a el caudal delaire requerido es especialmenLe alto,es necesario un mayor espacio libre.Adernas, la conexi6n de suministro de"ire ala cavidacl bajo el piso falsa clebearreglarse de forma tal que se mlnirui-ce la turbulencia, para lo cual pueden

Figura. 2. Suministro de aire utilizando piso f'atso

ser utilizaclos codes dellectores a I" sali-cia de I" -u n ida d cle descarga.Adicionalmenre, deben evitarse los cam-bios bruscos cle direcciorr en el flujo y I"interferencia que a cste pueclan ofrecerlelas tuberias de conclucci6n electrica e hi-draulica propias cle las msralaciones desurninistro al equipo. (Figura 2).

5.2. SUMINISTRO DE AlREUTILIZANDO COMOPLENUM EL TECHO FALSO .

El surninistro de aire a Craves deltecho falso, utilizanclo eI esparto entreeste y el techo real como plenum, rue-

.~. __ ..----- "

INGENIERIA E INYESTIGACION 55

dtanie paneles de tech a perforados esuulizado ocasionalmente en aplicacio-nes para centres de compute. Este men-taje se ernplea tanto en sistemas cen-trales como en equ ipos cornpactos ypuede sausfacer sunuhanearnente los requerimientos del equipo COITIO los decornodtdad de los usuario. Sinernbar-go esta distribucion puede ocasionarlurbulencias en areas abiertas de lassalas de cornputo y en general cs me-nos flexible que la distrtbucion a t1"3-

ves de piso false. EI disefio del plenumen el iecho para la distribucion del airedebe garantizar suficlente altura de la ca-vidad para terminal' un flujo de aire sinturbu lencias: las rnejores condiciones selog-an cuando el aire se distribuye a rra-ves de ducros montados en este espacio,cuyas descargas al plenum se hacen atraves de rejillas par encima del techofalso y los paneles perforados del techocomo salidas del aire para su distribu-cion final al salon. (Figura 3.)

Figuta 3. Sum'iniSlro de aire utilizClrldo como plenum eltecho fa/so

DUCTO PRINCIPAL~~~ a DE SUMINISTRO i....

DrRECCION DELFLljJO DE AlRE

UNlOAD VERTICAL:rCON OESCARGA---,HAEfA 1SUMINISTRO

DUCTO PRINCIPAL DE SUMINISTRO

/

SERPENTIN DtENfRIAMIENTO DETIPO INCUNAOO

RETORNO

REJILLA DEI RETORNO t'u H'"


5.3 SUMINISTRO DESDEARRIBA A TRAVESDE DUCTOS

EI surninistro de aire a traves deductos en el techo puede ser rnuy fun-cional cuando tanto las cantidades deaire de surnirustro como la necesidadde tlexibiliclad en SU disposicion sonmuchas. En la mayoria de las aplica-ciones en salas de computarion el SLI-

ministro de aire a (raves de ductos

f.'ip,ura ·1. Sumnnsrro de dire desde ((!'I//1(( (/ Irtu0s de rlllclos

superiores se lirnita al necesario pararnanejar las cargas de luz de personaldcntro del reciru.o y las cargas OC1-

sionadas a n-aves de In estructura delsalon, rnieruras que un sistema de su-rninistro a traves de piso false at ien-de las necesidades del equ ipo de pro-cesamiento, sin embargo, cuando la~cargas son grandes los difusores detecho pueden ocasionar chiflones, ex-pecialmente si los tcch os son bajos.(Figura 4)

_-:::.-~- "::,...-- - "-~-..... "" -,

"","

EOUIPO PE~UENO(ENFRIAMIENTO SOLAMENTE)

