Un manifold de enfriamiento líquido es la columna vertebral de acero inoxidable que corre por la parte trasera o lateral de un rack y lleva refrigerante a cada servidor. El manifold en sí es sencillo. Las válvulas atornilladas a él deciden si un técnico puede retirar un servidor a las 3 a.m. sin vaciar el rack, y si un pequeño goteo se convierte en una parada.
Esta guía cubre las posiciones de válvulas en un manifold de rack y en su tubería aguas arriba, lo que cada posición realmente requiere y dónde corresponde una válvula de bola de acero inoxidable. Está escrita para quienes especifican estas piezas: fabricantes de manifolds, fabricantes de CDU, integradores e ingenieros que aprueban el circuito secundario.
Qué hace un manifold de enfriamiento líquido
Un manifold de rack distribuye el refrigerante desde la unidad de distribución de refrigerante hasta las placas frías dentro de los servidores, y luego recoge el retorno caliente y lo envía de vuelta. Una unidad de distribución de refrigerante, normalmente abreviada CDU, es la estación de bombeo e intercambio de calor que mantiene el lado de TI del circuito separado del agua de la instalación. El circuito cerrado entre la CDU y los servidores se llama red de fluido secundario.
Los manifolds vienen como unidades verticales dentro del rack, unidades horizontales que ocupan espacio de rack y manifolds de fila que alimentan varios racks. El formato cambia el diámetro y el número de derivaciones, no la lógica de las válvulas. Todo diseño tiene que responder las mismas tres preguntas: cómo aislar una derivación, cómo drenarla y cómo sacar el aire en el punto alto.
El circuito, de principio a fin
Entre el enfriador (chiller) y el chip hay tres circuitos, y los requisitos de las válvulas cambian en cada traspaso. Saber a qué circuito pertenece una pieza resuelve la mayoría de las dudas de especificación antes de que empiecen.
| Circuito | Qué transporta | Función de la válvula |
|---|---|---|
| Sistema de agua de la instalación | Agua helada del edificio, abierta al cuarto de máquinas | Aislamiento de gran diámetro, filtros, balanceo, normalmente bridadas o ranuradas |
| Red de fluido secundario | Refrigerante tratado en el lado de TI del intercambiador de calor de la CDU | Aislamiento de rack, drenaje, venteo, filtración, válvulas check de bomba |
| Derivación al servidor | Refrigerante del manifold a las placas frías | Acoplamientos rápidos de desconexión en seco, nada más |
La CDU es el muro entre los dos primeros. El agua de la instalación puede ser dura, aireada y compartida con equipos que nadie inspecciona; el circuito secundario es cerrado, tratado y filtrado, y el hardware que contiene se elige para que siga así. Una válvula que pasaría inadvertida en un cuarto de máquinas se convierte en un problema de contaminación cuando está en el lado de TI de ese intercambiador de calor.
Las válvulas de un manifold de rack, posición por posición
Hay cinco posiciones de válvula en un manifold de rack y a su alrededor. Solo dos de ellas suelen ser válvulas de bola, y una de ellas no es una válvula que la mayoría de los fabricantes de válvulas pueda vender.
| Posición | Qué hay ahí | Tamaño típico | Lo que muestran las especificaciones publicadas |
|---|---|---|---|
| Aislamiento de derivación en el manifold | Válvula de bola | Hasta 1 in | nVent incluye válvulas de bola de acero inoxidable en las derivaciones de su manifold de rack RackChiller, con cuerpo de acero inoxidable 304L, y con el conjunto probado a 150 psi |
| Conexión al servidor | Acoplamiento rápido de desconexión en seco | Manguera de 1/8 in a 1 in | Vertiv, Danfoss, Parker, Stäubli y CPC fabrican acoplamientos con válvula que cierran ambas mitades al separarse |
| Cierre aguas arriba hacia el rack | Válvula de bola | 1 in y mayores | Vertiv suministra su manifold dentro del rack solo con una válvula de drenaje y establece que la válvula de cierre externa la selecciona el ingeniero responsable (engineer of record) |
| Punto de drenaje | Válvula de bola pequeña o llave de drenaje | 1/4 in | Vertiv instala una conexión de drenaje de 1/4 in en el manifold |
| Venteo en el punto alto | Válvula de purga de aire | Rosca G1/4 | Vertiv especifica un purgador de aire G1/4, apretado a 8 N·m |
Dos de esas filas merecen una respuesta más larga, porque ahí es donde ocurren la mayoría de las discusiones de especificación.
