Eficiencia en el Uso del Agua: Refrigeración de Centros de Datos de IA Sin Crisis
Actualizado el 11 de diciembre de 2025
Actualización de diciembre de 2025: Microsoft implementando refrigeración de circuito cerrado sin evaporación de agua—eliminando el agua evaporativa y reduciendo el uso en más de 125M de litros por instalación anualmente. Los centros de datos de IA consumen 10-50x más agua de refrigeración que las granjas de servidores tradicionales. Las instalaciones de Google promedian 550,000 galones diarios. El entrenamiento de GPT-3 evaporó 700,000 litros de agua dulce. Los diseños sin agua se están convirtiendo en la dirección de la industria.
Los próximos centros de datos de Microsoft utilizarán refrigeración de circuito cerrado sin evaporación de agua que elimina la necesidad de agua evaporativa por completo.¹ Una vez llenado durante la construcción, el sistema recircula el refrigerante continuamente, reduciendo el uso anual de agua en más de 125 millones de litros por instalación. El diseño representa un cambio fundamental en cómo la infraestructura de IA aborda el consumo de agua—pasando de la aceptación del alto uso de agua a eliminarlo mediante ingeniería.
Los centros de datos de IA consumen 10-50 veces más agua de refrigeración que las granjas de servidores tradicionales.² La escala crea preocupaciones genuinas de sostenibilidad: los centros de datos de Google promedian 550,000 galones diarios por instalación, y solo el entrenamiento de GPT-3 evaporó 700,000 litros de agua dulce.³ Las organizaciones que construyen infraestructura de IA enfrentan una presión creciente de reguladores, comunidades y sus propios compromisos de sostenibilidad para abordar el consumo de agua. Comprender la Efectividad del Uso del Agua (WUE) y las tecnologías que impulsan la refrigeración sin agua ayuda a navegar este panorama en evolución.
Entendiendo el WUE
The Green Grid introdujo la Efectividad del Uso del Agua en 2011 como la métrica estandarizada para el consumo de agua en centros de datos.⁴ Al igual que la Efectividad del Uso de Energía (PUE) para la energía, el WUE proporciona un punto de referencia para comparar la eficiencia del agua entre instalaciones.
Cálculo del WUE
El WUE mide litros de agua consumidos por kilovatio-hora de energía del equipo de TI:
WUE = Uso Anual de Agua del Sitio (litros) / Energía Anual del Equipo de TI (kWh)
La fórmula captura todo el consumo de agua—agua de reposición de torres de enfriamiento, humidificación y cualquier otro uso operativo de agua—en relación con la computación real entregada.
Ejemplo de cálculo:
Uso de agua de la instalación: 50 millones de litros/año
Consumo de energía de TI: 100 millones de kWh/año
WUE = 50,000,000 / 100,000,000 = 0.5 L/kWh
Referencias del WUE
WUE ideal: 0.0 L/kWh Las instalaciones refrigeradas por aire que no utilizan enfriamiento evaporativo pueden lograr cero uso de agua. La compensación: mayor consumo de energía y PUE.
Promedio de la industria: 1.8-1.9 L/kWh La mayoría de los centros de datos caen en este rango, utilizando enfriamiento evaporativo que intercambia agua por eficiencia energética.⁵
Mejor en su clase: 0.3-0.7 L/kWh El centro de datos del NREL logra 0.7 L/kWh junto con un PUE de 1.06, demostrando que un WUE bajo no requiere sacrificar la eficiencia energética.⁶
Variación regional: El WUE de Microsoft varía drásticamente según la ubicación—Arizona opera a 1.52 L/kWh mientras que Singapur logra 0.02 L/kWh.⁷ El clima, la disponibilidad de agua y la tecnología de refrigeración influyen en el WUE alcanzable.
La compensación WUE-PUE
El WUE y el PUE a menudo se mueven inversamente:
Refrigeración por aire: Cero uso de agua (WUE = 0) pero mayor consumo de energía (PUE 1.4-1.8)
Refrigeración evaporativa: Alto uso de agua (WUE 1.5-2.5) pero mejor eficiencia energética (PUE 1.1-1.3)
Refrigeración líquida: Uso mínimo de agua en diseños de circuito cerrado (WUE cercano a 0) con excelente eficiencia energética (PUE 1.05-1.2)
La refrigeración líquida rompe la compensación tradicional, permitiendo tanto un WUE bajo como un PUE bajo—lo que explica su rápida adopción para infraestructura de IA.
El desafío del consumo de agua de la IA
Las cargas de trabajo de IA crean demandas de agua sin precedentes a través de la combinación de mayor densidad de potencia y operación continua.