~

PL£NUM DE SUMINISTRO

-B<lSE DELEQUIPO


6. AIRERECIRCULADO

Las ternperaturas de descarga dela ire 31 dejar los equipos de procc-sam leru o son mayores que las delsalon, p or 10 cual es deseable re-mover c1icho calor (all cerca comosea posible de 13 Fuente, no obs-t.a n re , logra r esto para ca da uno delos elementos del equipo puederc quc i-ir una cu ntida d exte nsa deduetos. Sin embargo, debido a queun a s pocas un ida dc s son los rna-yores ge nera dores de calor en una

instalaci6n usual, cerca a esras p ue-den col o carse una rejilla rnientrusque el calor generado pOI' los equi-pos pequenos es descargado al am-biente y remcvierido pOI' rejill as dis-tribuida s en el espacio. EI uso deplenum en el techo para a irerecrrculado ha side utilizado en for-ma exitosa, por euanto can su uscel calor gene-ado por el equ ipo deprocesamiento, tanto como el pro-veniente de In iluminaci6n puedeser recogiclo y conducido a tra vesde un ducto a la parte superior deuna uniclad compacta, la cual (ratael a ire y 10 descarga a la cavi da d desumintsrro bajo el p iso falso

7. CALCULO DE LA CAPACIDAD DE UNEOUIPO DE ACONDICIONAMIENTODE AIRE PARA UN CENTRO DE COMPUTO

EIcalculo de la carga ele enfriamien-to para un centro de procesamienlo dedatos requiere inforo13ci6n detail adasobre eI disefio del edificio y elatos me-t.eoroI6gicos, en condiciones seleccio-nadas de elisefio, que generalrnente in-c1uyen,

-Obtener las earaeterisricas deledificio. Los materiales del edi-ficio, lalTlail0 de los componen-tes, colores de las su perficiesexteriores y SU configuraci6n sedeterminan habitual mente a par-tir de los pianos yespecifieaeio-nes del eelificio.

- Deterrninar el ernplazailliento yorientaci6n del edificio. Los pia-nos y las especificaciones debenconlener esta jnfonnacion.


-Obtener datos apropiados sobrela c1imatologia y seleccionar lascondiciones de c1iseilo exterior.

~Seleccionar las condiciones de di-seno interior, como son la lempe-ratura de bulbo seeo, I" tempera-tura de bulbo htll11edo y el gradode ventilaci6n.

-Obtener una relaci6n sobre las pro-puestas de alUlTIbraclo, oeupantesy equipos interiores que contribu-yen a la carga termica interna.

- Seleccionar la hora del dla parahacer el dlculo ele la carga paraenfrial1liento.

- Frecuentemente, es necesal-ioevaluar varias horas del dia.

- Calcular la C1I'g3 refngcracton delcentro en condiciones de diseno.

La Figura 5 presenta la conff gu-racion de u n centro de cornpuro,

en 1(1cua l se especifican los tu a .Icrialcs de consu-uccton, la compostrionde techos y paredes y SU orientat-ionPara este centro se han establerido Llssigu ientes condiciones de diserio:

""'10".----'. ," ". ,

o

UNI DAD DE DISCO-

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ComputodorA no I.ogo

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1,00.

AM.IINT •.. COIll)IQ .... OO

.........~.r.••'orr Uni40d d. con.frol

CEJIf AD •

- Los muros Norte, Oriente y Occide-ntc son extertores de color clare y sin venctnas £1 rnuro sur es interior 'I d:l aun ambtenre acondlctonado .

. Ubicacion. Bogota, 4" Latitud None

Figura 5. Configuracton de un Centro de Procesamiento de DalOS

______________ ---1


7.1. CONDICIONES DE DISENO

EXTERIORES INTERIORES

Temperatura bulbo seco: 23°C (74°F) 20°C (68°F)

Temperatura bulbo hurnedo: 18°C (64°) <.' 13°C (66°F)

Humedad relariva: 61% 50%

7.2 DETERMINAICON DE LACARGA DE ENFRlAMIENTO

Los principales factores que cons-tiruycn la carga de enfriarntento quedebe ser retirada del ambiente son: ga-nancias de calor a traves de 13 estruc-rura: calor generado pOI' el equipo yla ilummacion, calor transfer-ida al am-bienre pOI' las personas que operan losequipos y ganancias mtscelaneasocacionadas per ftltraciones y otros fac-rores.