Por qué la válvula de aislamiento de derivación es una válvula de bola
El aislamiento de derivación tiene una sola función: cerrar por completo, mantenerse cerrado y volver a abrir sin atascarse después de meses en una misma posición. Una válvula de bola de un cuarto de vuelta lo hace con una sola pieza móvil en la trayectoria del flujo y un asiento que la presión de la línea mantiene cerrado. No hay rosca de vástago que se atasque ni disco que vibre.
Vale la pena notar el patrón de redundancia. Una patente de NVIDIA sobre enfriamiento líquido a escala de rack describe válvulas de aislamiento tanto en el suministro como en el retorno, donde el circuito secundario se une con el manifold del rack, de modo que se puede cerrar un solo rack y trabajar en él sin levantar los paneles del piso. Dos válvulas por rack, no una.
Por qué la conexión al servidor no es una válvula de bola
Cada derivación a servidor usa un acoplamiento rápido de desconexión en seco. El acoplamiento lleva sus propias válvulas internas de asiento que sellan ambas mitades en el instante en que se separan, de modo que se puede retirar un servidor con el circuito en marcha y casi sin derrame. Son conjuntos de precisión, a menudo fabricados en sala limpia y probados con fugas de helio, y el mercado está en manos de un puñado de especialistas.
Esto importa cuando se evalúa la oportunidad. Los acoplamientos rápidos son los componentes de flujo de mayor cantidad y mayor valor en el rack. También son una categoría de producto distinta de una válvula de bola de acero inoxidable fundido, y ninguna capacidad de mecanizado convierte una en la otra. El lugar de un fabricante de válvulas en este sistema son las posiciones de aislamiento, drenaje, filtro y válvula check, no el acoplamiento.
Materiales: lo que dicen realmente las especificaciones publicadas
Usted leerá que el enfriamiento líquido es un mercado exclusivamente de acero inoxidable 316 y que las aleaciones de cobre están prohibidas por completo. Los documentos de producto publicados no respaldan eso.
El manual del manifold en rack de Vertiv enumera los materiales en contacto con el fluido de un producto que vende hoy: acero inoxidable 304, EPDM, latón y latón niquelado. El cuerpo del manifold de rack de nVent es de acero inoxidable 304L. Ninguno de los dos documentos prohíbe las aleaciones de cobre en ningún punto del circuito secundario. Lo que sí es cierto es que la elección del material depende del refrigerante y de la norma propia del cliente, y que el acero inoxidable ha desplazado al latón en algunas posiciones por razones de durabilidad. La válvula de bola de acero inoxidable con tapón de manguera (hose cap) de Apollo para centros de datos con enfriamiento líquido es el ejemplo más claro, introducida porque la versión de latón no resistía en ese servicio.
La lectura práctica para quien especifica: el acero inoxidable es la opción segura por defecto para todo lo que debe durar la vida útil del rack, y la cuestión del grado se resuelve por la química del refrigerante, no por una regla general. Nuestros cuerpos de válvula son de fundición a la cera perdida CF8 y CF8M, los equivalentes fundidos del 304 y del 316. Si el refrigerante contiene cloruros, el 316 es el grado que hay que pedir, porque el molibdeno es lo que resiste las picaduras por cloruros. Si es una mezcla de glicol tratada en un circuito cerrado, el 304 suele bastar. Envíenos la especificación del refrigerante y le diremos cuál cotizaríamos.
La química del refrigerante y lo que le hace a la válvula
En estos circuitos aparecen tres fluidos: agua tratada, una mezcla de propilenglicol de alrededor del 25 por ciento para protección contra congelación y contra crecimiento biológico, y fluidos dieléctricos en inmersión y en algunos diseños bifásicos. Cada uno le plantea una pregunta distinta a la válvula, y ninguna se responde con la clasificación de presión.
