Como a VirtualCAE realiza modelagem CFD e estratégias de gerenciamento térmico para sistemas computacionais de alta densidade
- VirtualCAE
- 19/08/2026
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- CFD, Data Center, Fluidodinâmica Computacional, Otimização
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Os data centers são infraestruturas essenciais para o funcionamento da sociedade digital moderna, responsáveis pelo processamento e armazenamento de grandes volumes de informações e pela operação de serviços como computação em nuvem, inteligência artificial, streaming e aplicações corporativas. Entretanto, o aumento da capacidade computacional dos servidores também provoca um crescimento significativo da quantidade de calor gerada pelos equipamentos.
Nesse contexto, o gerenciamento térmico tornou-se um dos principais desafios de projeto e operação de um data center. O sistema de refrigeração precisa remover continuamente o calor produzido pelos servidores, mantendo os componentes dentro de limites adequados de temperatura e, simultaneamente, reduzindo o consumo de energia. A simulação por Dinâmica Computacional dos Fluidos, ou CFD (Computational Fluid Dynamics), permite prever o fluxo de ar e a transferência de calor em salas de data centers e em sistemas complexos de refrigeração.
A dinâmica de fluidos é, portanto, fundamental para compreender como o ar ou outro fluido refrigerante se movimenta dentro da instalação. Por meio da CFD, é possível analisar velocidade, pressão, temperatura, distribuição de calor e caminhos preferenciais do fluido, permitindo identificar regiões de sobreaquecimento e avaliar diferentes estratégias de refrigeração antes de sua implementação física.
1. Dinâmica do ar em data centers
Em sistemas convencionais de refrigeração, o ar é utilizado como principal meio de transporte do calor. O ar refrigerado é direcionado aos equipamentos, passa pelos servidores e absorve a energia térmica gerada pelos componentes eletrônicos. Posteriormente, o ar aquecido retorna ao sistema de refrigeração, onde sua temperatura é reduzida novamente.
Embora esse processo pareça simples, o comportamento do ar dentro de um data center é bastante complexo. A geometria da sala, o posicionamento dos racks, a vazão dos equipamentos de climatização e a potência térmica de cada servidor influenciam diretamente o escoamento.
Uma distribuição inadequada pode fazer com que o ar quente seja recirculado para a entrada de outros servidores. Esse fenômeno aumenta a temperatura de entrada dos equipamentos e pode gerar pontos quentes mesmo quando a temperatura média da sala permanece dentro dos limites especificados.
Por esse motivo, conceitos como corredores frios e corredores quentes são utilizados para organizar o fluxo de ar e reduzir a mistura entre o ar de entrada e o ar de saída dos servidores.
2. Transferência de calor e eficiência energética
A eficiência térmica de um data center não depende apenas da quantidade de ar movimentada, mas também da capacidade do sistema de transferir calor de maneira adequada. Nesse processo estão envolvidos fenômenos como convecção, condução e, em determinadas aplicações, radiação térmica.
Do ponto de vista da dinâmica dos fluidos, a convecção possui papel central. O movimento do ar sobre as superfícies aquecidas transporta energia térmica para longe dos componentes. Portanto, uma distribuição adequada do escoamento pode reduzir significativamente a ocorrência de regiões de alta temperatura.
A utilização de CFD possibilita testar diferentes configurações de refrigeração virtualmente. É possível, por exemplo, modificar a posição dos racks, alterar a vazão de ar, avaliar diferentes temperaturas de insuflamento ou estudar a influência de sistemas de contenção de corredores quentes e frios.
Exemplos de modelos de planta de Data Center – By Siemens
Esse tipo de análise é particularmente importante porque aumentar indiscriminadamente a vazão dos ventiladores não representa necessariamente uma solução eficiente. Uma vazão excessiva pode aumentar o consumo de energia sem proporcionar uma melhoria proporcional na refrigeração. O objetivo deve ser obter a distribuição de fluxo necessária para retirar o calor com o menor gasto energético possível.
3. A evolução para o resfriamento líquido
O aumento da densidade computacional, especialmente associado a aplicações de inteligência artificial e computação de alto desempenho, está tornando o resfriamento exclusivamente a ar cada vez mais desafiador. Quanto maior a potência dissipada por servidor, maior é a quantidade de calor que precisa ser removida.
Nesse cenário, o resfriamento líquido apresenta-se como uma alternativa importante. Líquidos possuem características de transferência de calor que podem permitir uma remoção mais eficiente da energia térmica diretamente nas proximidades dos componentes.
Entre as soluções possíveis estão as placas frias (cold plates) posicionadas diretamente sobre os chips, sistemas de tubulação, unidades de distribuição de líquido refrigerante, trocadores de calor e tecnologias de resfriamento por imersão.
A VirtualCAE aponta que a combinação de simulação CFD tridimensional e modelagem de sistemas unidimensional permite estudar diferentes componentes de uma arquitetura de resfriamento líquido, incluindo cold plates, tubulações, trocadores de calor e CDUs (Coolant Distribution Units).