7.2.1 Determinacion de Ja car-ga de enfriamiento causada por Iaganancia de calor transmitida a tra-ves de Ja estructura,

Est', constituida par las gananciasde calor a Craves de los tejados, murosexteriores e inferiores del recinto. EneJ case de tejados y rnuros exterioresesnecesario est..'1blecerel concepto detemperatura aiJ'e-soL Esta es la teITIpe-ratura del aire exterior que, en au-sen cia de todos los intercambios pOl'radiaci6n , de la misma intensidacl deentrad3 de calor en la superficie queexistiria can la combinaci6n real de bradiacic5n solar incidente, intercambiode energf01radiante can eJ finnanlenloy atras enlorl1oS exteriores e intercam-bio tecnico convectivo con el aire exte-


rtor. EI flujo cal6rico sabre una super-ficic ilurninada par el sol esraria deter-mmada por 101siguiente expresion:

q

A

donde

0: = absorbencia de la superficie parala radiaci6n solar

I. = radiaci6n solar total mcrdente en la, superficie, W!m < QC

h =coeficiente de rermotransferencia° par radicaci6n de onda larga y

convecci6n en la superficic exte-rior, W!m2

t = temperatura del aire exterior, QCe

t = temperatura de la superftcie , QCs

E = ernitancia bemisfertca de la super-ficie

""H~ diferencia entre radiaci6n de ondalarga incidente en \a superfkie des-de el firrnamento y entornos, y Iaradicaci6n emiticla pOI' Lin cuerponegro a Ja temperatura del aire ex-terior, W /nl.!

Suponiendo que la velociclacl detransrnisi6n ternlica puecle expresarseen terminos de 101telnperarura sol-aire,t :e

q

A

De las ecuaciones (1) y (2) .

r.t = t + a-'-e S h

o

EL',R

ho

ASI-lJ\AE (1) ha desarrollado tablaspara determinar los valores de las tern-peraturas aire - sol, para superficies ho-rizontales y verticales incorporando laradicacion difusa en un cielo despeja-do y ei reflejo del suclo. Las tablasineluyen diferentes valores de losparametros o./h relacionados con elcolor exterior dOe la superficie. Paradet ermin a r el flujo ca lo ricounidirnensinal a traves de techos y pa-redes i1uminadas par el sol, se utilizael metoda de funcion de transferencia;la ganancia cal6rica se convierte encarga de enfriamiento utilizando las fun-danes de transferencia para diferenLestipos de ambiente, con caracteristicastermicas, media y pesada.

Los cilculos se basaron en la tem-peratura aire-sol descrita anteriormen-

te bajo el supuesto que la temperaturadel aire era constante e igual a 25°C.Los resultados se expresan como un i-dades de diferencia total equivalente detemperatura para carga de enfriarnien-to (CLTD) y resultan de dividir la cargade enfriamiento por el valor U (coefi-ciente total de transferencia de calor)de cada tejado 0 pared. El valor de latemperatura aire-sol clepcncle de la tem-peratura del aire exterior y de la inten-sidad de la radicacion solar, por 10 tan-to, un cambia en la temperatura del aireexterior 0 en la localidad geograficarnodifica la temperatura airc-sol Losvalorcs cxpresados en las tablas desa-rrolladas por ASJ-[RAl, fueron calcula-dos con relaci6n a una temperatura deaire interior de 25°C., una temperaturamaxima de 35°C y una temperaturamedia exterior de 29°C, con oscilaci6ndiana exterior de 12°C y una variacionde radicacion solar a 40 N de latitud.Los valores as! obtenidos pueden sercorregidos cuando se presenten vada-ciones respecto de estos parameLros,in-troducidos par cambio en el cicio detemperaturas, color del techo, tempe-raturas de diseno en inLeriores distinL3Sa 25,5 QCY temperaturas medias exte-dares distintas a 29°C, as!:

CLTD'o~I(CLTD + LM)·K + (255 - TR) + (To - 294))· f (4)