La química del agua es la que decide el grado del cuerpo. Los cloruros son lo que causa picaduras en el acero inoxidable austenítico, y el 316 contiene molibdeno específicamente para resistirlas. Las mezclas de glicol suelen estar inhibidas, y los datos de corrosión publicados para el propilenglicol inhibido muestran tasas aceptables tanto contra el acero inoxidable como contra las aleaciones de cobre, lo que explica en parte por qué el latón sigue apareciendo en las listas de materiales en contacto con el fluido de los manifolds. Los fluidos dieléctricos plantean preguntas de compatibilidad con elastómeros más que con metales.
Nuestros asientos son de PTFE, que es químicamente inerte frente a las tres familias y es la razón por la que el PTFE es el material de asiento por defecto en toda nuestra gama de válvulas de bola. Donde no vamos a adivinar es en su fluido específico y su paquete de aditivos. Envíe la hoja de datos del refrigerante con la consulta y le diremos de qué material construiríamos la válvula, o le diremos que preferimos no cotizarla.
Paso completo o paso reducido
Paso completo significa que el orificio de la bola coincide con el diámetro de la tubería, de modo que la válvula casi no agrega restricción. El paso reducido reduce el orificio un tamaño, lo que da una válvula más corta, más ligera y más barata, y una caída de presión medible.
En un circuito de refrigerante la bomba tiene que cargar con esa caída durante toda la vida del sistema, y las válvulas de derivación están en serie con todo lo demás. Por eso las válvulas de bola publicadas para centros de datos son de paso completo. La válvula para centros de datos de Apollo es de paso completo, y las válvulas de acero inoxidable que otros proveedores listan para este servicio también lo son. Especifique paso completo para todo lo que esté en la trayectoria del flujo, y deje el paso reducido para las tomas de drenaje e instrumentos, donde la restricción no importa.
Conexiones de extremos
El extremo de manifolds del mercado no está estandarizado como en una planta de proceso. Los manifolds publicados usan conectores de espiga para manguera, roscas rectas y acoplamientos rápidos del lado del servidor, y conexiones roscadas o soldadas aguas arriba. Cuatro opciones cubren la mayor parte de lo que se solicita.
| Conexión | Dónde encaja | Compromiso |
|---|---|---|
| Roscada, PT o NPT o PF | Aislamiento de derivación, puntos de drenaje, tomas de instrumentos | Se puede dar servicio, pero cada rosca es una unión que hay que hacer correctamente |
| Soldadura de enchufe (socket weld) | Tramos fijos donde nada debe desarmarse | Menos puntos de fuga, requiere un soldador en sitio |
| Soldadura a tope | Tramos principales y espacios reducidos | El paso más liso, permanente |
| Camlock | Ensambles de manguera y conexiones temporales | Rápida de conectar y desconectar a mano |
Camlock merece una nota. La hoja de datos de componentes de enfriamiento líquido de Supermicro enumera un kit de manguera cuyo tipo de conector es una válvula de bola con extremos camlock, con clasificación de 10 bar. Es una válvula de bola de acero inoxidable común que cumple una función en una construcción de enfriamiento líquido, no una pieza especial.
Presión y temperatura: las clasificaciones no son lo difícil
El hardware publicado para circuitos secundarios trabaja a presiones modestas. Vertiv clasifica su manifold dentro del rack a una presión máxima de operación de 8 bar y de 0°C a 70°C. nVent prueba su conjunto de manifold a 150 psi. El kit de manguera de Supermicro tiene clasificación de 10 bar.
Una válvula de bola estándar de acero inoxidable está muy por encima de eso. Nuestras válvulas de bola roscadas y soldadas tienen clasificación de 1000 WOG, con una versión de dos piezas de alta presión a 2000 WOG. La temperatura es el número que hay que leer con cuidado, más que la presión: la mayor parte de nuestra gama de válvulas de bola tiene clasificación de −20°C a 180°C con asientos de PTFE, lo que cubre las temperaturas de los circuitos de refrigerante con margen de sobra.
Los verdaderos obstáculos de calificación en este mercado son la limpieza, la hermeticidad y la documentación, no la clase de presión. Solicite el mill test report con el pedido. Suministramos MTR bajo solicitud y contamos con ISO 9001 y CE.
