Cumplimiento de ESD en una sala de servidores

Los pisos con control de estática brindan protección contra descargas electrostáticas (ESD) en múltiples industrias que brindan servicios a aplicaciones dispares que van desde la eliminación de golpes molestos hasta la protección de las operaciones de las torres de vuelo de las aeronaves contra fallas de funcionamiento de los equipos. A menudo denominado suelo ESD, esta categoría de suelo puede proteger dispositivos y equipos electrónicos sensibles a la estática de niveles dañinos (pero, debido a su invisibilidad, aparentemente intrascendentes) de descarga estática, muy por debajo del umbral de sensibilidad humana. En otros casos, los pisos ESD se instalan para evitar que las chispas estáticas provoquen la ignición de productos químicos inflamables, municiones, explosivos y materiales energéticos.

En su artículo "¿Se están secando los centros de datos?",1 los autores Beaty y Quirk analizan alternativas a la humidificación, como los pisos ESD, para prevenir problemas ESD de la vida real en los centros de datos, como:

Especificados y utilizados correctamente, los pisos ESD previenen la generación de electricidad estática y proporcionan un camino a tierra para objetos cargados, incluidas personas, materiales, máquinas y equipos de transporte. Los pisos ESD también ponen a tierra cualquier objeto con conductividad intrínseca que entre en contacto con el piso. Para los centros de datos, múltiples estudios financiados por ASHRAE sugieren firmemente el uso de sistemas de pisos al menos moderadamente conductores en áreas controladas para reducir el nivel general de acumulación de carga electrostática, independientemente de la humedad ambiental o el tipo de calzado utilizado en el espacio.

Dependiendo de la industria y la aplicación, tienen prioridad diferentes requisitos de control estático y métodos de prueba. Por ejemplo, los requisitos de control estático para el manejo de explosivos generalmente están bajo la jurisdicción del manual del contratista del Departamento de Defensa (DoD), DOD 4145.26, o del estándar del Departamento de Energía (DoE), DOE 1212-2019. Por el contrario, las organizaciones que manejan dispositivos electrónicos sensibles a la estática siguen las pautas del estándar ANSI/ESD S20.20 de la Asociación ESD.

Es fundamental hacer coincidir el estándar correcto y la estrategia de mitigación estática con su aplicación específica. Al comparar el valor, la jurisdicción y la viabilidad de cualquier organización y estándares, vale la pena señalar la posibilidad de complicaciones legales si se instala el piso incorrecto. En un artículo de enero de 2012 publicado por la revista In Compliance, el abogado de responsabilidad reconocido a nivel nacional Kenneth Ross dice que en una demanda:

"... Los estándares de la industria e incluso certificaciones como UL se consideran mínimos... el estándar establece un diseño alternativo razonable y el fabricante tiene que justificar por qué no cumplió". 2

Aunque este consejo se aplica específicamente a los riesgos de seguridad, presenta un segundo problema a una escala mucho más amplia. ¿Qué pasa con el rendimiento del producto? La descarga estática es un problema muy real, pero en su mayor parte es un problema invisible. ¿Cómo sabe el usuario final que realmente instaló una solución compatible? ¿La organización de usuarios finales se basa en la literatura y las especificaciones del proveedor, o realiza sus propias pruebas? ¿Cuáles son las métricas para establecer el cumplimiento del producto? ¿Se parece su espacio a las condiciones bajo las cuales el producto fue diseñado para funcionar? El calzado ESD, por ejemplo, mejora enormemente el rendimiento de los pisos ESD, pero puede resultar poco práctico para espacios como centros de llamadas y salas de servidores.

Dado que los estándares varían, ¿cómo se determina a qué estándares y métodos de prueba se debe hacer referencia para cada entorno? Para comprender por qué esto es importante, considere los diferentes requisitos para las pruebas de resistencia entre UL 779, DoE/DoD y los requisitos de prueba ANSI/ESD. Las pruebas de resistencia del Departamento de Energía y del Departamento de Defensa de pisos conductores generalmente se realizan con un ohmímetro ajustado a 500 voltios. El requisito ANSI/ESD y ASTM para la misma prueba de resistencia especifica la aplicación de 10 voltios o 100 voltios, dependiendo de las propiedades resistivas del material bajo prueba.

Los fabricantes de pisos no suelen proporcionar especificaciones de producto basadas en pruebas de resistencia de 500 voltios, y la mayoría de los especificadores de pisos no solicitan resultados obtenidos a diferentes voltajes. ¿Por qué presentaría un problema el uso de diferentes voltajes en una prueba de resistencia? En el caso del Departamento de Defensa, el gobierno estableció una resistencia mínima para el piso de 40.000 ohmios probada a 500 voltios para evaluar la “seguridad” frente a la electrocución. Según la ley de Ohm, al aumentar el voltaje aplicado se reduce la resistencia. Un piso que mide 40.000 ohmios utilizando el método de prueba ANSI/ESD STM 7.1 a 10 voltios medirá muy por debajo del requisito de 40.000 ohmios cuando se lo somete a un voltaje aplicado de 500 V.

