Studio delle perdite di pressione – Generatore – Centro dati
Studio delle perdite di pressione - Generatore - Centro dati
Anno
2024
Cliente
NC
Posizione
Marcoussis
Tipologia
Centro dati - Processo industriale
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Perdite di carico nei locali dei generatori di un data center
L'importanza dei generatori nei data center
In un data center, i generatori sono l’ultima linea di difesa in caso di interruzione dell’alimentazione principale.
Il loro funzionamento ottimale garantisce la continuità delle operazioni anche in caso di interruzione di corrente.
Tuttavia, le prestazioni di questi gruppi elettrogeni possono essere compromesse da una serie di fattori, non ultime le perdite di carico nei locali in cui sono installati.
Uno studio approfondito delle perdite di carico in questi locali è quindi di vitale importanza per garantire la disponibilità e l’affidabilità dei gruppi elettrogeni e, di conseguenza, del data center nel suo complesso.
Come caratterizzare le perdite di pressione in una stanza
L’energia di un volume d’aria può essere espressa come una somma di pressioni che costituiscono la pressione totale del volume d’aria:
- La pressione dovuta al peso della colonna d’aria: ρgh,
- Pressione dinamica legata alla velocità dell’aria: ρv²/2,
- La pressione statica è legata alla pressione interna dell’aria: P.
La perdita di carico di un componente è la differenza delle pressioni totali (somma di pressione statica, pressione dinamica e pressione dovuta al peso) tra l’ingresso e l’uscita.
Le perdite di carico in un ambiente sono dovute alla resistenza incontrata dal fluido (l’aria) mentre scorre attraverso i vari componenti del sistema di distribuzione (come condotti, gomiti, valvole, griglie, ecc.).
Queste resistenze riducono la pressione del fluido lungo il suo percorso.
Nel caso dei gruppi elettrogeni, vengono posizionati dei deflettori acustici a monte e a valle dei GE per limitare l’inquinamento acustico prodotto da questi ultimi, che generano anche significative perdite di carico aggiuntive.
Comprendere e gestire queste perdite di pressione è essenziale per garantire l’efficienza e il buon funzionamento degli impianti di ventilazione, condizionamento, riscaldamento e idraulici.
Ridurre al minimo le perdite di pressione nei sistemi di distribuzione dei fluidi è essenziale per massimizzare l’efficienza energetica, ridurre i costi e garantire prestazioni ottimali del sistema.
Questo è un aspetto fondamentale della progettazione e della gestione delle sale generatori dei centri dati.
Perché effettuare uno studio CFD delle perdite di carico?
L’esecuzione di uno studio CFD sulle perdite di carico è di vitale importanza in molte aree dell’ingegneria, compreso lo studio dei data center.
Consentendo la modellazione numerica dettagliata dei flussi di fluidi all’interno di un sistema, questo approccio fornisce informazioni cruciali sulle aree di perdita di pressione, turbolenza e ristagno.
Grazie alla comprensione di questi fenomeni, è possibileidentificare i punti deboli dell’impianto,ottimizzare il progetto per ridurre al minimo le perdite di energia,migliorare l’efficienza del sistema egarantire prestazioni ottimali in varie condizioni operative.
Inoltre, uno studio CFD permette di prevedere e simulare gli effetti di potenziali modifiche prima che vengano fisicamente implementate, fornendo un metodo economicamente vantaggioso per valutare diverse strategie di miglioramento e di risoluzione dei problemi.
Nel caso dei gruppi elettrogeni, questo tipo di studiogarantisce un funzionamento regolare in ogni circostanza.
La riduzione delle perdite di carico consente inoltre di ottenere velocità di scarico più elevate a livello del tetto, riducendo così il rischio di looping con i raffreddatori ad aria.
Qual è la fonte delle perdite di carico?
La maggior parte delle perdite di pressione generate nei tubi di estrazione dei generatori dei data center sono perdite di pressione singolari. Le perdite di pressione singolari sono causate da cambiamenti improvvisi nella geometria dei tubi, come curve, restringimenti o allargamenti improvvisi.