Asientos, vástagos y qué falla después de doscientos ciclos
Dos válvulas pueden estar marcadas ambas con 1000 WOG y comportarse distinto un año después. La clasificación describe el cuerpo. Lo que falla primero casi siempre es el asiento o el sello del vástago, y ninguno de los dos se ve en una línea de hoja de datos.
Un asiento en un circuito de refrigerante tiene una vida fácil en lo térmico y dura en lo mecánico. Las temperaturas se mantienen muy dentro de lo que el PTFE soporta, pero la válvula puede accionarse cada vez que se cambia un servidor, y puede quedar sin tocar durante meses entre esos ciclos. El PTFE se deforma bajo carga; la cuestión es si el diseño precarga el asiento para que se recupere. El empaque del vástago con carga viva hace el mismo trabajo en el vástago, manteniendo constante la fuerza de sellado a medida que el empaque se relaja. Nuestra versión neumática de tres piezas usa asientos de PTFE con carga viva y un anillo tórico (O-ring) de Viton en el vástago por esa razón.
El cuerpo de tres piezas también se justifica aquí. Se puede reconstruir en línea: se aflojan los tornillos del cuerpo, se cambian asientos y sellos, y se vuelve a montar sin cortar tubería. En un circuito donde drenar es un evento, esa es la diferencia entre un trabajo de quince minutos y una parada.
Filtración y válvulas check: las dos piezas que la gente olvida
La especificación de enfriamiento líquido directo a escala de rack de Dell establece un requisito de filtración en el circuito, en el rango de una malla de 35 a 40 mesh en el lado de la instalación y filtración de 50 micras en la red de fluido secundario. Los residuos en un circuito de refrigerante terminan en los microcanales de las placas frías, y una placa fría no es una pieza que se pueda reparar en campo.
Un filtro tipo Y es la forma normal de cumplir eso en un tramo de tubería. Los nuestros son de fundición 316 con malla de acero inoxidable, con clasificación de 800 WOG, y hay una versión con válvula de purga en la tapa para poder lavar la malla sin abrir la línea.
El mismo documento de Dell coloca una válvula de alivio de presión dentro de la CDU, aguas abajo de la bomba y de la válvula check, con una presión de apertura de 75 psi. La válvula check en la salida de la bomba impide el flujo inverso cuando se detiene una bomba de un par redundante. Las válvulas check de columpio son adecuadas para tramos horizontales, y las válvulas check de resorte manejan tramos verticales y servicio de cierre rápido.
Quién especifica qué
La válvula de un manifold de rack rara vez la compra la empresa que opera el centro de datos. Se especifica más arriba en la cadena, y saber quién tiene la pluma acorta la conversación.
| Quién | Qué decide | Qué compra |
|---|---|---|
| Fabricantes de manifolds y CDU | Material del cuerpo, tipo de conexión, espacio disponible | Válvulas en cantidades de producción, a menudo según su propio plano |
| Integradores de sistemas y fabricantes de skids | El cierre aguas arriba, el filtro y la válvula check que el manifold no traía | Cantidades de proyecto contra una lista de materiales |
| Ingeniero responsable (engineer of record) | Filosofía de aislamiento, puntos de drenaje y venteo, nivel de filtración | Nada directamente, pero la especificación sigue su plano |
| Operador | Repuestos y reemplazos | Cantidades pequeñas, iguales a lo ya instalado |
El manual de Vertiv es explícito en que la válvula de cierre externa la selecciona el ingeniero responsable. Esa sola línea explica por qué estas válvulas las compran los integradores en cantidades de proyecto y no en volumen por el fabricante del manifold.
Qué suele salir mal
- Estrangular con una válvula de bola. Una válvula de bola es un dispositivo de abierto o cerrado. Parcialmente abierta, erosiona el asiento y da poca autoridad de control. El balanceo corresponde a una válvula de balanceo.
- Sin aislamiento en el rack. Si el único cierre está en la CDU, un solo cambio de placa fría deja fuera de servicio toda la fila. El par redundante en la derivación del rack es un seguro barato.
- Suponer que el manifold trajo todo. Vertiv indica claramente que su manifold se entrega con una válvula de drenaje y que el cierre externo es responsabilidad del ingeniero. Esa válvula tiene que aparecer en la lista de materiales de alguien.