Escala de consumo
El uso de agua de los hiperescaladores creció dramáticamente con la expansión de la IA:
Google: 24,227 megalitros consumidos en 2023—tres veces el uso de Microsoft y creciendo un 17% anualmente.⁸
Microsoft: 7,844 megalitros en 2023, con el 41% consumido en áreas con estrés hídrico. Las operaciones globales utilizaron casi 6.4 millones de metros cúbicos, un aumento interanual del 34%.⁹
Proyección de la industria: Se espera que el uso de agua alcance 1,068 mil millones de litros anuales para 2028—un aumento de 11 veces respecto a los niveles actuales.¹⁰
Factores específicos de la IA
Las cargas de trabajo de IA impulsan un mayor consumo de agua a través de varios mecanismos:
Densidad de potencia: Los racks de GPU operan a 50-135 kW, versus 10-20 kW para servidores tradicionales. Mayor producción de calor requiere refrigeración más agresiva.
Operación continua: Los entrenamientos que duran semanas o meses generan cargas de calor sostenidas sin los períodos de inactividad intermitentes de las cargas de trabajo empresariales típicas.
Crecimiento de la inferencia: Las implementaciones de IA en producción ejecutan inferencia continuamente, creando demandas de refrigeración 24/7 que acumulan consumo de agua.
Impacto por consulta: Investigadores de UC Riverside estiman que cada prompt de IA de 100 palabras usa aproximadamente 519 mililitros de agua—aproximadamente una botella por interacción.¹¹
Concentración geográfica
El estrés hídrico se agrava en regiones con fuerte inversión en infraestructura de IA:
Arizona: Mayor presencia de hiperescaladores en clima desértico con recursos hídricos limitados. Las instalaciones de Microsoft en Arizona operan a 1.52 L/kWh de WUE—entre los más altos a nivel mundial.
Oregon: La proliferación de centros de datos presiona los recursos hídricos en comunidades que dependen de las mismas fuentes para agricultura y uso residencial.
Expansión global: Los hiperescaladores enfrentan críticas por construir instalaciones intensivas en agua en regiones propensas a sequías mientras persiguen compromisos de positividad hídrica.¹²
Tecnologías de refrigeración y eficiencia del agua
Refrigeración evaporativa tradicional
La refrigeración evaporativa sigue siendo la tecnología dominante en los centros de datos existentes:
Cómo funciona: El agua absorbe calor mientras se evapora, transfiriendo energía térmica de la instalación a la atmósfera. Las torres de enfriamiento evaporan continuamente agua para rechazar el calor del centro de datos.
Consumo de agua: Los sistemas evaporativos consumen 1.5-3.0 L/kWh dependiendo del clima y la eficiencia.
Ventaja energética: La refrigeración evaporativa reduce el trabajo del compresor, mejorando el PUE en un 15-30% versus la refrigeración mecánica en climas adecuados.
Limitaciones: Alto consumo de agua, requisitos de tratamiento de agua de reposición y riesgo de legionela de las torres de enfriamiento.
Alternativas de refrigeración por aire
Las instalaciones refrigeradas por aire eliminan el consumo de agua pero sacrifican la eficiencia energética:
Refrigeración mecánica: Sistemas basados en compresores rechazan el calor sin evaporación de agua. Mayor consumo de energía (PUE 1.4+) pero cero uso de agua.
Free cooling: Usando el aire ambiente directamente cuando las temperaturas exteriores lo permiten. Efectivo en climas fríos pero aplicabilidad limitada para infraestructura de IA en configuraciones de alta densidad.
Mejor para: Regiones con estrés hídrico donde la conservación del agua supera las consideraciones de eficiencia energética.
Refrigeración líquida directa al chip
La refrigeración líquida representa la tecnología revolucionaria que permite tanto la eficiencia del agua como la energética:
Cómo funciona: Las placas frías se montan directamente sobre CPUs, GPUs, módulos de memoria y reguladores de voltaje. Los sistemas de circuito cerrado circulan refrigerante a través de estas placas, eliminando el calor en la fuente antes de que se disipe en el aire.¹³
Consumo de agua: Los diseños de circuito cerrado no usan agua en operación normal. El sistema se llena una vez durante la construcción y recircula continuamente.
Eficiencia energética: La refrigeración líquida logra un PUE por debajo de 1.2 mientras elimina completamente el consumo de agua.¹⁴
Implementación de NVIDIA: El sistema refrigerado por líquido a escala de rack GB200 NVL72 ofrece 300x mejor eficiencia de agua que las arquitecturas tradicionales refrigeradas por aire.¹⁵
Refrigeración de dos fases
La refrigeración líquida avanzada utiliza cambio de fase para máxima eficiencia:
Cómo funciona: Un fluido dieléctrico especialmente formulado (de proveedores como Honeywell y Chemours) hierve a temperaturas tan bajas como 18°C. El cambio de fase absorbe energía de calor significativa, proporcionando una refrigeración más eficiente que los sistemas líquidos de una sola fase.¹⁶
Operación sin agua: La tecnología HyperCool de ZutaCore elimina el calor directamente en la fuente, eliminando el uso de agua y reduciendo el consumo de energía hasta en un 82%.¹⁷
Ventajas de seguridad: Los fluidos dieléctricos no dañarán los electrónicos si hay una fuga, a diferencia de los refrigerantes a base de agua.