Donde:

a) LM es la cOITeccion de latitud para una superficie horizontalb) K es el factor de correccion de calor que se aplica despues de las primeras

rectificaciones en e1111etodode latitlld-llles. No esta acreclitado su uso parael coloreado del techo, excepto cuando la perlllanencia del color de alum-brado se establece experimentalrnente, es el caso de zonas rurales 0 ligeracantidad de humo.K 1.0 si el color es oscuro 0 en llurninacion de zonas industriales.K ~ 0.5 sl el color de la luz es pennanente (zonas rmales)


c) (255- T,) correccion de la temperatura interior del proyeeto

d) (T -29.4) correcci6n de la temperatura exterior, cuando To es el promedioo

de la terncpratura exterior diana del proyecto

f es eI factor para carnara de cielo raso ventilado y!o conductor pm encimadel techo y se aplica despues de haber realizado todas las dernas correc-ciones

e)

f::; 1.0 sin conductos en carnara ciclo rasaf ~ 0.75 ventilaci6n positiva

Los valores de 1'1 tabla han sido cal-culados can 0 sin techo suspendidopero sin que suponga baja en laverntilacion pasiva 0 en el espacio delos conductos de retorno. Si el techoest.i aislado y se utiliza ventilaci6n en-tre el techo y el suelo, CLTD puede re-ductrse en un 25 por 100 (f ~ 0.75), Seutiliza el espacio sobre el techo suspen-dido para plenum de retorno de aire 0

cuando puedan ser localizados separa-darnente los conductos de retorno deaire.

De esta forma el calcu!o de la cargade enfriamiento del ambiente segun laganancia calorifica por conduccion a tra-ves de tejidos y rnuros exteriores pue-de establecerse utilizando la siguienteexpresion:

q (5)

Donde:

Coeficiente total de transferencia de calor para la superficieW!rn' [(Area neta de 1a superficic, rn2

Diferencia de temperatura para calculo de cargas de entriamiento, K

U=

A~CLTD

Wrr

U~ (~R. + RI + R, + "., Rn + R;

Re, 1\ Respectivamente resistencia termica unitaria de los recubrirnientos de la

superftcie exterior e interior, m2 K!W

R"

,.Rn

, Respeetivamente resistencia termica unitaria de los materiales que cons-tituyen la sllperficie rn2 K!W


7.2.1.1 Carga de enfriamiento por ganancias de calor a traves deltecho

EI techo esta constitu ida par una placa de concreto Iiviano de 200 mm deespesof, de color exterior negro, recubicrta en el interior por 25 rnm de panete,can 10 cual los valores a emplcar en la Ec (6) son:

R 0.059 m' "CI W. Resistencia de la superficic exterior

R 1.174 m' "C/W . Resisrencia de 2000 mm de concreto

R 0.026 m- "C/w. Resistencia de 25 mrn de pafiete interior

R 0.121 m' "C/W Resistencia de supcrficie interior

u 1 0725 I W 1m' "C]0059 + 1.174 + 0.026 + 0121

EI area de la superficie de la cubierta: A ~ 210m'

EI valor maximo de CLTD para este Lipo de superficie se prescnta a las 20horas y corresponde a 30 "C. AI reemplazar en la Ec (4) tenernos:

[( 30 - 11 ).10 + (252 - 20) + (23 - 294) 1·10 = 28°C

De 10 anterior, al emplear estos valores en la Ec (5), tenernos:

q ~ 0725 x 210 x 28 ~ 4263 W

7.2.1.2 Carga de enfriamientopor ganancias de calor a travesde las paredes exterlores,

Las paredes exteriores estan corn-puestas de un mum de ]50 mm. deladrillo, recubierto par 25 mm. depanete de lado y lado; el color exteriorde los rnuros es claro. EI salon esra ilu-minado pOI' luz artificial, poria cualno se dispone de ventanas en ningunode los muros. Para estas condiciones,

los valores a utilizar en la Ec (6) son:R ~ 0.059 111' °C/W Resistencia de

e

la superficlc exterior

R, ~ 0.026 111' °C/W Resistencia de25 mm. de panete exterior

R, ~ 0.2]0 m' "C/W Resistencia de150mm de ladrillo cornun

R3

= 0.026111' °C/W Resistencia de25 mm. de pancte interior

Ri= 0.121 m' "C/W Resistencia de

1'1superficie interior

INGENIERIA E INVESTIGACION bl

12.26 [W /rn" DCIu

0.059 + 0026 + 0.21 + 0.026 + 0.121

Los valores de diferencia total equivalente de remcpcratura para carga deenfriamiento (CLTD) para las paredes exteriores tomadas de las tablas desarro-lladas por ASHRAE,'lsi como los valores corregidos se presentan en el siguientecuadra

