REFRIGERACION PC
La refrigeración es el proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura de un objeto o espacio.
LA TEMPERATURA COMO PROBLEMA EN LOS PC ACTUALES
Cuando en 1981 IBM diseñó el primer PC, el calor no era un problema crítico, pero con la aparición de los XT, y la integración de los primeros discos duros comenzó a ser necesario un sistema de refrigeración, los MPF generaban mucho calor. Un ventilador en la fuente de alimentación fue suficiente para resolverlo.
GENERACION DE CALOR
El calor se puede generar de diversas formas, pero en una computadora se reducen básicamente a dos: calor por rozamiento y calor en los semiconductores. También hay una pequeña parte de calor que se produce en los cables y componentes pasivos. El calor por rozamiento se produce únicamente en los componentes con partes móviles, es decir, en los medios de almacenamiento masivo. De ellos, los discos duros son los que más calor generan. También los CDS (reproductores y grabadoras) generan una buena cantidad de calor, pero éste es debido más al láser que al rozamiento de las partes móviles. En cualquier caso, la temperatura que alcanzan es muy inferior a la de los discos duros más problemáticos y, cuando es necesario, suelen llevar desde un pequeño ventilador integrado a bahías refrigeradoras o bases autoadhesivas refrigerantes. En los procesadores actuales estos medios de enfriamiento se han vuelto absolutamente imprescindibles, además, de haber incrementado notablemente su potencia refrigeradora. Pero no son los microprocesadores los únicos semiconductores que generan calor. Ya en los XT, los transistores de la fuente de alimentación se calentaban notablemente, y de ahí que las fuentes utilicen un ventilador. También algunas placas como tarjetas de sonido, de vídeo o controladoras SCSI alcanzan elevadas temperaturas, debido a la creciente potencia de sus componentes.
PROBLEMAS DE CALENTAMIENTO EXCESIVO
Todos estos productores de calor no serían ningún problema de no ser porque el funcionamiento de los semiconductores está íntimamente ligado con la temperatura. Cuando ésta se eleva por encima de determinados límites, su comportamiento deja de seguir el patrón para el que fueron diseñados y los fallos comienzan a sucederse. Si la elevación de temperatura es pequeña, cuando ésta vuelva a sus niveles normales, el semiconductor volverá a funcionar correctamente. Si la elevación es demasiada, el daño será irreversible y el componente se habrá quemado.
TRANSMISION DE CALOR
Pero el calor no sólo afecta al componente que lo genera, sino a todos los circundantes. El calor se transmite por tres mecanismos que siempre aparecen combinados: conducción, convección y radiación.
Conducción: La conducción es el método más directo de transmisión del calor. Se produce cuando dos partes de un cuerpo, o dos cuerpos en contacto directo, se encuentran a distinta temperatura. Para aumentar la transmisión de calor por conducción se puede aumentar la superficie de contacto entre la parte fría y la caliente, o elevar la diferencia de temperaturas entre estas.
Convección: La transmisión por convección se da en líquidos y gases. Para el caso que nos interesa, en el aire. Se produce por ser menos denso el aire caliente que el frío y, por lo tanto, más ligero. Por ello, el aire caliente tiende a subir, siendo reemplazado por aire frío en las zonas inferiores. Para mejorar el rendimiento se suele utilizar la convección forzada, que consiste en acelerar el movimiento natural del aire por medio de un ventilador. Para que el ventilador no se oponga al mecanismo natural de convección, es importante que impulse el aire caliente de abajo hacia arriba, o el aire frío desde arriba hacia abajo como veremos más adelante.
Radiación: En este mecanismo, el calor se transmite en forma de radiación electromagnética y, por tanto, a la velocidad de la luz. Cuanto mayor sea la superficie y la temperatura de un objeto, mayor será el calor que desprenda por radiación. Además, también está influido por el color del objeto, siendo los colores oscuros y mates los más propicios para la evacuación del calor por radiación.
LA TEMPERATURA COMO PROBLEMA EN LOS PC ACTUALES
Cuando en 1981 IBM diseñó el primer PC, el calor no era un problema crítico, pero con la aparición de los XT, y la integración de los primeros discos duros comenzó a ser necesario un sistema de refrigeración, los MPF generaban mucho calor. Un ventilador en la fuente de alimentación fue suficiente para resolverlo.
