Eficiência no Uso da Água: Refrigeração de Data Centers de IA Sem Crise
Atualizado em 11 de dezembro de 2025
Atualização de dezembro de 2025: Microsoft implementando refrigeração de circuito fechado, sem evaporação de água—eliminando água evaporativa e reduzindo o uso em mais de 125 milhões de litros por instalação anualmente. Data centers de IA consomem 10-50x mais água de refrigeração do que fazendas de servidores tradicionais. Instalações do Google com média de 2 milhões de litros diários. O treinamento do GPT-3 evaporou 700.000 litros de água doce. Designs sem água estão se tornando a direção da indústria.
Os próximos data centers da Microsoft usarão refrigeração de circuito fechado, sem evaporação de água, que elimina totalmente a necessidade de água evaporativa.¹ Uma vez preenchido na construção, o sistema recircula o refrigerante continuamente, reduzindo o uso anual de água em mais de 125 milhões de litros por instalação. O design representa uma mudança fundamental em como a infraestrutura de IA aborda o consumo de água—passando da aceitação do alto uso de água para eliminá-lo através da engenharia.
Data centers de IA consomem 10-50 vezes mais água de refrigeração do que fazendas de servidores tradicionais.² A escala cria preocupações genuínas de sustentabilidade: os data centers do Google têm média de 2 milhões de litros diários por instalação, e o treinamento do GPT-3 sozinho evaporou 700.000 litros de água doce.³ Organizações construindo infraestrutura de IA enfrentam pressão crescente de reguladores, comunidades e seus próprios compromissos de sustentabilidade para abordar o consumo de água. Entender a Eficiência no Uso da Água (WUE) e as tecnologias que impulsionam a refrigeração sem água ajuda a navegar esse cenário em evolução.
Entendendo o WUE
O Green Grid introduziu a Eficiência no Uso da Água em 2011 como a métrica padronizada para consumo de água em data centers.⁴ Como a Eficiência no Uso de Energia (PUE) para energia, o WUE fornece um benchmark para comparar a eficiência hídrica entre instalações.
Cálculo do WUE
O WUE mede litros de água consumidos por quilowatt-hora de energia de equipamentos de TI:
WUE = Uso Anual de Água do Local (litros) / Energia Anual de Equipamentos de TI (kWh)
A fórmula captura todo o consumo de água—água de reposição de torres de resfriamento, umidificação e qualquer outro uso operacional de água—em relação à computação real entregue.
Exemplo de cálculo:
Uso de água da instalação: 50 milhões de litros/ano
Consumo de energia de TI: 100 milhões de kWh/ano
WUE = 50.000.000 / 100.000.000 = 0,5 L/kWh
Benchmarks de WUE
WUE Ideal: 0,0 L/kWh Instalações refrigeradas a ar que não usam refrigeração evaporativa podem alcançar uso zero de água. A compensação: maior consumo de energia e PUE.
Média da indústria: 1,8-1,9 L/kWh A maioria dos data centers está nessa faixa, usando refrigeração evaporativa que troca água por eficiência energética.⁵
Melhor da categoria: 0,3-0,7 L/kWh O data center do NREL alcança 0,7 L/kWh junto com PUE de 1,06, demonstrando que baixo WUE não requer sacrificar eficiência energética.⁶
Variação regional: O WUE da Microsoft varia dramaticamente por localização—Arizona opera a 1,52 L/kWh enquanto Singapura alcança 0,02 L/kWh.⁷ Clima, disponibilidade de água e tecnologia de refrigeração influenciam o WUE alcançável.
A compensação WUE-PUE
WUE e PUE frequentemente se movem inversamente:
Refrigeração a ar: Zero uso de água (WUE = 0) mas maior consumo de energia (PUE 1,4-1,8)
Refrigeração evaporativa: Alto uso de água (WUE 1,5-2,5) mas melhor eficiência energética (PUE 1,1-1,3)
Refrigeração líquida: Uso mínimo de água em designs de circuito fechado (WUE próximo de 0) com excelente eficiência energética (PUE 1,05-1,2)
A refrigeração líquida quebra a compensação tradicional, permitindo tanto baixo WUE quanto baixo PUE—o que explica sua rápida adoção para infraestrutura de IA.
O desafio do consumo de água da IA
Cargas de trabalho de IA criam demandas de água sem precedentes através da combinação de maior densidade de potência e operação contínua.