- Comprar solo por clase de presión. Dos válvulas pueden decir ambas 1000 WOG y comportarse distinto después de 200 ciclos. El material del asiento, el sellado del vástago y la limpieza en el ensamble son lo que las distingue.
- Sin drenaje ni venteo en los extremos. Un circuito que no se puede drenar no se puede mantener, y el aire atrapado en el punto alto deja sin flujo a la derivación que está debajo.
Qué pedirle a un proveedor de válvulas
Las piezas son comunes. Lo que un comprador en este mercado evalúa realmente es la documentación y el proceso detrás de ellas. Es razonable pedir cinco cosas, y cualquier fabricante que no pueda responderlas merece una segunda mirada.
- Cobertura de la prueba de fugas. Pregunte si se prueba cada válvula o una muestra del lote. Nosotros probamos cada válvula antes de enviarla, no una muestra.
- Trazabilidad del material. Un mill test report del material del cuerpo, disponible bajo solicitud y señalado al hacer el pedido.
- Inspección dimensional. Un informe bajo solicitud, lo cual importa cuando la válvula tiene que caber en un espacio diseñado por otra persona.
- De dónde viene la fundición. Pregunte si el proveedor cuela sus propios cuerpos o los compra. Nosotros fundimos en nuestra fundición propia, y luego mecanizamos y ensamblamos en nuestra propia planta.
- Sistema de calidad. ISO 9001 y marcado CE. Si no se nombra un certificado, suponga que no se tiene.
Nada de eso es exótico para un fabricante de válvulas. Lo inusual es que se pidan los cinco a la vez, y eso es lo que indica que el cliente está construyendo algo que no se puede sacar de servicio fácilmente.
Lo que suministramos para este servicio
Somos un fabricante de válvulas en Longjing, Taichung, Taiwán. Fundimos, mecanizamos y ensamblamos aquí desde 1995, con fundición propia y planta de ensamble propia, y fabricamos tanto nuestra propia línea como trabajo de marca propia (private label) para marcas que ponen su nombre en lo que fabricamos. No fabricamos acoplamientos rápidos, y lo decimos antes de que usted lo pregunte.
| Posición en el circuito | Producto | Cuerpo | Clasificación |
|---|---|---|---|
| Aislamiento de derivación y de rack | Válvula de bola de dos piezas | CF8 o CF8M | 1000 WOG, −20°C a 180°C |
| Aislamiento que debe reconstruirse en sitio | Válvula de bola de tres piezas | Acero inoxidable 316 | 1000 WOG, −20°C a 180°C |
| Tramos soldados | Válvula de bola de soldadura de enchufe (socket weld) | CF8 o CF8M | 1000 WOG, −20°C a 180°C |
| Ensambles de manguera | Válvula de bola camlock | 304 o 316 | 1000 WOG, −20°C a 180°C |
| Versiones de mayor presión | Válvula de bola de 2000 WOG | CF8 o CF8M | 2000 WOG, −20°C a 180°C |
| Filtración del circuito | Filtro tipo Y y la versión con válvula de purga | Fundición 316 | 800 WOG, −20°C a 180°C |
| Salida de la bomba | Válvula check de columpio o válvula check de resorte | Fundición 316 o CF8 | Consulte la página del producto para la clasificación por tipo |
| Aislamiento accionado | Válvula de bola neumática de tres piezas | Acero inoxidable 316 | 1000 WOG, montaje directo ISO 5211 |
Las roscas son PT, NPT o PF. Los cuerpos se funden a la cera perdida en nuestra fundición propia, se mecanizan y ensamblan en nuestra planta, y los asientos son de PTFE. El trabajo a medida no se limita al acero inoxidable: si su plano pide otro material, envíelo y lo cotizaremos. Para marca propia (private label), marcado láser, estampado y cajas impresas con su diseño, consulte cómo funciona aquí el trabajo a medida y OEM de válvulas, y para las válvulas más arriba en el circuito lea nuestra guía sobre las válvulas en la unidad de distribución de refrigerante y la red de fluido secundario.
Una lista de verificación de especificación
Ponga estos ocho puntos en el plano y la mayor parte de las idas y vueltas desaparece.
