Filtro para refrigeração líquida: como escolher o filtro certo para CDUs e placas frias

À medida que os servidores de IA, a computação de alto desempenho (HPC) e outros sistemas de computação de alta densidade continuam a gerar mais calor, o resfriamento líquido está se tornando uma parte importante do gerenciamento térmico dos data centers modernos.

Mas a remoção eficiente de calor é apenas uma parte de um sistema confiável de refrigeração líquida. À medida que o líquido refrigerante circula através de CDUs, bombas, trocadores de calor, coletores, desconexões rápidas e placas frias, a contaminação por partículas pode se tornar uma séria preocupação.

É aqui que um cartucho de filtro de refrigeração líquida devidamente selecionado se torna importante.

Um filtro ajuda a controlar as partículas no circuito de resfriamento, mas escolher o filtro certo não é simplesmente uma questão de selecionar a menor classificação em mícron. Classificação de filtragem, vazão, queda de pressão, meio filtrante, compatibilidade do líquido refrigerante, capacidade de retenção de sujeira e posição de instalação, todos precisam ser considerados em conjunto.

Neste guia, explicamos como selecionar um cartucho de filtro de resfriamento líquido para sistemas CDU, resfriamento direto no chip e aplicações de placa fria.

Por que a filtragem é importante em sistemas de refrigeração líquida?

Um circuito de resfriamento líquido contém vários componentes com diferentes requisitos de limpeza e fluxo.

Isso pode incluir:

• Unidades de distribuição de refrigerante (CDUs)

• Bombas

• Trocadores de calor

• Variedades

• Desconexões rápidas

• Tubulação e tubulação

• Pratos frios

• Válvulas de controle

As partículas podem entrar no circuito durante a fabricação, montagem, instalação, manutenção ou operação do sistema. Possíveis contaminantes incluem partículas metálicas, produtos de corrosão, resíduos e outras partículas.

A preocupação não é apenas a presença das próprias partículas. Em componentes com passagens de fluxo relativamente pequenas, a contaminação acumulada pode restringir o fluxo e afetar o desempenho do sistema.

A orientação do Open Compute Project afirma que os filtros são incorporados às CDUs para proteger os componentes de resfriamento líquido contra contaminação, e que o dimensionamento do filtro deve considerar os componentes mais sensíveis às partículas, incluindo desconexões rápidas e placas frias de microcanais.

As placas frias também têm requisitos específicos de fluxo, queda de pressão, compatibilidade de materiais e limpeza.

Isto significa que a filtragem deve ser tratada como parte do projeto geral do sistema de resfriamento, e não como um componente isolado do filtro.

O que você deve considerar ao escolher um cartucho de filtro para resfriamento líquido?

Não existe uma especificação de filtro única que se adapte a todos os circuitos de resfriamento.

A seleção correta depende das condições operacionais reais.

Parâmetros técnicos adicionais devem ser confirmados de acordo com condições operacionais específicas.

1. Classificação de filtragem: quão fino deve ser um filtro de resfriamento de líquido?

Uma das primeiras perguntas que os engenheiros fazem é:

Qual classificação de mícron um cartucho de filtro de resfriamento líquido deve ter?

A resposta depende do sistema de refrigeração.

Um filtro deve ser selecionado de acordo com os requisitos de controle de partículas dos componentes mais sensíveis do sistema, em vez de simplesmente escolher o melhor filtro disponível.

Por exemplo, um filtro usado durante a lavagem inicial do sistema pode ter uma função diferente de um filtro fino que protege uma placa fria de microcanais durante a operação normal.

A orientação do Open Compute Project observa especificamente que o dimensionamento do filtro deve ser considerado por sistema, levando em consideração os componentes sensíveis e a geometria do circuito de resfriamento.

Classificação de filtragem absoluta vs. nominal

Ao comparar cartuchos de filtro de refrigeração líquida, os compradores também devem confirmar como a classificação em mícron é definida.

Dois filtros podem ser rotulados com o mesmo valor nominal de mícron, mas possuem diferentes características de retenção de partículas.