Escala de consumo
O uso de água por hyperscalers cresceu dramaticamente com a expansão da IA:
Google: 24.227 megalitros consumidos em 2023—três vezes o uso da Microsoft e crescendo 17% anualmente.⁸
Microsoft: 7.844 megalitros em 2023, com 41% consumido em áreas com estresse hídrico. As operações globais usaram quase 6,4 milhões de metros cúbicos, um aumento de 34% ano a ano.⁹
Projeção da indústria: Uso de água esperado para atingir 1.068 bilhões de litros anualmente até 2028—um aumento de 11 vezes em relação aos níveis atuais.¹⁰
Fatores específicos da IA
Cargas de trabalho de IA impulsionam maior consumo de água através de vários mecanismos:
Densidade de potência: Racks de GPU operam a 50-135 kW, versus 10-20 kW para servidores tradicionais. Maior saída de calor requer refrigeração mais agressiva.
Operação contínua: Execuções de treinamento durando semanas ou meses geram cargas de calor sustentadas sem os períodos intermitentes de inatividade de cargas de trabalho empresariais típicas.
Crescimento de inferência: Implantações de IA em produção executam inferência continuamente, criando demandas de refrigeração 24/7 que acumulam consumo de água.
Impacto por consulta: Pesquisadores da UC Riverside estimam que cada prompt de IA de 100 palavras usa aproximadamente 519 mililitros de água—cerca de uma garrafa por interação.¹¹
Concentração geográfica
O estresse hídrico se agrava em regiões com investimento pesado em infraestrutura de IA:
Arizona: Presença importante de hyperscalers em clima desértico com recursos hídricos limitados. As instalações da Microsoft no Arizona operam a 1,52 L/kWh WUE—entre os mais altos globalmente.
Oregon: A proliferação de data centers pressiona os recursos hídricos em comunidades que dependem das mesmas fontes para agricultura e uso residencial.
Expansão global: Hyperscalers enfrentam críticas por construir instalações intensivas em água em regiões propensas à seca enquanto buscam compromissos de positividade hídrica.¹²
Tecnologias de refrigeração e eficiência hídrica
Refrigeração evaporativa tradicional
A refrigeração evaporativa permanece a tecnologia dominante em data centers existentes:
Como funciona: A água absorve calor à medida que evapora, transferindo energia térmica da instalação para a atmosfera. Torres de resfriamento evaporam água continuamente para rejeitar o calor do data center.
Consumo de água: Sistemas evaporativos consomem 1,5-3,0 L/kWh dependendo do clima e eficiência.
Vantagem energética: A refrigeração evaporativa reduz o trabalho do compressor, melhorando o PUE em 15-30% versus refrigeração mecânica em climas adequados.
Limitações: Alto consumo de água, requisitos de tratamento de água de reposição e risco de legionella em torres de resfriamento.
Alternativas de refrigeração a ar
Instalações refrigeradas a ar eliminam o consumo de água mas sacrificam eficiência energética:
Refrigeração mecânica: Sistemas baseados em compressor rejeitam calor sem evaporação de água. Maior consumo de energia (PUE 1,4+) mas uso zero de água.
Free cooling: Usando ar ambiente diretamente quando as temperaturas externas permitem. Eficaz em climas frios mas aplicabilidade limitada para infraestrutura de IA em configurações de alta densidade.
Melhor para: Regiões com estresse hídrico onde a conservação de água supera considerações de eficiência energética.
Refrigeração líquida direta no chip
A refrigeração líquida representa a tecnologia revolucionária que permite tanto eficiência hídrica quanto energética:
Como funciona: Placas frias são montadas diretamente em CPUs, GPUs, módulos de memória e reguladores de tensão. Sistemas de circuito fechado circulam refrigerante através dessas placas, removendo o calor na fonte antes que ele se dissipe no ar.¹³
Consumo de água: Designs de circuito fechado não usam água em operação normal. O sistema é preenchido uma vez na construção e recircula continuamente.
Eficiência energética: A refrigeração líquida alcança PUE abaixo de 1,2 enquanto elimina totalmente o consumo de água.¹⁴
Implementação NVIDIA: O sistema refrigerado a líquido em escala de rack GB200 NVL72 oferece 300x melhor eficiência hídrica do que arquiteturas tradicionais refrigeradas a ar.¹⁵
Refrigeração de duas fases
A refrigeração líquida avançada usa mudança de fase para máxima eficiência:
Como funciona: Fluido dielétrico especialmente formulado (de fornecedores como Honeywell e Chemours) ferve a temperaturas tão baixas quanto 18°C. A mudança de fase absorve energia térmica significativa, fornecendo refrigeração mais eficiente do que sistemas líquidos de fase única.¹⁶
Operação sem água: A tecnologia HyperCool da ZutaCore remove o calor diretamente na fonte, eliminando o uso de água e reduzindo o consumo de energia em até 82%.¹⁷
Vantagens de segurança: Fluidos dielétricos não danificam eletrônicos se vazarem, ao contrário de refrigerantes à base de água.