Pared U A CLTD CLTD q

W/m'- DC rn2 DC DC W

Norte 2.26 45 11 586 595.9

Este 2.26 42 17 1104 10479

Oeste 2.26 42 22 1249 11856

TOTAL 2.8294

7.2.2. Carga de enfriamicnto de- Unidad Centralbida al Equipo de Procesa-miento de Datos, la Iluminaci6n Pantallas y Otrosy los Operadores.

Equipo

Esta carga corresponde al calor ge-nerado pOl' los equipos electr6nicos deprocesarniento, y depende del tipo deordenador utllizado. En general su va-lor oscila entre 237 Y 552 W/m' paraordenadores digitales.

Para el ejemplo c1ecalculo los datoscorrespondientes 31 equipo central yperifcrico son los siguientes:


32000 W

3500 W

Carga Total del Equipo : 35500 W

Ruminaci6n

Las ganancias de calor por efeetode la iluminaci6n pueden ser muy di-ferentes a 13 energia electrtca suminis-trada par las luces. Parte de esta adop-ta la forma de radiaci6n y solo afecta alaire despues de Sll absorci6n por pare-des, pisos y rnuebles y cuando han al-canzado una tcmcperatura mayor quela del aire.

Generalmente el regimen de ganan-cia calorifica del alumbrado electricopuede ser calculado de la siguiente ex-presion.

q= potencia total de la luz en vatiosx factor de usa x factor de pre-si6n especial.

La potencia de iluminaci6n se ob-r.iene a partir de los regimenes de to-dos los aparatos de iluminaci6n insta-lades para ei alumbrado general.

EI factor de usa es la relaci6n de lapotencia en uso para las condicionesen las cuales se hace el calculo, can lapotencia total instalada Para instala-ciones, como las de centro de compu-to sin ilurninaci6n natural el factor deusa es general mente la unidad.

El factor de prevision especial seintroduce para aparatos fluorescentesy otras que requieren mas energia queSll potencia de regimen. Para las lam-paras lluorescentes este factor Liene encuenta las perdidas en las reactancias.Para las lam paras de 40 W de encendi-do l-apido el factor de prevision espe-cial es de 1.2.

La potencia total insl.alada en eIcentro de procesamiento es de 5000valias en lamparas fluorescentes, can10 eual.

q~ 5000 x 1.0 x 120 ~ 6000w

Como se ha indicado anteriormen-I.e, la carga de enfriamienl.o debido ala IIum inacion no reflep inmediatamen-te el rendimiento total de energia de

las luces. Varies estuclios realizados in-dican eI efecto ejercido sabre la cargade enfnarniento en funci6n del tipo dealumbrado, el upo de surninistro y re-lorno de airc, el mobtl iario de los re-cintos y las caracteristicas terrnicas delambientc. Se han forrnulado para es-tos parametres una serie de valoresnumericos que perrruten el calculo delos factores de carga de enfriarntentoapropiados (CLF). el cualquier momen-ta la carga de enfriamiento para el am-biente deb ida a1 ahn nbrado es la ga-nan cia caloril'ica (q) muluplicada parel factor de carga de enfriarniento (eLF).