- Grado del cuerpo, indicado como 304 o 316 en lugar de dejarlo al proveedor
- Tipo de paso, paso completo para todo lo que esté en la trayectoria del flujo
- Conexión de extremos y norma de rosca, PT, NPT o PF, o soldadura de enchufe o soldadura a tope
- Material del asiento y si se requiere carga viva
- Presión de trabajo y rango de temperatura del circuito, no de la válvula
- Accionamiento, manual o neumático, con la norma de montaje si es accionada
- Documentación requerida en la entrega: mill test report, informe dimensional, registro de prueba de fugas
- Requisitos de marcado, incluida la marca propia (private label) si la válvula lleva su marca
Preguntas frecuentes
¿Qué válvulas van en un manifold de enfriamiento líquido?
Un manifold de rack lleva un acoplamiento rápido de desconexión en seco en cada derivación a servidor, una válvula de drenaje en el punto bajo y una válvula de purga de aire en el punto alto. Las derivaciones y la conexión aguas arriba hacia el rack usan válvulas de bola para aislamiento. nVent publica válvulas de bola de acero inoxidable en las derivaciones de su manifold de rack, y Vertiv entrega su manifold con una válvula de drenaje y deja la válvula de cierre externa al ingeniero responsable.
¿La válvula de aislamiento debe ser de acero inoxidable 304 o 316?
Depende del refrigerante. El 316 contiene molibdeno, que resiste las picaduras por cloruros, por lo que es el grado que se debe especificar cuando el fluido contiene cloruros o cuando la norma del cliente lo pide. El 304 suele bastar en un circuito cerrado tratado. Los manifolds publicados usan ambos: el cuerpo de nVent es 304L, y Vertiv enumera acero inoxidable 304 junto con latón entre sus materiales en contacto con el fluido. No existe una regla publicada que prohíba las aleaciones de cobre en el circuito secundario.
¿Una válvula de bola para enfriamiento líquido necesita ser de paso completo?
Para todo lo que esté en la trayectoria del flujo, sí. Paso completo significa que el orificio de la bola coincide con el diámetro de la tubería, de modo que la válvula casi no agrega caída de presión que la bomba deba cargar. El paso reducido es adecuado en ramales de drenaje y tomas de instrumentos, donde la restricción no importa. Las válvulas de bola de acero inoxidable publicadas para servicio en centros de datos son de paso completo.
¿Qué clasificación de presión necesita una válvula de un circuito de refrigerante?
Menos de lo que la mayoría espera. Vertiv clasifica su manifold dentro del rack a 8 bar, el kit de manguera de Supermicro a 10 bar, y nVent prueba su conjunto de manifold a 150 psi. Una válvula de bola estándar de acero inoxidable de 1000 WOG está muy por encima de eso. La clase de presión rara vez es el factor limitante. La limpieza, la hermeticidad a lo largo de los ciclos térmicos y la documentación del material son lo que decide si una válvula se acepta.
¿Puedo usar una válvula de bola para balancear el flujo entre derivaciones?
No. Una válvula de bola es un dispositivo de aislamiento. Mantenida parcialmente abierta, da poca autoridad de control y el asiento se desgasta donde el borde de la bola queda en el flujo. Use una válvula de balanceo para distribuir el flujo y deje la válvula de bola para servicio de totalmente abierta y totalmente cerrada. Las dos funciones están una junto a otra en el mismo manifold y no son intercambiables.
Resumen
El número de válvulas en un manifold de enfriamiento líquido está dominado por los acoplamientos rápidos, pero las piezas que deciden la facilidad de servicio son comunes: una válvula de bola de acero inoxidable de paso completo en cada derivación, un par redundante donde el circuito se une con el rack, un drenaje abajo, un venteo arriba, un filtro para proteger las placas frías y una válvula check en la bomba. Nada de eso es exótico. Es trabajo de válvulas de acero inoxidable con expectativas más estrictas de limpieza y documentación que un trabajo de cuarto de máquinas.
Si usted fabrica manifolds, CDU o la tubería a su alrededor y quiere las posiciones de aislamiento, drenaje, filtro y válvula check cotizadas desde una sola fábrica, envíe el plano o la especificación y le daremos precio.