El Problema de la Refrigeracion en los Ordenadores Actuales

Objetivos

El objetivo del trabajo es dar una visión general de los diferentes sistemas que actualmente se pueden utilizar para una correcta refrigeracion del ordenador personal.

Introduccion

Por mucho que uno tenga un disipador o sistema de refrigeracion impresionante en nuestra CPU, eso no servira de nada si no empezamos por tener un flujo de aire fresco en el interior de nuestra torre, ya que lo unico que estaremos haciendo es acumular el aire caliente que disipamos de la CPU,la tarjeta gráfica o los discos duros, dentro de la caja.

Por lo tanto hay que empezar por ahi.

Refrigerando la torre

Lo primero será tener el pc limpio de polvo. El polvo y la suciedad medioambiental crean un capa que se posa sobre los elementos del ordenador reflejando el calor hacia ellos. Es bueno hacer una limpieza al menos una vez al mes, ya que los ordenadores y sobre todo ahora, con tanto ventilador metiendo aire del exterior, acumulan mucho polvo. Este polvo ademas tupirá los ventiladores, que bajaran sus revoluciones, lo que provocara un bajo rendimiento de la refrigeracion dentro de la caja, ademas de estropear los ventiladores, que empezaran a aumentar su ruido mucho antes de lo esperado. Y no solo es preocupante el tema de la refrigeracion respecto al polvo. El polvo contiene elementos conductores que pueden provocar cortocircuitos en los elementos del ordenador. Por lo tanto es importante mantener el ordenador libre de polvo.

Luego hay que tener un orden dentro de la caja con los cables. Los cables ide, scsi o floppy, no se si decir antiguos, son muy anchos y esto entorpece el flujo de aire dentro de la torre. Por esto y no por que sean mas esteticos, aunque tambien lo sean, se crearon los cables redondeados, que no es mas que una distribucion distinta de los hilos del cable. Uno mismo puede redondear unos cables planos con un poco de paciencia, no se necesita que sean perfectos,sino que cumplan su misión. Si uno tiene dispositivos SATA no tiene que preocuparse de este tema ya que al realizar estos nuevos dispositivos se han preocupado de hacer el cable de datos lo mas compacto posible. Además es conveniente agrupar los cables de alimentacion con bridas y sujetarlos de forma que no entorpezcan el flujo de aire, ademas de lo conveniente que s para trabajar con él.

Para crear un buen flujo de aire dentro de la carcasa, se debe recordar que para introducir aire fresco en ella hay que hacerlo desde la parte frontal y la parte baja de la torre, y que para extraerlo hay que hacerlo desde la parte traera y arriba de la torre. Esto obviamente es asi porque el aire caliente tiende a subir.

Para generar este correcto flujo de aire de delante y abajo a detras y arriba no se necesita inhundar la torre con ventiladores, y no es muy recomendable, ya que en el momento que empezamos a meter ventiladores empezamos a generar ruido. Los ventiladores son los dispositivos que mas ruido emiten en nuestros ordenadores (junto con los discos duros). Por lo tanto no se debe abusar de ellos. Lo más recomendable es instalar los ventiladores más grandes que se puedan utilizar. Esto es válido para cualquier componente pero sobre todo para generar ese buen flujo de aire dentro de la torre. Es mejor utilizar ventiladores de 12 cm y bajarle la tension para que sus revoluciones bajen, que utilizar ventiladores menores, de 8 cm por ejemplo. Esto es asi ya que un ventilador mas grande hace menos ruido para mover el mismo aire en el mismo tiempo que uno mas pequeño.

Para paliar la cantidad de polvo que entra en nuestro sistema, es recomendable instalar filtros entre el ventilador y la torre. A pesar de que cuantos menos obstaculos tenga el ventilador para introducir o extraer el aire, mejor será, estos filtros rebajaran mucho la cantidad de polvo y como hemos visto este es un factor importante. Estos filtros se pueden encontrar en plastico o en rejilla de metal, siendo mejores estos ultimos ya que son los menos entorpecen el flujo de aire y los que más efectivos son al capturar el polvo. Obviamente estos filtros solo habá que ponerlos en los ventiladores que estén introduciendo aire a la torre

Otro elemento importante es la fuente de alimentación. A pesar de lo que la gente crea, la funcion principal y la que realmente realiza el ventilador trasero que toda fuente de alimentacion lleva (salvo pasivas pero ese es otro tema) , es la de extraer el aire caliente que la propia fuente genera y no extraer el aire caliente de la torre. Esto al menos era así hasta que las fuentes de alimentación comenzaron a incorporar ventiladores en la parte inferior. Estos ventiladores sí que ayudan a crear un flujo de aire dentro de la torre ya que el aire que estos ventiladores extraen, luego el ventilador trasero se encarga de expulsarlo al exterior.

Ademas de todo el interior de la torre, tambien es interesante el material con que está construido la propia torre. Las torres construidas en aluminio mantienen menos el calor dentro de la torre, es como si la propia torre hiciera de gran disipador. Además al ser de aluminio la torre sera mucho mas ligera.

Despues de todo esto y diga lo que se siga no hay metodo mejor para tener la carcasa con aire fresco que dejarla abierta. Pero esto incrementa el polvo que acumula y habria que limpiar cada muy poco tiempo.