Para eI centro de compute del cjem-pia, se corisideran los siguientes iarto-res, la iluminaci6n permancce encen-elida alrededor de 12 horas diarias, laventllaci6n se hace mediante impulsiona traves del suelo a una tasa media, elrecinto se encuenrra amoblado canrnuebles con:ientes sin alfombra, paraestas condiciones CLF ~ 0.86, can 10cual la earga de enfriarniento deb ida alalumbrado sel-a

Carga de ~ q x CLF~ 6000 x 0.86~ 5160 WEnfriamienlo

Operadores y Usuarios

EI gl-ado en que las personas des-prenden calor y humedad de pen de deltipo de actividad , forma de vestirse ycondiciones ambientales. Para el casode los opecadores de los equipos en eIcentro de c6rnputo el grado de activi-dad corresponde a un trabajo ligero,en posicion sentado a caminanclo len-tameme. En estas condiciones el calortotal transmil.ido al ambiente par per-sona es de ]85 W. can 10 eual, paJ-dungrupo de 5 operadores y 5 usuarios depamalla, la carga de enfriamiento serade 10 x 185 ~ 1850 w.


Con base en 10 anterior la carga de enfriamiento sera de:

Factor Cargo de Enfriamiento W

Techo 4.2630

Paredes 28294

Equipo 35.5000

llurninaci6n 5160.0

Operadores - Usuartos 1850.0

Subtotal: 49.602.4

Orros Factores (5% del subtotal) 2.480.1

Carga de enfriamiento total 52.082.5 W (177757 BTU/hr)

7.3 MANEJO DE LACARGA DE CALOR • Cantidad de aire requerido:

• Relaoon de calor sensible (SHF)~1.0 lTIAS=CargaTotal"-="'==::- [Ib/hr] (7)

h, . h,Condiciones de suministro. Del

diagrarna pslcrornetrico (Figura 6) parala SHF ~ 1.0, la temperatura desaturaci6n es de 49 oF. (9.44°C) laentalpia del aire de 213 BTUllb (J 1.84Cal/gr) y su volumen especifico 15.8f13 lib (0.97 m' Ikg).

hi> Entalpia del aire en la condici6ninterior ~ 26.5 BTU/lb (14.73 Cal!gr)

hs ~ Entalpia del aire de surninistro~ 213 Btu/lb (1184 cal!gr)

m =AS~~757

26.5 ·21334184 [I b I h r] 05485 kg/hr)

8888 CFM (4195 lis)CFM60


0'.1<11" ..! •• • I • ".."

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F;g/.UH 6. Diagrasrm Psicrometrico ('11 el owl se idcntifican las condiciones de diseilo interior(69'Fy50%!fR) vlas de suminist ro

•


7.4. SELECCION DEI. EQUIPO REQUERIDO

EI equipo utilizado debe ser seleccionado en los catalogos de los fabricantescan base en la carga total y el caudal a surninistrar. Para el ejcmplo escogido, sepreserua la ficha tecnica de un equipo compacta que cumple con los requeri-rnientos del cquipo para el sal6n de procesamiento. (Tabla 2).