Queste perdite di pressione sono dovute a diversi fattori:
- Formazione di vortici e aree di turbolenza: i cambiamenti improvvisi nella geometria causano disturbi nel flusso del fluido, con conseguente formazione di vortici e aree di turbolenza.
Queste strutture a vortice causano perdite di energia, con conseguenti perdite di carico aggiuntive. - Accelerazione e decelerazione del flusso: quando un fluido passa da una sezione di tubo più larga a una più stretta (restringimento) o viceversa (allargamento), subisce una variazione di velocità.
L’improvvisa accelerazione o decelerazione del flusso causa perdite di pressione dovute alla conversione dell’energia cinetica in energia di pressione. - Attrito delle pareti: le irregolarità della superficie delle pareti interne dei tubi, in particolare in caso di variazioni della geometria, possono causare una maggiore resistenza al flusso del fluido.
Questa resistenza si traduce in ulteriori perdite di carico.
È importante notare che queste perdite di carico singolari possono essere ridotte adottando un design appropriato dei tubi, utilizzando connessioni lisce e garantendo una transizione graduale tra le diverse sezioni del tubo.
Una buona progettazione idraulica può ridurre al minimo queste perdite di carico singolari e ottimizzare l’efficienza del flusso nel sistema.
Simulazione numerica delle perdite di pressione
Processo di modellazione per lo studio CFD
L’approccio utilizzato per creare il modello 3D di una sala impianti per lo studio CFD si è basato sulle planimetrie e sul modello 3D del processo.
L’intero processo, compresi i generatori, le trappole acustiche, i camini, gli elementi della sala, i condotti e i plenum, è stato rappresentato con precisione.
Utilizzando un software di modellazione 3D, sono stati creati modelli geometrici delle parti, integrando le apparecchiature del processo e gli ostacoli, rispettando la loro posizione reale.
Studi sulla velocità e sulla pressione dell'aria
Una volta ottenuti i risultati delle simulazioni numeriche, le velocità e le pressioni vengono analizzate per identificare e calcolare le perdite di carico per ogni stanza dello stesso edificio del data center.
Le perdite di carico sono calcolate dallo studio CFD valutando le variazioni totali di pressione lungo il percorso del flusso d’aria attraverso le stanze contenenti i generatori.
In questa analisi, le simulazioni numeriche forniscono dati dettagliati sulla distribuzione delle velocità di flusso, dei gradienti di pressione, dei flussi di calore e delle linee di corrente all’interno di questi spazi.
Questi dati vengono utilizzati perottenere la distribuzione delle perdite di carico lungo il tubo.
Impatto delle trappole sonore
Le trappole acustiche riducono notevolmente il livello di decibel all’uscita del condotto.
Tuttavia, quando l’aria passa attraverso le serrande o le trappole acustiche in un condotto, le perdite di carico aumentano a causa dell’ostruzione del flusso d’aria e dei bruschi cambiamenti di direzione, favorendo la turbolenza e aumentando la resistenza al flusso.
La geometria specifica di questi dispositivi può anche indurre variazioni locali della velocità e della pressione, contribuendo a significative perdite di carico.
È quindi necessario trovare un buon equilibrio tra la riduzione dei decibel e la riduzione delle perdite di carico.
Ottimizzare la progettazione dei condotti GE per limitare le perdite di pressione
La configurazione dei locali comportava perdite di carico eccessive.
I locali sono stati modificati per ridurre la resistenza al flusso, in particolare in corrispondenza delle trappole acustiche e del condotto di scarico.
Sono stati inoltre installati dei deflettori per rendere meno bruschi i cambi di direzione.
Grazie alle modifiche apportate, le perdite di pressione sono state ridotte di oltre il 50%.
Questa riduzione delle perdite di pressione non solo garantisce un funzionamento efficiente dei generatori, ma consente anche di ottenere velocità dell’aria più elevate all’uscita del condotto, riducendo così il potenziale di looping con i raffreddatori d’aria sul tetto.
