Caso de estudio · Centro de datos · M-Duino 19R+
Medir en el rack. Enfriar solo donde hace falta.
Unos PLC miden cada rack, y el HVAC actúa sobre los puntos calientes.
Los sensores de sala veían la sala. Los sensores del rack encontraron el problema.
Tres preguntas para cada rack: qué temperatura tiene el aire, qué seco está, cuánto cuesta enfriarlo.
Este caso describe un centro de datos cuyo operador quería racionalizar su consumo de energía. El caso no cita al operador ni el lugar, y no publica sus cifras. Los valores de los paneles son ejemplos, no datos de la instalación.
El reto
Más servidores en las mismas salas. Una factura de energía más alta.
El centro de datos casi duplicó sus equipos después de ganar nuevos contratos. El crecimiento se hizo en salas dimensionadas antes, y el coste de la energía se disparó. La instalación era moderna, con un HVAC potente y versátil y sensores ambientales en cada sala. El operador quería saber dónde se perdía la energía y cómo consumir menos sin poner en riesgo los servidores.
El aire a la temperatura justa
El caso cita a ASHRAE: de 65 a 80 °F (de 18,3 a 26,7 °C), y cerca de 22 °C para tener niveles de humedad seguros. La guía actual de ASHRAE: de 18 a 27 °C a la entrada del servidor.
La humedad en una banda
Del 40 al 60 % de humedad relativa. El caso la mantiene por encima del 30 al 35 % contra las descargas electrostáticas. Una humedad adecuada también protege los equipos contra la corrosión.
Puntos calientes
Un punto crítico puede calentar toda la sala y bajar su humedad relativa. Un sensor en la pared de la sala no dice dónde está.
Energía para enfriar
El PUE compara la energía total del centro de datos con la energía que llega a los equipos IT. Enfriar toda la sala por unos pocos racks calientes sube el PUE.
Completar el HVAC, no sustituirlo
Los PLC complementan y mejoran la instalación existente. El operador los eligió por su versatilidad y por la libertad de programación del hardware de código abierto.
Cómo funciona
Tres fases: encontrar, medir, actuar.
Cada fase muestra una parte del método. Pulsa los botones y mueve los controles. Los paneles son simulaciones ilustrativas: racks, temperaturas, umbrales y potencias son ejemplos, no datos de la instalación.
El histórico muestra adónde va la energía.
Primero se analizó el histórico de datos de la instalación para encontrar patrones: lugares y momentos en los que la instalación no trabaja a un nivel adecuado y consume demasiada energía. Tras el análisis, con el HVAC bien dimensionado, se eligió una medida más detallada. Una forma habitual de mirarlo: la energía de frío por cada kWh que llega a los equipos IT, hora a hora. Mueve el umbral y después pasa a una semana de calor.
- Histórico de datos de la instalación, analizado primero
- Patrones de consumo excesivo
- Una forma habitual de hacerlo: energía de frío por kWh IT, hora a hora
Patrones encontrados (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. Ejemplo: 100 kW de carga IT, 8 kW de otras cargas, energía de frío por kWh IT hora a hora. El caso analizó su histórico de datos, pero no lo publica.
Guarda el historial de cada alarma: registro de alarmas en MySQL con Node-RED.
Los sensores a pie de rack encuentran el punto caliente.
Una medida más detallada a pie de rack encontró puntos críticos que calentaban toda la sala y bajaban su humedad relativa, con riesgo de descargas electrostáticas. Después, más sensores dieron una visión completa: toda la sala, cada rack y partes de un rack. El PLC compara cada punto con su banda y da una alarma cuando un valor sale de rango. Crea el punto caliente y después apaga los sensores de rack.
- Temperatura y humedad a pie de cada rack
- Una alarma cuando un valor sale de rango
- Una forma habitual de hacerlo: una banda para cada punto y un retardo corto antes de la alarma
Alarmas (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. Ejemplo: banda de entrada de 18 a 27 °C (recomendada por ASHRAE), humedad mínima del 35 % (el caso), 3 s antes de una alarma para que un pico corto no la dispare. Las consignas reales de la instalación no se publican.
