Refrigeración de centros de datos explicada: PUE, refrigeración líquida y la factura del agua

Cada vatio de electricidad que entra en un centro de datos acaba saliendo como calor. No es un defecto de diseño, sino una consecuencia de la termodinámica: la energía se conserva, y la computación no la almacena. Un servidor convierte electricidad en trabajo, y el trabajo acaba como calor de baja calidad que hay que expulsar al aire exterior. Los ventiladores, las bombas y la conversión de energía añaden más.

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Ese único hecho explica por qué un edificio lleno de ordenadores es en realidad un edificio lleno de equipos de refrigeración, y por qué la evacuación del calor se ha convertido en una de las principales restricciones de cuánto cómputo de inteligencia artificial (IA) puede construir la industria. Este explicador cubre cómo funciona la refrigeración, por qué las densidades de rack rompieron el modelo de aire, qué miden las métricas principales y por qué el agua forma ahora parte de la ingeniería.

Un edificio lleno de servidores es un edificio lleno de calor

La Agencia Internacional de la Energía (AIE) estima que los centros de datos consumieron unos 415 teravatios-hora (TWh) de electricidad en 2024, alrededor del 1,5 por ciento del consumo mundial, creciendo en torno a un 12 por ciento al año. Su desglose de a dónde va esa energía es la clave del problema de la refrigeración: la refrigeración y el control ambiental representan alrededor del 7 por ciento de la electricidad en los emplazamientos hiperscale más eficientes y más del 30 por ciento en salas empresariales más antiguas y menos eficientes. Los servidores, el almacenamiento, la red y la conversión de energía se llevan el resto, y casi toda esa energía también se convierte en calor.

Así que la historia de la energía y la historia de la refrigeración son la misma. La AIE proyecta que el uso de electricidad de los centros de datos más que se duplicará hasta unos 945 TWh en 2030, algo más que todo el consumo actual de Japón. Evacuar ese calor de forma eficiente es ahora un problema de ingeniería de primer orden, no una ocurrencia tardía de instalaciones.

Cómo funcionó la refrigeración por aire durante décadas

La sala de datos clásica coloca los racks en filas, de frente contra frente y de espalda contra espalda. Los servidores aspiran aire acondicionado de un pasillo frío y expulsan aire caliente a un pasillo caliente. El confinamiento físico, como puertas y techos sobre un pasillo, impide que las dos corrientes se mezclen. Muchas salas usan un suelo elevado con baldosas perforadas para alimentar aire frío desde abajo; otras lo entregan por arriba.

El aire se mueve y se enfría con equipos de aire acondicionado de sala de ordenadores (CRAC) o manejadores de aire de sala de ordenadores (CRAH). La diferencia importa. Un CRAC contiene su propio compresor y circuito de refrigerante, como un gran aire acondicionado doméstico, así que puede funcionar de forma autónoma y encaja en salas pequeñas. Un CRAH no tiene compresor: hace pasar aire caliente por bobinas alimentadas con agua fría de una planta central. Las instalaciones más grandes suelen preferir los CRAH porque la planta puede optimizarse una vez y compartirse, y porque hay menos maquinaria compleja dentro de la sala segura.

Expulsar el calor al exterior es donde se gana o se pierde energía. Un enfriador (chiller) es una máquina de refrigeración que produce agua fría; es el mayor consumo eléctrico individual de una planta de refrigeración convencional. Un economizador lo puentea cuando el tiempo es lo bastante fresco. Los economizadores del lado del agua transfieren el calor a una torre de refrigeración, mientras que los economizadores del lado del aire introducen aire exterior filtrado directamente. En climas fríos esta refrigeración gratuita puede funcionar la mayor parte del año.

Durante años, esta arquitectura fue suficientemente buena. En su encuesta de 2024, Uptime Institute encontró que la densidad de rack más común era de 7 a 9 kilovatios (kW), con una media cercana a 7,1 kW una vez excluidos los valores atípicos extremos. Eso quedaba cómodamente dentro de la capacidad del aire.

Qué cambió: los racks de IA rebasaron los límites del aire

El aire es un medio pobre para transferir calor. Evacuar más calor con aire implica mover volúmenes mucho mayores de él, lo que eleva la potencia de los ventiladores hasta que ellos mismos se convierten en una carga significativa. Vertiv, un importante proveedor de refrigeración, sitúa el cruce práctico en unos 20 kW por rack: por encima de eso, la refrigeración por aire pierde eficacia. ASHRAE, el organismo de ingeniería que fija las directrices térmicas, señala que algunos servidores refrigerados por aire avanzados han alcanzado 40 a 50 kW, pero a un coste elevado en flujo de aire y potencia de ventiladores.

Los aceleradores de IA fueron más lejos. El GB200 NVL72 de Nvidia coloca 72 GPUs Blackwell y 36 CPUs Grace en un único sistema a escala de rack valorado en unos 120 kW, un orden de magnitud por encima de un rack empresarial típico. Nvidia lo describe como refrigerado por líquido por diseño. Una ficha de datos de Hewlett Packard Enterprise para el mismo sistema sitúa el rack en 132 kW, de los cuales 115 kW se refrigeran por líquido y 17 kW por aire. Esa división es importante: incluso la refrigeración líquida más agresiva deja algo de calor para la sala.