Para aplicações críticas, os engenheiros devem perguntar aos fornecedores sobre:

• Definição de classificação de filtragem

• Método de teste

• Construção de filtro

• Dados de retenção de partículas

• Condições operacionais recomendadas

Portanto, a classificação em mícron deve ser tratada como uma parte do processo de seleção e não como a única especificação.

2. Taxa de fluxo e queda de pressão

A queda de pressão é um dos fatores mais importantes ao selecionar um filtro de refrigeração líquida.

Cada filtro introduz alguma resistência hidráulica no sistema. À medida que a taxa de fluxo aumenta, a queda de pressão também pode aumentar. A carga do filtro pode aumentar ainda mais a pressão diferencial ao longo do tempo.

Isso cria um equilíbrio básico de engenharia:

Controle de partículas ↔ Taxa de fluxo ↔ Queda de pressão ↔ Vida útil do filtro

Um filtro mais fino pode proporcionar maior retenção de partículas, mas se a área do filtro for insuficiente, a queda de pressão pode tornar-se demasiado elevada.

Por outro lado, um filtro com uma área de filtração maior pode reduzir a queda de pressão e prolongar a vida útil sob as mesmas condições de fluxo.

Os atuais requisitos de placa fria do Open Compute Project também destacam a necessidade de levar em conta a queda de pressão introduzida pela filtração e de considerar a manutenção e a capacidade de manutenção ao projetar o sistema.

Uma abordagem de seleção prática

Em vez de perguntar apenas:

Qual classificação de mícron você tem?

Uma especificação de engenharia mais útil é:

Taxa de fluxo necessária + classificação de filtração alvo + queda de pressão máxima permitida + líquido refrigerante + temperatura

Isto fornece ao fabricante do filtro informações suficientes para fazer uma recomendação significativa.

3. Seleção de meio filtrante para resfriamento líquido

O meio filtrante deve ser compatível com o líquido refrigerante e as condições de operação. Como as unidades de distribuição de refrigerante (CDUs) e as placas frias exigem excepcional limpeza do sistema e estabilidade a longo prazo, os cartuchos de filtro metálicos são a principal escolha para esses componentes críticos.

Cartuchos de aço inoxidável/metal (escolha primária para CDUs e placas frias) Os filtros de aço inoxidável servem como componente principal para obter filtração de precisão e altamente confiável em sistemas de refrigeração líquida. Eles oferecem alta resistência mecânica para pressão e resistência ao pulso sem deformação, além de excelente resistência química compatível com água DI, soluções de glicol (à base de PG e à base de EG) e fluidos dielétricos. A LOONG Filtration fornece duas construções totalmente metálicas dedicadas (SS304/SS316) para estas aplicações:

• Malha de aço inoxidável sinterizado de cinco camadas (série SSF): formada por meio de um processo de sinterização a vácuo, essa estrutura composta fornece tamanhos de poros controlados com precisão (normalmente de 1 a 100 μm). Ele oferece operação livre de fibras e partículas, tornando-o altamente adequado para pontos de filtração fina a montante da ramificação da placa fria, módulos de filtração fina do lado secundário CDU e loops que protegem chips de alta potência.

• Malha Plissada de Aço Inoxidável (Série SBF): Apresentando uma estrutura de malha de arame plissada, esta série oferece uma maior área de filtragem efetiva em um espaço compacto, resultando em maior capacidade de retenção de sujeira e maior vida útil. Ele equilibra alto rendimento de fluxo com baixa queda de pressão inicial em uma ampla faixa de filtração (5–200 μm). É ideal para filtragem de média precisão em circuitos principais de CDU, circuitos ramificados e filtragem integrada em rack.

Ambas as séries de metal apresentam um design lavável e reutilizável (por meio de limpeza química ou ultrassônica), o que reduz significativamente os custos operacionais do ciclo de vida.

Qual mídia de filtro você deve escolher?

A tabela a seguir pode ser usada como ponto de partida durante a seleção do filtro.

Esta tabela é um guia geral de engenharia e não uma especificação universal.

A seleção final do meio deve ser baseada no líquido refrigerante e nas condições operacionais reais.

4. A compatibilidade do refrigerante é importante

A seleção do filtro não deve se concentrar apenas na membrana do filtro.