Vigila muchos puntos desde una pantalla: panel de Node-RED para varias estaciones. La misma lógica de bandas funciona un día entero en la sala de champiñones del simulador de clima de invernadero.
Enfriar la zona caliente, no toda la sala.
Con los nuevos datos, cambiaron algunos parámetros del HVAC. El flujo de aire y el control de la potencia frigorífica se adaptaron para gestionar mejor la temperatura y la humedad. El HVAC actúa sobre cada zona, en lugar de enfriar toda la sala para proteger unos pocos racks críticos. Compara los dos modos y cambia el tamaño del punto caliente.
- Flujo de aire y potencia frigorífica adaptados a los datos
- Acción sobre cada zona, no sobre toda la sala
- Automatismos y alarmas a partir de los valores monitorizados
Cambios en el HVAC (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. Modelo ilustrativo: 100 kW de carga IT, 8 kW de otras cargas y una potencia de frío que sube un 5 % por cada grado más frío del aire de impulsión. El caso cita un ahorro de energía, pero no publica sus cifras.
Escribe una consigna en un equipo de frío por Modbus RTU: control de enfriadoras por Modbus RTU con un M-Duino. Prueba kWh y picos de demanda en varios contadores Modbus: simulador Energy Meter.
Arquitectura del sistema
¿Cómo se encuentran los puntos calientes de un centro de datos con un PLC?
Los sensores de temperatura y humedad están a pie de cada rack. El PLC M-Duino los lee, compara cada valor con su banda y da las alarmas. Envía los datos por Ethernet a un servidor, donde se guarda y se analiza el histórico. Los sensores de sala que ya existían dan la visión de la sala. Como opción, el PLC envía señales de habilitación o consignas al HVAC, y lee contadores de energía para el PUE.
| Señal | Entre | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Temperatura de entrada del rack | EntreSensor a pie de rack → PLC | TipoRS-485, Modbus RTU (habitual) | FunciónEncontrar los puntos calientes, rack a rack |
| Humedad relativa del rack | EntreSensor a pie de rack → PLC | TipoRS-485, Modbus RTU (habitual) | FunciónEncontrar el aire seco y el riesgo de descargas |
| Temperatura y humedad de sala | EntreSensores de sala ya instalados | TipoExistente | FunciónLa visión de la sala, antes de los sensores de rack |
| Datos e histórico | EntrePLC → servidor | TipoEthernet | FunciónGuardar los valores y encontrar los patrones |
| Alertas y alarmas | EntreServidor → operadores | TipoEthernet | FunciónValores fuera de rango |
| Acción sobre el HVAC (opción) | EntrePLC → HVAC | TipoSalida de relé o Modbus | FunciónAutomatismos sobre el flujo de aire y la potencia frigorífica |
| Energía (opción) | EntreContadores de energía → PLC | TipoRS-485, Modbus RTU | FunciónEnergía total y energía IT para el PUE |
Por qué funciona
Medir donde está el calor. Actuar donde importa.
Primero el histórico
El análisis del histórico de datos llegó antes que cualquier sensor nuevo. Mostró dónde la instalación consumía demasiada energía.
Un sensor donde está el calor
El aire que entra en un servidor es el aire del rack. Un sensor a pie de cada rack muestra el punto caliente que la media de la sala esconde.
Temperatura y humedad juntas
Cuando un punto caliente calienta el aire, su humedad relativa baja. Los dos valores salen del mismo punto, así que el PLC también ve el riesgo de descargas.
Una banda para cada punto
Cada punto tiene sus límites y su alarma. Un rack fuera de rango es una alarma, aunque la sala parezca estar bien.
Actuar sobre la zona
El HVAC ya era potente y versátil. Con datos de cada zona, enfría la zona caliente y no enfría de más las zonas estables.
Hardware abierto, código propio
Los PLC se basan en hardware de código abierto y se programan con el Arduino IDE. El programa se adapta a la instalación, y la instalación puede crecer.
Hardware utilizado
Un PLC en la fila de racks. Datos de cada punto.