Tanto ASTM como ANSI evalúan la resistencia de pisos conductores a 10 y 100 voltios. Si un especificador elige un piso conductor basándose en los resultados de las pruebas obtenidas utilizando los métodos de prueba ASTM F150 o ANSI/ESD STM 7.1, es posible que el piso no cumpla con los requisitos del Departamento de Defensa (500 voltios).

¿Qué sucede si no se realizan pruebas de resistencia hasta después de instalar el piso? Esto ocurrió en una base de la Fuerza Aérea de Estados Unidos a principios de este año. La instalación maneja explosivos y el piso, probado después de la instalación, no cumplía con los requisitos gubernamentales. El proveedor ha gastado más de $100,000 en mano de obra y materiales para quitar su piso ESD e instalar un piso nuevo que cumpla con el estándar gubernamental. Cualquiera de los pisos habría eliminado la estática de manera satisfactoria, pero el Departamento de Defensa no ofrece exenciones para materiales no conformes utilizados en aplicaciones de explosivos.

Un gran proveedor de televisión por cable contrató a un contratista de pisos local para que le proporcionara los costos de un proyecto complejo que implicaba la eliminación del piso viejo en un gran centro de datos operativo/sala de servidores y su reemplazo con una solución de control estático; el proyecto presentaba muchos desafíos.

La unión entre las antiguas baldosas y el hormigón (ver Figura 1) se había deteriorado debido al paso del tiempo y a la rotura del adhesivo. No se pudo quitar el piso directamente debajo de los estantes porque la instalación funciona las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Quitar el suelo que rodeaba los bastidores era arriesgado debido a posibles problemas de contención de polvo. Estos obstáculos y condiciones preexistentes llevaron a la empresa de cable hacia soluciones que podrían instalarse directamente sobre el suelo existente.

Figura 1: Suelo deteriorado en la sala de servidores de la empresa de cable

Se evaluaron varios materiales diferentes para pisos ESD. El objetivo principal era encontrar un material que pudiera instalarse sin adhesivos. Esto limitó las opciones a baldosas entrelazadas o una solución flotante como caucho, vinilo o moqueta en losetas ESD. La opción de la alfombra se descartó debido a la necesidad de mover equipos pesados ​​sin agregar resistencia a la rodadura. Esto llevó directamente a la decisión de instalar un suelo entrelazado de superficie dura.

La siguiente pregunta: ¿querían suelos disipativos o conductores? Para los gerentes de programas ESD en instalaciones de fabricación de productos electrónicos, esto puede parecer una opción simple, pero esta aplicación requería conectar a tierra a las personas que manipulaban y cambiaban placas de circuitos en un entorno operativo. El cliente quería saber qué tan alta podría ser la resistencia antes de que fuera demasiado alta para desintegrar las cargas de manera efectiva y qué resistencia podría considerarse demasiado baja o innecesariamente conductora, lo que plantearía un riesgo potencial para la seguridad. El suelo también necesitaba inhibir la generación de carga en una persona que llevaba calzado normal en un ambiente con humedad variable.

Según ANSI/ESD STM 7.1, el piso conductor se define como cualquier piso con una resistencia a un punto conectado a tierra de menos de un millón (< 1,0 x 106) ohmios. Un piso disipativo mide desde un millón de ohmios hasta menos de mil millones de ohmios (< 1,0 x 109). La fase de calificación ANSI/ESD S20.20 de esta prueba generalmente se realiza en un laboratorio con una humedad relativa (RH) baja. Se utiliza un ohmímetro para medir la resistencia agregada de todos los componentes necesarios para instalar el piso. Con losetas pegadas, esto implica instalar las losetas en un sustrato de prueba con el adhesivo adecuado y luego medir la resistencia desde la superficie de la loseta hasta una conexión a tierra enterrada dentro o debajo del adhesivo. Las mediciones obtenidas de esta sencilla prueba de laboratorio determinan si un suelo se clasifica como conductor o disipativo.

Para lograr una resistencia compatible, los pisos con superficies conductoras a veces se instalan con adhesivo disipativo. Siempre que el adhesivo asegure un camino al suelo superior a 1,0 x 106 y inferior a 1,0 x 109, este tipo de sistema de piso se caracterizaría como un sistema de piso disipador de estática. Las pruebas de laboratorio no pueden predecir si esto puede ser problemático en el campo porque los laboratorios no presentan las variables que se encuentran en el entorno de instalación previsto. Por ejemplo, un sistema de piso disipativo que depende de un adhesivo disipativo para controlar su resistencia a tierra podría volverse conductor si las condiciones de instalación introducen la transmisión de vapor de humedad del concreto o si el equipo conectado a tierra colocado sobre la superficie del piso crea una ruta de tierra no deseada.