La encuesta de 2025 de Uptime encontró que las densidades seguían subiendo, con una adopción más amplia de racks de 10 a 30 kW pero pocos por encima de 30 kW.

«La demanda mundial de electricidad de los centros de datos se va a más que duplicar en los próximos cinco años, y consumirá en 2030 tanta electricidad como todo Japón hoy.» — Fatih Birol, director ejecutivo de la AIE, abril de 2025

La caja de herramientas de la refrigeración líquida

La refrigeración líquida no es una sola tecnología. Es una familia, y sus miembros se diferencian en cuánto se acerca el fluido al chip y en si el fluido hierve.

• Intercambiadores de calor en la puerta trasera (RDHx). Una bobina llena de líquido sustituye la puerta trasera del rack. Los ventiladores del servidor empujan el aire caliente de escape a través de ella antes de que el aire regrese a la sala. Las unidades pasivas dependen de los ventiladores del servidor; las activas añaden los suyos. El RDHx extiende la refrigeración por aire a densidades más altas y puede adaptarse a racks existentes, lo que lo convierte en una tecnología puente habitual.
• Placas frías directas al chip. Placas metálicas con microcanales internos se atornillan directamente sobre los componentes más calientes, normalmente GPUs y CPUs. El refrigerante fluye por ellas y se lleva el calor. En los sistemas monofásicos el fluido permanece líquido; en los bifásicos hierve dentro de la placa y se condensa en otro lugar.
• Refrigeración por inmersión. Servidores enteros se sumergen en un fluido dieléctrico que no conduce la electricidad. En la inmersión monofásica el fluido se bombea a un intercambiador de calor; en la bifásica hierve y el vapor se condensa en bobinas situadas sobre el tanque. Las densidades son las más altas disponibles, pero los tanques, los fluidos y los procedimientos de servicio cambian por completo.

Estos circuitos necesitan fontanería: una unidad de distribución de refrigerante (CDU) aísla el agua de la instalación del fluido que llega a los servidores, y los colectores lo distribuyen por un rack. ASHRAE clasifica las temperaturas del agua de la instalación con clases nombradas por su límite superior, desde W17 y W27 hasta W40, W45 y W+. Un agua permitida más caliente significa menos trabajo del enfriador, y es lo que hace prácticas la reutilización del calor y la refrigeración seca. En el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), un sistema de agua caliente de su Instalación de Integración de Sistemas Energéticos operaba con un PUE de 1,034 y un WUE de 0,7 litros por kWh.

El matiz importante es que líquido y aire coexisten. La mayoría de los despliegues refrigera los aceleradores con líquido y la memoria, el almacenamiento, la red y las fuentes de alimentación con aire, y por eso el rack GB200 todavía envía 17 kW a la sala.

PUE y WUE: qué miden realmente

La eficacia del uso de energía (PUE), introducida por el consorcio industrial The Green Grid en 2007, es la potencia total de la instalación dividida por la potencia de TI. Un PUE perfecto es 1,0; todo lo que esté por encima es sobrecarga. Con un PUE de 1,5, la instalación quema medio vatio de refrigeración, distribución e iluminación por cada vatio entregado a los servidores. Con 1,1, la sobrecarga es de aproximadamente un décimo.

La brecha entre los objetivos de diseño y la realidad medida es el número a vigilar. La encuesta de 2025 de Uptime Institute informó de un PUE anual medio ponderado de 1,54, prácticamente sin cambios por sexto año consecutivo. Los mejores operadores lo hacen mucho mejor: Google informó de un PUE de 1,09 para toda su flota en 2025, su primer año por debajo de 1,10 en seis años, y Microsoft informó de 1,17 en el año fiscal 25. Son cifras medidas, de todas las estaciones, de emplazamientos maduros. Los objetivos de diseño de obra nueva suelen situarse cerca de 1,1 a 1,2.

La eficacia del uso del agua (WUE), definida por The Green Grid en un libro blanco de 2011, es el consumo anual de agua dividido por la energía de TI, expresado en litros por kilovatio-hora (L/kWh). Cuanto más bajo, mejor, y cero es el ideal. La media del sector ronda los 1,8 L/kWh. La flota de Microsoft promedió 0,27 L/kWh en el año fiscal 25, frente a 0,30 el año anterior, mientras que sus emplazamientos áridos de Arizona han superado los 2 L/kWh porque dependen de la refrigeración evaporativa gran parte del año. Amazon ha dicho que sus centros de datos de AWS usan unos 0,15 L/kWh.