M-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 19R
Un PLC industrial construido sobre un Arduino Mega 2560 original, con Ethernet, RS-485 y 8 salidas de relé. Aquí lee los sensores de los racks, comprueba cada banda, da las alarmas y envía los datos al servidor. Se programa con el Arduino IDE.
- Función
- Lee los sensores de rack, comprueba las bandas, alarmas, datos al servidor
- Entradas
- 6: 4 analógicas o digitales (0-10 Vdc), 2 digitales optoaisladas con interrupción (5-24 Vdc)
- Salidas
- 11: 8 relés (230 Vac 4 A / 24 Vdc 2 A, carga resistiva), 3 analógicas, digitales o PWM (0-10 V)
- Comunicaciones
- Ethernet, RS-485, RS-232, I2C, SPI, serie TTL
- Integrado
- Reloj de tiempo real, ranura µSD
- Programación
- Arduino IDE
- Alimentación
- De 12 a 24 Vdc
- Montaje
- Carril DIN, IP20
El caso habla de "PLC Arduino" y no publica el modelo exacto ni el número de equipos. La página antigua del caso muestra un M-Duino 19R. La imagen y el enlace muestran su versión actual, el M-Duino 19R+ (IS.MDuino.19R+). El puerto RS-485 usa un transceptor MAX485 referido a la masa del PLC: en una línea de sensores larga, mantén una referencia común o añade un repetidor RS-485 aislado.
Preguntas sobre este caso
¿Qué temperatura y humedad debe mantener un centro de datos?
Hoy, ASHRAE recomienda de 18 a 27 °C (de 64,4 a 80,6 °F) a la entrada de los servidores para las clases A1 a A4, con la humedad definida por punto de rocío (de -9 °C a 15 °C) y una humedad relativa máxima. El caso cita una banda de ASHRAE más antigua: de 65 a 80 °F, cerca de 22 °C, y del 40 al 60 % de humedad relativa, por encima del 30 al 35 % contra las descargas electrostáticas. Consulta la edición vigente para la clase de tus equipos.
¿Por qué medir a pie de rack y no solo en la sala?
Los sensores de sala dan una visión de la sala. En este caso, una medida a pie de rack encontró puntos críticos que calentaban toda la sala y bajaban su humedad relativa. Un sensor para cada rack, y para partes de un rack, muestra dónde actuar.
¿Cómo se conectan muchos sensores a un PLC?
Una forma habitual de hacerlo: sensores de temperatura y humedad con Modbus RTU en una línea RS-485, cada uno con su propia dirección. El PLC es el maestro y los lee uno tras otro. Para pocos sensores con salida de 0-10 V, las 4 entradas analógicas del M-Duino 19R+ son otra opción. Mira cómo un M-Duino lee registros Modbus RTU en el ejemplo de contador Modbus de 32 bits.
¿Cómo ahorra energía la monitorización por rack?
Con datos de cada zona, el HVAC enfría la zona caliente en lugar de toda la sala. No sobrecarga ni sobredimensiona la climatización para proteger unos pocos racks críticos. El caso cita un ahorro de energía importante, pero no publica cifras. El PUE, la energía total dividida por la energía de los equipos IT, muestra el efecto en el tiempo.
¿Puede el PLC cambiar los ajustes del HVAC?
En este caso, el flujo de aire y el control de la potencia frigorífica se adaptaron a los nuevos datos, y la monitorización permitió crear automatismos y alarmas. Una forma habitual de hacerlo: el PLC envía señales de habilitación con sus salidas de relé, o escribe consignas por Modbus RTU, como en el ejemplo de control de enfriadoras por Modbus RTU. El HVAC mantiene sus propias protecciones.
¿Es lo mismo que el caso de refrigeración por inmersión?
No. Este caso mide el aire en cada rack para encontrar los puntos calientes y gastar menos energía en frío. Para controlar con un PLC la temperatura del aceite de un tanque de inmersión, el clima de la sala y la ventilación, consulta el caso de HVAC para refrigeración por inmersión en aceite.
Descarga el caso de estudio
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