Dependiendo de la construcción del sistema de piso, ciertos tipos de pisos también podrían medirse de manera diferente en el campo que en la prueba de calificación. Un suelo compuesto, como una loseta de moqueta o un suelo de vinilo flotante, por ejemplo, podría fabricarse con una capa superficial más conductora que las capas situadas debajo de la superficie. Realizar pruebas en una instalación simulada puede detectar posibles errores con anticipación, evitando sorpresas después de que se haya instalado el piso.

En el caso de centros de datos y salas de servidores, no existen normas oficiales para elegir la resistencia eléctrica adecuada para suelos ESD. Pero podemos buscar orientación sobre control estático de los fabricantes que construyen este equipo. La mayoría utiliza algún tipo de suelo ESD. Dado que sus programas de prevención de ESD están diseñados para cumplir con ANSI/ESD S20.20, instalan pisos con una medición de resistencia inferior a 1,0 x 109 ohmios a tierra y generación de carga (según el método de prueba ANSI/ESD STM 97.2 inferior a 100 voltios en personal que usa ESD calzado.

Dado que los estándares S20.20, IEC 61340-5-1 (el equivalente internacional de S20.20) y FAA establecen un límite superior de < 1,0 x 109, el punto en el que el rendimiento del piso de control estático disminuye significativamente , es lógico que éste sea un umbral superior universalmente aceptado.

Durante décadas, las publicaciones de la NFPA establecieron una resistencia eléctrica mínima de 25.000 ohmios para los pisos instalados en quirófanos. Este valor de resistencia se determinó utilizando un ohmímetro ajustado a 500 voltios. UL 779 requiere una resistencia mínima promedio de 25.000 ohmios. DoD 4145.26 establece 40.000 ohmios como mínimo en áreas con servicio de 110 voltios y 75.000 ohmios cerca de servicio de 220 voltios. (Para el Departamento de Defensa, un interruptor de falla a tierra cumple con el mismo requisito). Una publicación en el sitio web de un centro de datos de IBM, actualizada en mayo de 2022, dice:

"Por seguridad, el revestimiento del piso y el sistema de piso deben proporcionar una resistencia de no menos de 150 kiloohmios cuando se mide entre dos puntos cualesquiera en el espacio del piso a 1 m (3 pies) de distancia". 3

FAA 019f, Motorola R56 y ATIS 0600321 exigen que el piso ESD mida más de 1,0 x 106. Al igual que la empresa del estudio de caso que necesitaba proteger al personal conectado a tierra, las personas empleadas en instalaciones cubiertas por estos estándares trabajan cerca de equipos electrificados. Estas industrias crearon sus estándares con la intención de proteger a los trabajadores del riesgo de electrocución. Si bien no conocemos ningún caso en el que alguien haya sido electrocutado por un piso ESD, es una posibilidad teórica que se ha confirmado en pruebas de laboratorio.

Es fundamental tener en cuenta que nunca se debe confiar en las mediciones de resistencia realizadas con un ohmímetro para determinar cuánta corriente pasará a través de un piso de control estático. Un estudio en particular, realizado por Fowler Associates en Simpsonville, SC, demostró una variación significativa en la corriente eléctrica medida real en materiales para pisos ESD versus la corriente eléctrica pronosticada basada en mediciones de resistencia obtenidas usando un ohmímetro.4 Los únicos productos para pisos comercializados para proteger Los trabajadores de la corriente eléctrica son altamente aislantes y no sirven para ningún propósito de control estático. Los pisos ESD no están diseñados para impedir el flujo de electricidad. Es exactamente lo contrario. Los suelos ESD facilitan el flujo de cargas a tierra.

Esto nos deja con políticas necesarias, como seguir los códigos eléctricos nacionales y locales, limitar el trabajo eléctrico solo a personal y organizaciones calificados, además de desarrollar, implementar y hacer cumplir un programa de seguridad eléctrica. Esto no quiere decir que no debamos considerar una resistencia mínima. Simplemente significa que no debemos confiar en la resistencia eléctrica como medida de seguridad. Pero ya sea que la resistencia sea un predictor confiable de corriente de fuga o no, los fabricantes de pisos deben tener en cuenta el consejo de Ken Ross, es decir, una norma (UL, NFPA, DOD, FAA) establece un diseño alternativo razonable y, en caso de accidente, el “fabricante tendría que justificar por qué no cumplió”.