Resultado de temperatura e fluxo de um arranjo de refrigeração por fluido – By Siemens
4. Modelagem CFD e diferentes níveis de análise
Um dos grandes benefícios da simulação computacional é permitir que diferentes níveis do sistema sejam analisados de maneira integrada. Em um data center, o problema térmico pode ser estudado desde o componente eletrônico individual até o ambiente completo.
Em uma escala menor, podem ser analisados chips, encapsulamentos, placas de circuito impresso e dissipadores. Em uma escala intermediária, podem ser estudados servidores e racks. Finalmente, em uma escala maior, é possível investigar a distribuição de ar e calor em toda a sala do data center.
Essa integração é importante porque o comportamento térmico de um componente influencia o servidor, que por sua vez influencia o ambiente em que está instalado. Uma análise isolada pode não representar adequadamente o comportamento real do sistema.
A VirtualCAE reúne ferramentas voltadas à simulação térmica e de fluidos, permitindo abordar aplicações de refrigeração eletrônica por CFD e conectar diferentes níveis de modelagem.
5. CFD como ferramenta de projeto e sustentabilidade
A dinâmica de fluidos computacional não deve ser vista apenas como uma ferramenta para identificar problemas depois que um data center já foi construído. Sua maior contribuição está na possibilidade de antecipar problemas durante as fases de projeto.
Por meio de simulações, diferentes configurações podem ser comparadas antes da construção ou alteração física da instalação. Isso permite estudar, por exemplo: distribuição e velocidade do ar; diferenças de pressão; temperatura dos racks e componentes; localização de equipamentos de refrigeração; distribuição de cargas térmicas; formação de hotspots; eficiência de corredores frios e quentes; sistemas de refrigeração líquida; comportamento de tubulações e trocadores de calor; estratégias de resfriamento por imersão; condições transitórias de operação.
Dessa forma, a CFD contribui para uma abordagem de projeto baseada em dados. Em vez de simplesmente superdimensionar os sistemas de refrigeração, o engenheiro pode utilizar os resultados da simulação para dimensionar o sistema de maneira mais precisa.
Essa questão ganha ainda mais importância diante do crescimento da demanda computacional. A sustentabilidade, nesse sentido, está diretamente relacionada à dinâmica dos fluidos. Um sistema que distribui o refrigerante de maneira mais eficiente pode reduzir o trabalho necessário para transportar o fluido e, consequentemente, diminuir o consumo energético associado à refrigeração. Portanto, otimizar o escoamento significa não apenas controlar a temperatura, mas também buscar uma utilização mais racional dos recursos.
CONCLUSÃO
A dinâmica de fluidos desempenha um papel fundamental no funcionamento eficiente e confiável dos data centers. À medida que a densidade computacional aumenta, a quantidade de calor gerada pelos equipamentos também cresce, tornando o gerenciamento térmico um dos principais desafios para a expansão dessas infraestruturas.
Nesse cenário, a Dinâmica Computacional dos Fluidos (CFD) fornece uma metodologia capaz de representar virtualmente o comportamento do ar e dos líquidos refrigerantes, permitindo analisar velocidade, pressão, temperatura e transferência de calor. A partir desses resultados, os engenheiros podem identificar hotspots, avaliar a distribuição do fluxo e comparar diferentes estratégias de refrigeração.
As soluções usadas pela VirtualCAE demonstram que a aplicação da CFD pode ir além da análise convencional de refrigeração a ar, abrangendo sistemas de resfriamento líquido, cold plates, tubulações, trocadores de calor, unidades de distribuição e tecnologias de imersão.
Portanto, a dinâmica de fluidos aplicada aos data centers constitui uma ferramenta estratégica para alcançar três objetivos fundamentais: confiabilidade, eficiência energética e sustentabilidade. A combinação entre CFD, modelagem térmica, modelos reduzidos e novas tecnologias de resfriamento tende a ser cada vez mais importante para atender às demandas de processamento de alta densidade, especialmente em aplicações relacionadas à inteligência artificial.
REFERÊNCIAS
SIEMENS. Revolutionizing data center cooling with smarter greener solutions. Siemens Digital Industries Software, webinar. Disponível em: Siemens – Revolutionizing data center cooling with smarter greener solutions. Acesso em: 13 ago. 2026.
SIEMENS. Simulação eletrônica de resfriamento. Simcenter. Disponível em: Siemens – Simulação eletrônica de resfriamento. Acesso em: 13 ago. 2026.
BLACKMORE, Byron. Embeddable BCI-ROM Technology: reduced order thermal models for 3D CFD electronics cooling simulation. Simcenter Blog, 30 out. 2023. Disponível em: Siemens Simcenter Blog – Embeddable BCI-ROM Technology. Acesso em: 13 ago. 2026.
SIEMENS. Optimize data center cooling with innovative computational fluid dynamics simulation (CFD). Simcenter Blog, 19 fev. 2025. Disponível em: Siemens Simcenter Blog – Optimize data center cooling with CFD. Acesso em: 13 ago. 2026.
CODECASA, L.; D’ALESSANDRO, V.; MAGNANI, A.; RINALDI, N.; ZAMPARDI, P. J. Fast novel thermal analysis simulation tool for integrated circuits (FANTASTIC). 20th International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC), 2014. Referenciado por Siemens no material sobre BCI-ROM.
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