Una advertencia sobre ambas métricas. El PUE mide la eficiencia de la infraestructura, no si el equipo de TI realiza trabajo útil, y puede verse favorecido por decisiones de delimitación. El WUE depende mucho del clima: un emplazamiento en Singapur puede alcanzar 0,02 L/kWh en parte porque el aire húmedo hace impracticable la refrigeración evaporativa. Ninguna de las dos cifras capta el panorama completo.

El compromiso del agua

La refrigeración evaporativa funciona pulverizando agua en una torre para que se evapore y absorba calor. El ahorro de energía es real, pero el agua evaporada se consume, no se devuelve, y el agua restante se convierte en «purga» concentrada que debe tratarse. La refrigeración evaporativa, por tanto, baja el PUE mientras sube el WUE. Microsoft ha sido explícita en que sustituir la evaporación por refrigeración mecánica de circuito cerrado a nivel de chip aumenta ligeramente el PUE mientras evita más de 125 millones de litros de agua al año por centro de datos.

La escala hace inevitable la cuestión del agua. La AIE estimó que los centros de datos de todo el mundo consumieron unos 560.000 millones de litros de agua en 2024, una cifra que espera que más que se duplique para 2030. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley descubrió que los centros de datos de Estados Unidos consumieron directamente unos 17.000 millones de galones (66.000 millones de litros) en 2023, con mucho más usado de forma indirecta en centrales eléctricas. El Servicio de Investigación del Congreso señala que un centro de datos estadounidense de 100 megavatios puede consumir directamente tanta agua como 2.600 hogares. Alrededor de una quinta parte de los centros de datos estadounidenses se abastecen de cuencas hidrográficas sometidas a estrés moderado o alto, sobre todo en el oeste, según una investigación dirigida por Arman Shehabi, del LBNL, difundida por NPR. Eso ha generado oposición local y, en algunas jurisdicciones, límites a la refrigeración evaporativa.

Reutilización del calor: de residuo a calefacción urbana

El calor que sale de un centro de datos es de baja calidad, a menudo de 30 a 45 grados Celsius, así que normalmente necesita una bomba de calor para elevarlo a los 70 o 75 C útiles para la calefacción urbana. Cuando un campus está junto a una red existente, esa conversión puede funcionar a escala. El centro de datos de Meta en Odense, Dinamarca, entrega hasta 165.000 MWh de calor excedente al año a Fjernvarme Fyn, suficiente para unos 9.000 hogares. El programa Open District Heating de Estocolmo había colaborado con 20 proveedores de calor en 2022, recuperando calor suficiente para calentar 30.000 apartamentos.

La reutilización no es universal. Necesita una red urbana cercana, un comprador y una temperatura lo bastante alta para que funcione la economía de la bomba de calor. La Directiva de Eficiencia Energética refundida de la UE empuja a los operadores a informar sobre el uso de energía y agua y a considerar la recuperación del calor residual.

El problema del coste y la adaptación

Las salas refrigeradas por aire son el activo varado de la industria. Añadir refrigeración líquida directa al chip a una sala existente implica nuevas tuberías, CDUs, comprobaciones de carga del suelo, detección de fugas, reciclaje del personal de servicio y el riesgo que conlleva trabajar en una sala en funcionamiento. Las obras nuevas diseñan cada vez más para líquido desde el principio.

El coste es el telón de fondo de todo esto. La encuesta de 2025 de Uptime encontró que los problemas de coste seguían siendo la principal preocupación de los equipos de infraestructura digital, por delante de la previsión de capacidad futura, con las restricciones de energía y los retrasos de la cadena de suministro muy cerca. Las mejoras de eficiencia compiten por capital con simplemente construir más capacidad, y por eso la media medida del sector ha mejorado tan despacio.

Qué observar

Cuatro cosas determinarán hacia dónde va esto.

• Diseños de agua caliente y cero agua. Hacer funcionar los circuitos a 40-45 C reduce drásticamente el uso de enfriadores y hace posible la refrigeración seca en casi cualquier lugar. El diseño de cero evaporación de Microsoft es la señal más clara de la dirección, aunque cambie un poco de PUE por mucha menos agua.
• Normas de reutilización del calor. Si los reguladores exigen a las grandes instalaciones capturar o evaluar el calor residual, la ubicación se inclinará hacia lugares con redes de calefacción urbana.
• Racks híbridos y estándares. A medida que los sistemas de aire y líquido comparten una sala, los estándares de CDU y colectores, como los desarrollados a través del Open Compute Project, decidirán con qué rapidez los operadores pueden mezclar proveedores.
• Más allá del PUE. Las métricas de reutilización de energía, agua y carbono se informan cada vez más junto al PUE, porque el PUE por sí solo puede premiar decisiones que consumen más agua.

La conclusión es física. La densidad de la IA ha superado lo que el aire puede transportar, la refrigeración líquida es ahora lo predeterminado para los racks más densos, y la restricción se ha trasladado del chip a la instalación y a la cuenca hidrográfica de la que se abastece. Un PUE cercano a 1,1 es un objetivo para los mejores emplazamientos nuevos, no la norma del sector; la media global medida sigue siendo de unos 1,5.