Las salas de servidores difieren de los espacios de fabricación de productos electrónicos y los criterios de selección también difieren. Una pregunta importante al seleccionar un piso ESD para una sala de servidores en lugar de un entorno de fabricación es si el piso puede mitigar las cargas estáticas sin calzado ESD. En las instalaciones de electrónica, todo el personal en el piso debe usar algún tipo de calzado ESD. El uso de calzado ESD no sería práctico en una sala de servidores. Esta limitación crea una fuerte necesidad de instalar un piso que genere cargas mínimas independientemente del calzado o la baja humedad relativa.

Según un importante estudio financiado por ASHRAE:

“Si bien puede resultar imposible controlar con certeza el calzado que usa el personal que ingresa o trabaja en los centros de datos, los propietarios y gerentes de las instalaciones deben ser conscientes de que el calzado puede provocar problemas en el funcionamiento diario del centro de datos. Prácticamente cualquier material de suela convencional a base de polímeros puede generar altos niveles de carga, algunos más que otros, independientemente de la humedad. Un piso conductor ayudará a mitigar la carga electrostática incluso en zapatos con mayor potencial de generar estática”. 5

El tipo de material del suelo que controla la estática también influye en la generación de carga. Entre las estadísticas documentadas más convincentes se encuentra la probabilidad de generar una carga de más de 500 voltios al caminar sobre un piso con control de estática usando zapatos comunes (consulte la Tabla 1). La probabilidad de que se produzcan 500 voltios en un piso de vinilo disipador de estática se calculó en 35%; para un piso de vinilo conductor, la probabilidad se redujo al 8%. La probabilidad de que un suelo de goma conductora permitiera una carga superior a 500 voltios era sólo del 0,1%.

* Al utilizar pisos y calzado que mitiguen las ESD, el riesgo de molestias y daños por ESD se puede reducir a un nivel insignificante, incluso si se permite que la humedad baje a valores bajos, como el 8 %. Desafortunadamente, controlar el calzado en la mayoría de los centros de datos es muy poco práctico.

Históricamente, los centros de datos han dependido de la humidificación para controlar la estática. La Asociación ESD eliminó la humidificación como requisito en la versión 2007 de ANSI/ESD 2020. Podemos y debemos aprovechar otros estándares para abordar las necesidades específicas de estos espacios.

El proyecto de investigación RP-1499 de ASHRAE muestra que la instalación de pisos de control estático en centros de datos y salas de servidores puede controlar, reducir y prevenir niveles problemáticos de generación estática y, como resultado, permitir una reducción significativa de los requisitos de humidificación y energía de larga data en estos espacios.

Combatir estos problemas con una solución de infraestructura única como los pisos ESD tiene sentido, particularmente en comparación con el desperdicio de energía para enfriar un espacio altamente humidificado. En “El efecto de la humedad en los problemas de confiabilidad inducidos por la electricidad estática en los equipos de TIC en los centros de datos” (Nota final n.° 5), los autores Wan, Swenson, Hillstrom, Pomerenke y Stayer sugieren enfáticamente el uso de:

“al menos sistemas de pisos moderadamente conductores en áreas controladas para reducir el nivel general de acumulación de carga electrostática, independientemente del calzado o la humedad ambiental. El piso debe instalarse de todos modos, y el costo asociado con un piso conductor en lugar de aislante es menor en comparación con los costos operativos continuos para mantener niveles adecuados de humedad (baja humedad)”.

Al evaluar un piso ESD, se deben investigar múltiples factores de rendimiento, incluida la resistencia eléctrica máxima y mínima, los códigos eléctricos y los estándares de la industria, la generación de carga con la humedad relativa operativa más baja y el rendimiento con y sin calzado ESD. Si el centro de datos está en construcción o ya en funcionamiento afectará y posiblemente limitará las opciones de pisos ESD.

Algunas organizaciones prefieren que los pisos conductores no hagan contacto eléctrico con los racks (consulte la Figura 2) debido al posible impacto en el análisis del sistema debido a una ruta de tierra desde el rack hasta el piso. Otra consideración es si el contacto con bastidores conectados a tierra podría alterar las propiedades de resistencia de la superficie a tierra del piso. Las instalaciones experimentales pueden exponer estas posibilidades antes de que los especificadores hagan una selección final.

Figura 2: Sala de servidores cubierta con piso conductor entrelazado. Tenga en cuenta que los bordes del piso están recortados para evitar el contacto con los estantes.

Combinados con sillas de control de estática y correas de conexión a tierra, los pisos de control de estática pueden proporcionar una solución altamente eficaz y de un solo gasto para todo tipo de espacios TIC.

centro de datosDavid Longesdpisossala de servidoresestándarescontrol estático

Dave Long es el director ejecutivo y fundador de Staticworx, Inc., un proveedor líder de soluciones de pisos para entornos libres de estática. Tiene más de 30 años de experiencia en la industria y combina su conocimiento técnico integral de electrostática y pruebas de sustratos de concreto con una comprensión práctica de cómo se comportan los materiales en entornos del mundo real.

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