GENERACION DE CALOR
El calor se puede generar de diversas formas, pero en una computadora se reducen básicamente a dos: calor por rozamiento y calor en los semiconductores. También hay una pequeña parte de calor que se produce en los cables y componentes pasivos. El calor por rozamiento se produce únicamente en los componentes con partes móviles, es decir, en los medios de almacenamiento masivo. De ellos, los discos duros son los que más calor generan. También los CDS (reproductores y grabadoras) generan una buena cantidad de calor, pero éste es debido más al láser que al rozamiento de las partes móviles. En cualquier caso, la temperatura que alcanzan es muy inferior a la de los discos duros más problemáticos y, cuando es necesario, suelen llevar desde un pequeño ventilador integrado a bahías refrigeradoras o bases autoadhesivas refrigerantes. En los procesadores actuales estos medios de enfriamiento se han vuelto absolutamente imprescindibles, además, de haber incrementado notablemente su potencia refrigeradora. Pero no son los microprocesadores los únicos semiconductores que generan calor. Ya en los XT, los transistores de la fuente de alimentación se calentaban notablemente, y de ahí que las fuentes utilicen un ventilador. También algunas placas como tarjetas de sonido, de vídeo o controladoras SCSI alcanzan elevadas temperaturas, debido a la creciente potencia de sus componentes.
PROBLEMAS DE CALENTAMIENTO EXCESIVO
Todos estos productores de calor no serían ningún problema de no ser porque el funcionamiento de los semiconductores está íntimamente ligado con la temperatura. Cuando ésta se eleva por encima de determinados límites, su comportamiento deja de seguir el patrón para el que fueron diseñados y los fallos comienzan a sucederse. Si la elevación de temperatura es pequeña, cuando ésta vuelva a sus niveles normales, el semiconductor volverá a funcionar correctamente. Si la elevación es demasiada, el daño será irreversible y el componente se habrá quemado.
TRANSMISION DE CALOR
Pero el calor no sólo afecta al componente que lo genera, sino a todos los circundantes. El calor se transmite por tres mecanismos que siempre aparecen combinados: conducción, convección y radiación.
Conducción: La conducción es el método más directo de transmisión del calor. Se produce cuando dos partes de un cuerpo, o dos cuerpos en contacto directo, se encuentran a distinta temperatura. Para aumentar la transmisión de calor por conducción se puede aumentar la superficie de contacto entre la parte fría y la caliente, o elevar la diferencia de temperaturas entre estas.
Convección: La transmisión por convección se da en líquidos y gases. Para el caso que nos interesa, en el aire. Se produce por ser menos denso el aire caliente que el frío y, por lo tanto, más ligero. Por ello, el aire caliente tiende a subir, siendo reemplazado por aire frío en las zonas inferiores. Para mejorar el rendimiento se suele utilizar la convección forzada, que consiste en acelerar el movimiento natural del aire por medio de un ventilador. Para que el ventilador no se oponga al mecanismo natural de convección, es importante que impulse el aire caliente de abajo hacia arriba, o el aire frío desde arriba hacia abajo como veremos más adelante.
Radiación: En este mecanismo, el calor se transmite en forma de radiación electromagnética y, por tanto, a la velocidad de la luz. Cuanto mayor sea la superficie y la temperatura de un objeto, mayor será el calor que desprenda por radiación. Además, también está influido por el color del objeto, siendo los colores oscuros y mates los más propicios para la evacuación del calor por radiación.