Refrigeración por inmersión
La inmersión completa proporciona la solución definitiva para alta densidad de calor:
Inmersión de una fase: Los servidores se sumergen en fluido dieléctrico que absorbe el calor a través de convección. No se requiere agua.
Inmersión de dos fases: Los servidores se sumergen en fluido de bajo punto de ebullición que hierve activamente adyacente a los componentes que producen calor, proporcionando una refrigeración extremadamente eficiente.
Adopción: Microsoft, Google y Meta han implementado refrigeración por inmersión para la infraestructura de entrenamiento de IA de mayor densidad.
Estrategias de agua de los hiperescaladores
El camino de Microsoft hacia la positividad hídrica
Microsoft se comprometió a ser positivo en agua para 2030—reponiendo más agua de la que consume en las operaciones globales:¹⁸
Implementación de refrigeración sin agua: La refrigeración líquida de circuito cerrado a nivel de chip elimina completamente el agua evaporativa. Actualmente en pruebas en Phoenix, Arizona y Mt. Pleasant, Wisconsin, con operaciones esperadas en 2026. Para finales de 2027, la evaporación cero de agua se convierte en el estándar en los nuevos centros de datos.
Impacto en las instalaciones: Cada instalación sin agua reduce el consumo anual en más de 125 millones de litros en comparación con los diseños evaporativos.
Proyectos de reposición: Proyectos de restauración de agua en comunidades con estrés hídrico compensan el consumo de las instalaciones existentes.
Rendimiento 2023: 7,844 megalitros consumidos, aunque el 41% en áreas con estrés hídrico destaca el desafío de la infraestructura existente.
El compromiso de reposición de Google
Google se comprometió a reponer el 120% del agua consumida para 2030:¹⁹
Eficiencia operativa: Mejorando la eficiencia de refrigeración en las instalaciones existentes para reducir el consumo base.
Asociaciones de cuencas: Colaborando con comunidades y organizaciones para reponer el uso de agua y mejorar la salud de las cuencas.
Inversión en tecnología: Apoyando la seguridad del agua a través de tecnología e innovación más allá de las operaciones directas.
Consumo 2023: 24,227 megalitros—el más alto entre los principales hiperescaladores, reflejando la escala de centros de datos de Google.
El enfoque de eficiencia de Meta
Meta se comprometió a la positividad hídrica para 2030 con énfasis en la eficiencia operativa:²⁰
Prácticas de construcción: Usando agua reciclada para construcción e implementando mejores prácticas para reducir las necesidades de agua de construcción.
Reciclaje en instalaciones: Reciclando agua dentro de las instalaciones múltiples veces antes de la descarga.
Eficiencia operativa: Los centros de datos representan la mayor parte del uso de agua de Meta, haciendo que las mejoras operativas sean la palanca principal.
Base más baja: 2,938 megalitros en 2023—significativamente menos que Google o Microsoft, reflejando una escala de infraestructura diferente.
La entrada tardía de AWS
AWS se comprometió a la positividad hídrica para 2030 en re:Invent 2024:²¹
Adopción directa al chip: AWS implementa placas frías directamente en los chips con circulación de circuito cerrado, eliminando los aumentos de consumo de agua de la nueva infraestructura de IA.
Fluidos diseñados: Usando fluidos de refrigeración especialmente formulados en lugar de agua, evitando completamente las pérdidas por evaporación.
Reposición comunitaria: Devolviendo más agua a las comunidades de la que consumen las operaciones directas.
Mejores prácticas operativas
Medición y monitoreo
La gestión efectiva del agua requiere una medición integral:
Infraestructura de medición: Instalar submedidores para torres de enfriamiento, sistemas de humidificación y cualquier otro equipo que consuma agua. Los agregados mensuales o anuales proporcionan un WUE más representativo que las instantáneas diarias.²²
Monitoreo en tiempo real: Rastrear el consumo de agua junto con la temperatura, humedad y carga de TI para identificar oportunidades de optimización.
Establecimiento de línea base: Documentar el WUE actual antes de implementar mejoras para medir el impacto con precisión.
Optimización de temperatura y humedad
Ajustar los parámetros ambientales reduce el consumo de agua:
Elevar los puntos de ajuste de temperatura: Un
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