Refrigeração por imersão
A imersão total fornece a solução definitiva para densidade de calor:
Imersão de fase única: Servidores são submersos em fluido dielétrico que absorve calor através de convecção. Sem necessidade de água.
Imersão de duas fases: Servidores são submersos em fluido de baixo ponto de ebulição que ferve ativamente adjacente aos componentes que produzem calor, fornecendo refrigeração extremamente eficiente.
Adoção: Microsoft, Google e Meta implementaram refrigeração por imersão para infraestrutura de treinamento de IA de mais alta densidade.
Estratégias hídricas dos hyperscalers
O caminho de positividade hídrica da Microsoft
A Microsoft se comprometeu a se tornar positiva em água até 2030—repondo mais água do que consome em operações globais:¹⁸
Implantação de refrigeração sem água: Refrigeração líquida de circuito fechado no nível do chip elimina totalmente a água evaporativa. Atualmente em teste em Phoenix, Arizona, e Mt. Pleasant, Wisconsin, com operações esperadas em 2026. Até o final de 2027, evaporação zero de água se torna o padrão em novos data centers.
Impacto nas instalações: Cada instalação sem água reduz o consumo anual em mais de 125 milhões de litros em comparação com designs evaporativos.
Projetos de reposição: Projetos de restauração hídrica em comunidades com estresse hídrico compensam o consumo das instalações existentes.
Desempenho 2023: 7.844 megalitros consumidos, embora 41% em áreas com estresse hídrico destaque o desafio da infraestrutura existente.
O compromisso de reposição do Google
O Google prometeu repor 120% da água consumida até 2030:¹⁹
Eficiência operacional: Melhorando a eficiência de refrigeração em instalações existentes para reduzir o consumo de base.
Parcerias em bacias hidrográficas: Colaborando com comunidades e organizações para repor o uso de água e melhorar a saúde das bacias hidrográficas.
Investimento em tecnologia: Apoiando a segurança hídrica através de tecnologia e inovação além das operações diretas.
Consumo 2023: 24.227 megalitros—o mais alto entre os principais hyperscalers, refletindo a escala de data centers do Google.
O foco em eficiência da Meta
A Meta se comprometeu com positividade hídrica até 2030 com ênfase em eficiência operacional:²⁰
Práticas de construção: Usando água reciclada para construção e implementando melhores práticas para reduzir as necessidades de água na construção.
Reciclagem nas instalações: Reciclando água dentro das instalações várias vezes antes da descarga.
Eficiência operacional: Data centers representam a maior parte do uso de água da Meta, tornando as melhorias operacionais a principal alavanca.
Base mais baixa: 2.938 megalitros em 2023—significativamente menos que Google ou Microsoft, refletindo escala de infraestrutura diferente.
A entrada tardia da AWS
A AWS se comprometeu com positividade hídrica até 2030 no re:Invent 2024:²¹
Adoção direta no chip: A AWS implanta placas frias diretamente nos chips com circulação de circuito fechado, eliminando aumentos no consumo de água de nova infraestrutura de IA.
Fluidos engenheirados: Usando fluidos de refrigeração especialmente formulados em vez de água, evitando perdas por evaporação totalmente.
Reposição comunitária: Retornando mais água às comunidades do que as operações diretas consomem.
Melhores práticas operacionais
Medição e monitoramento
A gestão eficaz da água requer medição abrangente:
Infraestrutura de medição: Instale submedidores para torres de resfriamento, sistemas de umidificação e qualquer outro equipamento que consuma água. Agregados mensais ou anuais fornecem WUE mais representativo do que instantâneos diários.²²
Monitoramento em tempo real: Acompanhe o consumo de água junto com temperatura, umidade e carga de TI para identificar oportunidades de otimização.
Estabelecimento de linha de base: Documente o WUE atual antes de implementar melhorias para medir o impacto com precisão.
Otimização de temperatura e umidade
Ajustar parâmetros ambientais reduz o consumo de água:
Elevar pontos de ajuste de temperatura: Um
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