Climatización y Sistemas de Control

Cuándo el free cooling deja de ser rentable: payback por zona climática mexicana

5 min de lectura Por Noxtel
Ilustración: Cuándo el free cooling deja de ser rentable: payback por zona climática mexicana

El free cooling usa el aire exterior para enfriar el DC cuando la temperatura y humedad del ambiente lo permiten. Reduce drásticamente el consumo eléctrico del sistema de enfriamiento. La pregunta no es si funciona, sino en qué zonas de México es rentable y cuándo deja de serlo.

La rentabilidad depende de las horas anuales en que las condiciones exteriores permiten free cooling directo, parcial o indirecto. Cada zona climática de México tiene un perfil distinto.

Cómo funciona el free cooling en un DC

Un sistema tradicional de enfriamiento enfría el aire del DC mediante chillers que consumen mucha electricidad. El free cooling incorpora el aire exterior al proceso de enfriamiento cuando sus condiciones (temperatura y humedad) son compatibles con los rangos operativos del DC, definidos por ASHRAE.

  • Free cooling directo (aire exterior): los ventiladores meten aire de afuera directamente a la sala. Requiere filtros y humidificación/deshumidificación.
  • Free cooling indirecto (aire-agua o aire-glycol): un intercambiador de calor transfiere el frío del aire exterior al agua o glycol del circuito interno sin mezclar los dos aires.
  • Free cooling parcial: el sistema mixto usa enfriamiento mecánico y free cooling simultáneamente para alcanzar el setpoint.

    • Zonas climáticas de México relevantes para un DC

    México tiene una diversidad climática notable. Para efectos de free cooling en data centers, conviene agrupar por rangos de temperatura y humedad a lo largo del año.

  • Zona templada (Ciudad de México, Puebla, Toluca, Guadalajara en zonas altas): temperatura media anual entre 12 y 22 °C, humedad moderada. Período de free cooling extenso, entre 7 y 10 meses al año.
  • Zona mediterránea/semiárida fresca (Tijuana): temperatura media entre 14 y 22 °C con humedad baja, gran diferencial térmico nocturno por influencia del Pacífico. Excelente potencial para free cooling nocturno, entre 9 y 11 meses al año con buen rendimiento del intercambiador.
  • Zona semi-desértica (Monterrey, Chihuahua, Hermosillo, Saltillo): temperatura media entre 18 y 28 °C, humedad baja. Free cooling viable entre 4 y 6 meses al año, dado que las noches de verano desértico sobrepasan los límites operativos de la norma ASHRAE TC 9.9 A1; el resto del año el sistema requiere apoyo de enfriamiento mecánico, con atención al polvo y a los picos de calor diurnos.
  • Zona tropical húmeda (Veracruz, Villahermosa, Mérida, Cancún): temperatura media entre 24 y 30 °C, humedad relativa alta. Free cooling limitado por humedad, entre 2 y 5 meses al año.
  • Zona tropical seca (La Paz, Los Cabos): temperatura media entre 20 y 28 °C, humedad baja. Similar a semi-desértica con mejor perfil de temperatura nocturna.
  • Zona de montaña fría (Toluca, Pachuca, zonas altas de Chihuahua): temperaturas bajas casi todo el año. Free cooling durante 10 a 12 meses, con la limitante de la altitud en equipos de compresión.

    • Cuándo deja de ser rentable el free cooling

    La rentabilidad del free cooling depende de la comparación entre el ahorro eléctrico esperado y la inversión adicional del sistema. Hay tres casos donde la cuenta no cierra.

  • Humedad persistentemente alta: si la humedad relativa promedio supera el 75 % durante la mayor parte del año, el free cooling directo no es viable y el indirecto tiene rendimiento bajo. El sistema de free cooling se subutiliza y el payback se alarga más allá de la vida útil del equipo.
  • Temperatura exterior casi siempre fuera del rango útil: en zonas tropicales con media anual sobre 26 °C, las ventanas de free cooling son cortas y la inversión en infraestructura no se recupera.
  • Polvo y contaminación severos: si el aire exterior requiere filtración de alta eficiencia con reemplazo frecuente de filtros, el OPEX del free cooling puede superar el ahorro eléctrico.
  • DC demasiado pequeño: la inversión en infraestructura de free cooling tiene un piso mínimo de CAPEX que no se justifica para un DC de menos de 50 kW de carga IT. El payback se alarga más allá de lo razonable.

    • Estimación del payback por zona

    Para una estimación razonable, se usan tres variables: horas anuales de free cooling posible, ahorro eléctrico por hora de free cooling versus enfriamiento mecánico, y costo de la infraestructura adicional.

    Un DC mediano de 200 kW de carga IT en zona templada (Ciudad de México) puede esperar entre 5,000 y 6,000 horas anuales de free cooling. El ahorro eléctrico estimado por hora, asumiendo tarifa industrial promedio de CFE y un consumo de enfriamiento de aproximadamente 70 kW, está en el orden de los 8 a 12 USD por hora. Eso da un ahorro anual entre 40,000 y 70,000 USD.

    Con un CAPEX adicional de free cooling indirecto entre 80,000 y 180,000 USD, el payback realista en zona templada está entre 2 y 3.5 años, lo cual sigue siendo un excelente retorno para infraestructura que dura 10-15 años. En zona tropical húmeda con solo 2,000 horas anuales de free cooling, el mismo sistema tiene un payback de 5 a 8 años, y en algunos casos no cierra la cuenta.

    Recomendación operativa

    Antes de especificar un sistema de free cooling, conviene obtener los datos climáticos del sitio específico (no de la zona genérica) y calcular las horas anuales dentro del rango ASHRAE recomendado. La fuente oficial en México es el Servicio Meteorológico Nacional de CONAGUA.

    Con esa información, el dimensionamiento del sistema y la estimación del payback son directos. Saltarse ese paso lleva a instalar free cooling en un sitio donde no es rentable, o a no instalarlo en un sitio donde se recupera la inversión en menos de un año.

    El free cooling no es una mejora universal. Es una herramienta con perfil geográfico y perfil de retorno muy definidos. La decisión informada es la que se toma con datos climáticos del sitio en la mano.

    Fuentes

    [1] ASHRAE TC 9.9 — Thermal Guidelines for Data Processing Environments (rangos operativos recomendados) — https://tpc.ashrae.org/?cmtKey=fd4a4ee6-96a3-4f61-8b85-43418dfa988d

    [2] IEA — Data Centres and Data Transmission Networks (perfil de consumo energético del sector a nivel global) — https://www.iea.org/energy-system/buildings/data-centres-and-data-transmission-networks

    [3] CONAGUA — Servicio Meteorológico Nacional (datos climáticos oficiales de México) — https://www.gob.mx/conagua/acciones-y-programas/servicio-meteorologico-nacional

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