A montagem molhada completa pode incluir:

• Filtrar mídia

• Camada de suporte

• Essencial

• Jaula

• Tampas finais

• Adaptadores

• Anéis de vedação

• Juntas

• Carcaça do filtro

Todos esses materiais devem ser considerados ao avaliar a compatibilidade com o fluido de resfriamento.

Para sistemas à base de água, a seleção do material pode ser diferente dos sistemas que utilizam misturas de água e glicol ou outros fluidos de resfriamento especiais.

A temperatura é outra variável importante.

Um material adequado a uma temperatura operacional pode ter diferentes limites de desempenho a uma temperatura mais elevada.

Por esta razão, o tipo de refrigerante, concentração, temperatura e condições de exposição devem ser fornecidos ao fabricante do filtro antes da seleção final.

5. Localização do filtro em um sistema de refrigeração líquida

A mesma classificação de filtro não precisa necessariamente ser usada em todos os lugares de um sistema de refrigeração líquida.

Diferentes pontos de filtração podem ter objetivos diferentes.

Lavagem e comissionamento do sistema

Os sistemas recém-instalados podem conter níveis mais elevados de contaminação por partículas provenientes da montagem e instalação.

Um estágio de filtração de maior capacidade pode ser usado durante o comissionamento para remover maiores quantidades de contaminação antes da operação normal.

Filtragem CDU

Filtros podem ser instalados dentro ou ao redor da CDU para proteger os componentes de resfriamento a jusante da contaminação por partículas.

O tamanho do filtro deve considerar a vazão real da CDU, a pressão do sistema, as características do líquido refrigerante e os componentes mais sensíveis a jusante.

Loop de resfriamento de tecnologia

O sistema de resfriamento tecnológico pode exigir controle adicional de partículas à medida que o líquido refrigerante circula pelos racks e equipamentos de TI.

Os requisitos de filtragem dependem do projeto do sistema e da sensibilidade dos componentes.

Proteção de Placa Fria

As placas frias contêm canais e aletas cuidadosamente projetados para transferir calor dos processadores de alta potência para o líquido de resfriamento.

A ASHRAE observa que as placas frias têm requisitos específicos de limpeza, queda de pressão, fluxo e compatibilidade de material.

A filtragem fina pode, portanto, ser considerada quando o sistema requer controle adicional de partículas próximo a componentes sensíveis.

Exemplo de seleção de cartucho de filtro para resfriamento líquido

Suponha que um projetista de sistema esteja avaliando um filtro para um circuito de resfriamento direto ao chip.

As informações básicas podem ser assim:

O ponto importante é que uma recomendação de filtro responsável não pode ser feita a partir de um único parâmetro.

O fabricante do filtro precisa avaliar o envelope operacional completo.

Parâmetros técnicos adicionais devem ser confirmados de acordo com condições operacionais específicas.

Erros comuns de filtragem de resfriamento de líquido

Escolhendo a menor classificação em mícron

Uma classificação de mícron menor não significa automaticamente um filtro de resfriamento líquido melhor.

Um filtro fino pode aumentar a queda de pressão ou carregar mais rapidamente quando a concentração de partículas é alta.

O objetivo correto é alcançar o controle de partículas necessário, mantendo ao mesmo tempo um desempenho hidráulico e uma vida útil aceitáveis.

Olhando apenas para a queda de pressão do filtro limpo

Um novo filtro e um filtro carregado não se comportam da mesma maneira.

À medida que a contaminação se acumula, a pressão diferencial pode aumentar.

Portanto, a seleção do filtro deve considerar as condições de carga esperadas e os requisitos de manutenção.

Ignorando a compatibilidade do refrigerante

Um filtro pode parecer adequado apenas com base no material da membrana, enquanto outros componentes molhados podem exigir uma análise adicional de compatibilidade.

Usando uma especificação de filtro em todos os lugares

Lavagem, proteção de CDU, filtragem de circuito principal e proteção fina de placa fria podem ter requisitos diferentes.

Uma estratégia de filtragem em etapas pode ser mais apropriada para alguns sistemas.