COMO REFRIGERAR UN PC
El aire caliente tiende a subir, por lo que los elementos generadores de calor se deben colocar lo más alto posible dentro del interior del gabinete. De este modo se evitará el calentamiento innecesario de todos los demás componentes y al estar más cerca del ventilador, se eliminará el calor producido por estos más rápidamente. Los elementos a los que hay que prestar más atención son la fuente de alimentación y el disco rígido. También hay que cuidar la posición de las tarjetas que sean especialmente cálidas, reservando para ellas las ranuras superiores. Pues todas las fuentes de alimentación disponen de un ventilador que mueve gran parte del total del aire. Si el ventilador extrae el aire debe estar situado arriba, de modo que saque aire caliente. En el caso de algunas fuentes, el ventilador introduce aire frío del exterior, por lo que, idealmente, debería colocarse en la parte inferior. Por este motivo es más aconsejable una fuente colocada arriba, cuyo ventilador saque aire caliente. Alternativamente se puede dar vuelta el ventilador de la fuente, pero es preferible comprar una fuente cuyo ventilador haya sido diseñado para extraer el calor. Para que el mecanismo de convección forzada funcione a la perfección, deben existir ranuras de entrada de aire en el extremo opuesto a la salida. Además, debería mantenerse el gabinete cerrado con sus tapas, pues en otro caso la corriente se dispersaría, perdiendo su eficacia. Además del ventilador de la fuente de alimentación, puede ser conveniente añadir algún otro ventilador que refuerce la refrigeración, especialmente si se prevé el uso de componentes que generen mucho calor. Dichos ventiladores pueden colocarse directamente en la carcasa, de modo que refrigeren todos los componentes, o en el interior, dedicados a uno en exclusiva. Es el caso de los ventiladores de las CPU, que se encargan de separar el calor rápidamente del microprocesador para que, luego, sea evacuado al exterior. También es conveniente este sistema con los discos duros de alta velocidad. Los actuales modelos de motherboard disponen de conectores específicos para conectar, al menos, el ventilador microprocesador. En algunos casos encontramos hasta tres conectores para ventiladores, cuya velocidad puede estar controlada por sensores de temperatura presentes en la propia placa base, de modo que cada ventilador funcione al ritmo mínimo imprescindible para mantener una temperatura adecuada (Precisión Cooling en placas Intel y QFan en placas ASUS por ejemplo). De este modo se consigue reducir el consumo, pero sobre todo, el ruido que producirían varios ventiladores funcionando a plena potencia de forma permanente. Para los componentes que más se calientan es insuficiente la evacuación de calor por convección, por lo que hay que recurrir a la conducción. Para ello se instalan disipadores de aluminio (excelente conductor de calor) en contacto directo con el elemento caliente. Estos disipadores deben mantener el contacto en la mayor superficie posible, de modo que se aumente la transferencia de calor. Es por ello que hay que evitar usar pegamentos sobre los CPU, así como de disipadores arañados o curvados en su cara de contacto. Cuando sobre el procesador se coloca la típica etiqueta de garantía, por fina que sea ésta, se está limitando el contacto a la zona donde se encuentra adherida y, además, hay que tener en cuenta que el papel y el adhesivo de la etiqueta son aislantes del calor, por lo que la función del disipador se ve drásticamente reducida o incluso anulada. Para mejorar el contacto se puede utilizar grasa con silicona. Esta grasa es una pasta altamente conductora del calor que, aplicada entre el disipador y el elemento a refrigerar, rellena cualquier irregularidad de las superficies, e incrementa el rendimiento al aumentar la superficie útil de contacto. El calor se transfiere al disipador por conducción, pero éste debe evacuarse al aire del entorno por otros mecanismos, principalmente por convección. Para ello, los disipadores se diseñan con numerosas aletas y estrías que incrementan la superficie de contacto con el aire. A mayor superficie, mayor eficacia. Además, como todos los cuerpos calientes, se emite energía por radiación. Para optimizar este proceso, el disipador debe estar pintado de negro mate, resultando mucho menos eficaces los modelos dorados que proliferan últimamente. En cualquier caso, si hay que elegir entre un gran disipador dorado o uno negro de menor tamaño, nos inclinaremos por el dorado, pues los efectos de la transmisión por radiación son mínimos si los comparamos con los obtenidos por una mayor superficie que mejore la convección. Para facilitar el proceso de convección se puede aumentar la diferencia de temperaturas entre la parte fría y la caliente. Así pues, si enfriamos el disipador con un ventilador colocado directamente sobre él, se habrá elevado mucho el rendimiento. Aunque la disipación por conducción suele usarse sólo en los semiconductores, también puede ser conveniente usarla en otros componentes. En concreto, algunos fabricantes de discos duros recomiendan su empleo en los modelos más rápidos, aunque suele ser posible reemplazarlo por una generosa corriente de aire.REFRIGERACION DEL MICROPROCESADOR
Bueno, la refrigeración del microprocesador no es una ciencia. Mientras más grande el disipador y más grande el ventilador, mejor. También hay que tener en cuenta otros aspectos como la termo conductividad del material del disipador. Normalmente se usan dos materiales para este propósito: el aluminio y el cobre. El primero es más barato y ligero, pero el segundo conduce, y por tanto disipa, mejor el calor. Hoy en día se consiguen coolers para micro que vienen equipados con dos y hasta tres ventiladores. Lo que buscan hacer estos ventiladores es acelerar el caudal de aire que recibe el disipador, logrando un mayor enfriamiento. Es muy importante que la masilla que se coloca entre el micro y el disipador esté puesta correctamente. La forma correcta para poner esta masilla es poner poca cantidad y a continuación extenderla, pero nunca jamás con el dedo directamente, ya que la grasa corporal influye negativamente en la termo conductividad. Es mejor utilizar un trocito de cartón o mejor aún, un guante de plástico para extender la masilla. La utilidad de esta masilla es la de maximizar el contacto entre el micro y el disipador. También, hoy día, no es raro ver equipos de refrigeración por agua. Estos equipos funcionan básicamente como el radiador de un coche. Se coloca un pequeño tanque plano sobre el microprocesador al que se conectan dos mangueras. Una bomba empuja agua fría a través de una manguera hacia el procesador y por la otra manguera retorna el agua ya caliente a un pequeño radiador que suele tener 2 o 3 ventiladores que enfrían el agua. Incluso hay sistemas de refrigeración líquida totalmente pasivos (sin ventiladores) con lo que no generan ruido ninguno.