Carga total ~ 177757 13TUlhr ~ 1481 TR

Caudal de aire suministrado ~ 8888 CFM


~~~~:~~a-~:~~~J-na~---=:=-=Ji:t~~(f_-_T~O]J-_=:~1i~-:-I-~I[L~H~2--=~~fL:_::-,I:;~'ii\~g61\"EVArOl~D<JR ..... ~ ll~22_ JL-_2~ -I!L~ .. JlL:::?21JI- 2~ .._I lhamelro i PLC 1~l" 1:1" lJ' 1:1" I 13"I Canlidad 1 2 2 2 3I Presion lolal we 110 1.05 1.05 115 1.15i (I) VF:!1JClllAD HPM B4& B05 B30 1l7& 117flII Molar liP I.Il 2.4 2,4 2,4 3.6

Caudal CFM 2300 ~1,400 4.BOO f).600 B.4oo.. SERPFil'l'N-EVAPORAI5OR---- r------ ----- .-..------ ·1· --_.-.- ...... _ ..-Area PIE.~ 6.6 133 14.2 14.2 20.6

'(__) ~'i.!lliAle!~s lLlL_JL12 _ ~/12__ i/l:1 4 141 COMPHI\SOHES

Canlidad 2 2 2 2 2Vollajc 20B/220 20B/220 20B/220 20B/220 208/220

I Fases/Ciclos 3/60 ~1/60 3/60 3/60 3/60,~REC~;~~~~:foR-------- f'LAfu'\.lll.JL9 11.7 15.7 +Lfl1..--r~li:~-I l'.:tapas 2 2 2 13 3 I

Capaeidad KW 10 12 12 If) 21 I"u~oll'lcAUOR---_. - ~~IR -- - ~2 . 12 1" I ·1f1r!~~~:~~;~d ~~ ~.~ ~- ~ ~.4 [~~__. I

Canlidad 2 3 3 3 4 ~Dimensiones pte 24'16'4 24'24'4 24'24'4 24'24'4 24'24'4 I

1-(3) DATOS E1Et'l'RlCOS-- I -- - r--1! Vollaje· 220 1220 i 220 1220 220Fases/Ciclos 3/60 13/GO I3/60 3/60 3/60~f;P€fJIrd~l~~~~cAsOPf:~C-. .ilL_ --. 60.. .02--- _B~_ -T1?..--

-Capacidad Mlll'll I !I Enlrada Aire Cowl. eo 7B.3 9:1.0 117.3 13110 216.0 Il.....(Q ~~.~ _.~ .. . }~O_.._ .... l;g ~g ~~~4a_J;J~:~._lm:.tJI I

Tabla 2 CaraClerfsticas Tecnicas

INGENIERJA E INVESTIGACION 69

REFERENCIAS1_ASHRAE. "Carga de Refrigeraci6n para el Acondicionamiento de

Aire"; Funddamentals, American Society of Heating, Refrigerating, and AirConditioning Engineers, Atlanta, Estados Unidos, 1985, pp, 26.1 - 26.47

2.ASHRAE. "Computer Areas". Applicationes. American society of Heating,Refrigerating and Air Conditioning, Engineers, Atlanta, Estados Unidos, 1978,pp. 18. I: - '18.8.

3. ASHRAE. "Data processing System Areas", Applications AmericanSociety of Heating, Refrigerating and Air Conclitioning engineers, Atlanta, Esta-dos Unidos, 1995, pp. 16.1 - 16.7.

4. Carrie Corporation, "Single - Packege Cooling Uruts-PrecrseEnvironmental Control for Computer Equipment 41 CA, CB, EDP weathernakerunits" Catalog No. 524-102, Carrier corporation, Syracure, Estados Unidos,1972, l2p.

5.DANE. Servicio Nacional de Computaci6n " DocumenLo de trabajo sobreMoruaje del Nuevo Centro de Cornputo" , Bogota, colombia, 1989.

6. EQUIPRAG.SA:, "Unidades para salas de Compute y Centrales Telef6ni-cas Serie 45 CE", Catalogo Preiiminar E2-88, EQUIPRAC, Cali, Colombia, 1988,32 p.

7. YORK INTERNATIONAL "Computer Room air Conditioner, model Yf'C0325", YCOM, Miami, Estados Unidos s.f., 6p.

RESUMEN

EI conocimiento de las condiciones ambientales requendas para el optimofuncionamiento de equipos de procesamiento instalados en salas especializadas,as] CO'1TIO las diferentes altemarivas tecnologicas dtsponibles para garantizarlas,adicionadas a los proccdirnientos de calculo para deterrumar la magnitud de lacarga de cnfriamiento, que debe ser manejada para obtener dichas condiciones,constituyen los elementos fundarnentales para la apropiada selecci6n de loscquipos de acondicionamiento a instalar en tales recintos. EJ articulo presentalos opciones para el acondicionarniento de aire en centros de compute y unamuestra de calculos conducentes a la seJecci6n del equipo requerido para unainstalaci6n tipica.

70 INCENIERIA E INVESTICACION

ABSTRACT

AIR CONDITIONING POR DATA PROCESSING SySTEM AREAS

The appropiate selection of air conditioners for data processing system areasrequires the knowledge of the environmental desing conditions, the airconditioning systems succssfully used computer and the cooling loads to handle.

This work contains information about a wide variety of systems designed forcomputer room applications. a complete example of calculation to determinethe amount of heat to be removed for satisfactory operation, is also included.

INGENIERIA E INVESTIGACIO,'l 71

ondicionamiento aire para salas · ocupantes y el total del aire circulante acondicionado es alto...

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