Selecionando o filtro antes de compreender o sistema

O filtro deve ser selecionado após o engenheiro compreender:

Refrigerante → Fluxo → Pressão → Temperatura → Carga de Partículas → Componente Crítico → Requisito de Filtragem

Isto evita o erro comum de selecionar um cartucho apenas porque sua classificação em mícron parece adequada.

Como a LOONG Filtration suporta aplicações de refrigeração líquida

A filtragem de resfriamento líquido requer mais do que um cartucho de filtro padrão.

O filtro deve ser compatível com o circuito de resfriamento, o líquido refrigerante, as condições de vazão, os requisitos de queda de pressão e os componentes a jusante.

A LOONG Filtration fornece soluções de filtragem de resfriamento líquido cobrindo diferentes estágios e aplicações de filtragem, incluindo PP, PES, Nylon, fibra de vidro, filtragem de aço inoxidável, carcaças de filtro e soluções de filtragem relacionadas a CDU.

Para desenvolvedores de sistemas de refrigeração de data centers, fabricantes de CDU, OEMs e distribuidores de filtragem, o processo de seleção pode começar com as seguintes informações:

Com base nesses parâmetros, um fabricante de filtros pode avaliar a configuração do cartucho e o estágio de filtração apropriados.

Conclusão final

Um cartucho de filtro de refrigeração líquida confiável não é simplesmente o filtro com a menor classificação em mícrons.

A solução certa deve equilibrar:

Controle de partículas + Taxa de fluxo + Queda de pressão + Vida útil do filtro + Compatibilidade com refrigerante + Requisitos do sistema

Para aplicações de resfriamento CDU, direto no chip e placa fria, a estratégia de filtragem mais eficaz começa com o próprio sistema de resfriamento.

Se você estiver substituindo um filtro existente ou desenvolvendo um novo sistema de refrigeração líquida, fornecer a especificação atual do cartucho, tipo de líquido refrigerante, vazão, temperatura, pressão e posição de instalação pode ajudar o fabricante do filtro a avaliar uma solução adequada.

Parâmetros técnicos adicionais devem ser confirmados de acordo com condições operacionais específicas.

Perguntas frequentes

O que é um cartucho de filtro para refrigeração líquida?

Um cartucho de filtro de resfriamento líquido é um elemento de filtragem substituível usado para remover a contaminação por partículas de circuitos de resfriamento líquido, como CDU e sistemas de resfriamento direto ao chip.

Qual classificação de mícron é adequada para resfriamento líquido?

Não existe uma classificação universal de mícrons para todos os sistemas de refrigeração líquida. A classificação apropriada depende do projeto do sistema, dos componentes sensíveis, dos requisitos de partículas, da vazão e da queda de pressão permitida.

Por que a queda de pressão é importante para filtros de refrigeração líquida?

Um filtro introduz resistência hidráulica no circuito de resfriamento. A queda excessiva de pressão pode afetar o fluxo disponível e a eficiência geral do sistema, portanto, a área e a configuração do filtro devem ser avaliadas juntamente com os requisitos de fluxo.

Qual meio filtrante pode ser usado para resfriamento líquido?

PP, PES, nylon, fibra de vidro e aço inoxidável podem ser considerados para diferentes aplicações de filtragem de refrigeração líquida. A escolha correta depende do refrigerante, estágio de filtração, carga de partículas e condições operacionais.

Os filtros de resfriamento líquido podem proteger placas frias?

Sim. A filtragem pode ajudar a controlar a contaminação por partículas antes que elas atinjam componentes sensíveis, como placas frias. A classificação e localização apropriada do filtro dependem do projeto do sistema de resfriamento.

Onde um filtro de refrigeração líquida deve ser instalado?

Os filtros podem ser usados ​​durante a lavagem do sistema, nos estágios de filtração da CDU, em circuitos de resfriamento tecnológico ou em outros locais onde o controle de partículas é necessário. A especificação necessária pode variar de acordo com o local.

Como escolho o cartucho de filtro de refrigeração líquida correto?

Comece com o refrigerante, vazão, temperatura, pressão, contaminação por partículas, componentes críticos a jusante, classificação de filtração necessária, queda de pressão máxima permitida, dimensões do cartucho e configuração do invólucro.