Bueno, la refrigeración del microprocesador no es una ciencia. Mientras más grande el disipador y más grande el ventilador, mejor. También hay que tener en cuenta otros aspectos como la termo conductividad del material del disipador. Normalmente se usan dos materiales para este propósito: el aluminio y el cobre. El primero es más barato y ligero, pero el segundo conduce, y por tanto disipa, mejor el calor. Hoy en día se consiguen coolers para micro que vienen equipados con dos y hasta tres ventiladores. Lo que buscan hacer estos ventiladores es acelerar el caudal de aire que recibe el disipador, logrando un mayor enfriamiento. Es muy importante que la masilla que se coloca entre el micro y el disipador esté puesta correctamente. La forma correcta para poner esta masilla es poner poca cantidad y a continuación extenderla, pero nunca jamás con el dedo directamente, ya que la grasa corporal influye negativamente en la termo conductividad. Es mejor utilizar un trocito de cartón o mejor aún, un guante de plástico para extender la masilla. La utilidad de esta masilla es la de maximizar el contacto entre el micro y el disipador. También, hoy día, no es raro ver equipos de refrigeración por agua. Estos equipos funcionan básicamente como el radiador de un coche. Se coloca un pequeño tanque plano sobre el microprocesador al que se conectan dos mangueras. Una bomba empuja agua fría a través de una manguera hacia el procesador y por la otra manguera retorna el agua ya caliente a un pequeño radiador que suele tener 2 o 3 ventiladores que enfrían el agua. Incluso hay sistemas de refrigeración líquida totalmente pasivos (sin ventiladores) con lo que no generan ruido ninguno.
METODOS ESPECIALES DE REFRIGERACION
Hasta aquí los métodos convencionales de evacuación del calor. Existen aún dos procedimientos que cabría denominar de refrigeración, pues su objetivo no es sacar el exceso de calor, sino producir temperaturas incluso inferiores a la ambiental. Hay que advertir que son métodos poco habituales, pues su coste es elevado y, generalmente, no es necesario producir temperaturas tan bajas. Se trata más bien de técnicas experimentales que, quizás en un futuro, sea necesario aplicar. El primero de estos procedimientos son las células Peltier. Se trata de unas placas de dimensiones aproximadas a las de un procesador y un espesor similar, formadas por pequeños bloques de silicio entre dos frágiles láminas cerámicas. Cuando se aplica una tensión continua (12 v.), uno de los lados se calienta, mientras que el otro se enfría, pudiendo llegar fácilmente a temperaturas de -25ºC. Estas células mantienen un salto térmico entre ambas caras de unos 70ºC, por lo que enfriando el lado caliente se consigue menor temperatura en el lado frío. Aunque la temperatura que se puede conseguir es muy baja, se trata de un método muy poco eficaz para evacuar el calor. A pesar de poder conseguir -25ºC en vacío, esta temperatura se elevará a varios grados sobre cero en el momento en que se ponga en contacto con la CPU, produciendo un elevado calor en la cara opuesta. Para mejorar el rendimiento se pueden colocar varias placas asociadas, pero esto dispara el costo y el consumo. Hay que tener en cuenta que cada una de estas placas consume en torno de los 50 a 60 Watts, y su precio ronda los 30/40 euros. El segundo método es el mismo en que se basa cualquier frigorífico o sistema de aire acondicionado. Se trata de instalar un compresor, un circuito de freón y un evaporador, de modo que se consiguen temperaturas de hasta -40ºC y, en este caso, una buena eliminación del calor. Se trata de un método drástico e incómodo que, por el momento, no tiene ninguna aplicación realmente práctica. Precisa de un aporte de potencia extra de nada menos que 120 W, lo que puede ser más que la necesaria para la PC e incluso para un gabinete especial que pueda alojar los nuevos componentes