El mundo de los ventiladores

Los ventiladores pueden ser de dos tipos: sleeve o ball bearing. Los primeros giran mas despacio y generan mayor vibración. Los segundos giran a mayores revoluciones, duran más y vibran menos. Se les llama ball bearing o "de bola" porque llevan un rodamiento como una bola. Estos ventiladores cuando tienen un tiempo empiezan a vibrar. Por eso cuando a veces encendemos el ordenador oimos un ronroneo. El ronroneo se para pasado un tiempo porque se calienta el rodamiento. Esto tiene muy facil solución; sólo hay que echarle 2 o 3 gotas de aceite y ponerlo a rodar otra vez. Ademas de como siempre limpiarlo bien.

Los datos mas importantes en un ventilador son el flujo de aire que es capaz de dar y el nivel sonoro. El flujo maximo de aire que puede dar un ventilador suele venir expresado sn CFM (pies cúbicos por minuto) y cuanto más sea capaz de rendir mejor. El nivel sonoro viene expresado en decibelios (dB) y obviamente cuanto menor sea mejor para nuestra salud. Suele ocurrir, por supuesto, que los ventiladores que mayores cfm rinden son los que más ruido emiten. Por eso hay buscar la mejor relación flujo de aire/ruido que encontremos.

Actualmente muchos ventiladores traen incorporados potenciometros para poder variar la tensión que recibe el ventilador, y poder así buscar la mejor relación CFM/dB en cada caso y momento. De todas formas, es también extensa la oferta de dispositivos para esta tarea. Son los llamados rheobuses. Estos dispositivos acoplan varios potenciometros para poder conectar varios ventiladores y regular sus velocidades mediante variaciones de tensión, que suele estar entre 5 y 12 voltios. Es un dispositivo importante si tienes varios ventiladores en la torre, ya que la capacidad necesitada de ventilación no es siempre la misma.

Disipadores

Se utilizan para disipar el calor generado por casi cualquier componente del ordenador (ya sea CPU, GPU, northbridge...). Esta disipación se hace por contacto. El disipador está en contacto con el elemento a disipar, el cual le traspasa el calor, y este es traspasado del disipador al aire. Por eso es importante tener un buen flujo de aire dentro de la torre del ordenador, ya que si no ese aire caliente se quedaria ahi y no habria disipación ninguna.

Los materiales más frecuentes para la realización de disipadores son el cobre y el aluminio. Esto es así porque la realción conduictividad térmica/precio es la mejor en estos componentes frente a otros como el oro o la plata que tienen una mayor conductividad térmica pero cuyo precio es prohibitivo. Aun así esto no es cierto del todo ya que la conductividad varia respecto a la temperatura que se encuentra el material. Así por ejemplo el cobre se comporta mejor a elevadas temperaturas que la plata. Así que no es de extrañar que el cobre sea el elemento más extendido para la fabricaciónd e disipadores

El problema del cobre es su elevado peso. Así podemos llegar a encontrar en el mercado disipadores para CPU que alcanzan el kilogramo de peso. Estos pesos superan de largo el peso reomendado de un disipador para CPU, por lo que tienen que llevar anclajes a la placa base. Ya no es suficiente con el clip de siempre porque se corre el riesgo de arrancar el zocalo de la placa base. A pesar de esta sujección mas firme que con el clip, se recomienda desmontar el disipador si se va a mover el ordenador. Las laminas del disipador si están hechas de cobre tienden a ser mucho más finas que en las realizadas en aluminio.

Por otro lado tenemos los disipadores que son enteros de aluminio, que son mucho más livianos, aunque solo una buena fabricación y diseño pueden hacer que un disipador de alumninio supere a uno fabricado en cobre. La fabricación de disipadores en aluminio puede hacerse de dos formas: por extrusionado o por forjado. Los fabricados por forjado suelen tener un acabado peor, más basto pero tienen un comportamiento mucho mejor en la disipación térmica.

Una solución a este problema, y que se adopta muy frecuentemente es hacer la base del disipador, la superficie de contacto, de cobre, y las laminas de alumninio. Así nos beneficiamos de las caracteristicas del cobre al tenerlo en contacto con la CPU, y las del alumnio, mucho más barato y liviano. Con este metodo y un diseño suficientemente bueno se consiguen disipadores de prestaciones iguales o superiores a los que son completamente de cobre. Como ejemplo los disipadores swiftech que llevan una base de cobre niquelado, y en vez de llevar laminas, tiene unos "alfileres helicoidales" de aluminio de alta conductividad.

Heat-pipe

Un método que se viene utilizando cada vez más en la cosntrucción de los disipadores es los llamados heat-pipe o tuberias de calor. No es que sea algo realmente nuevo ya que se lleva comercializando desde los años 60, pero es algo que se acaba llegar al mundo de los disipadores para CPU. Básicamente es un tubo lleno de un liquido. Uno de los extremos del tubo va a la base del disipador, que es donde se genera el calor, y la otra parte va a las aletas que será donde se disipe. El funcionamiento básico de un heat-pipe es el siguiente:

En la base del disipador el liquido se calienta y se evapora, con lo que sube por el tubo, llevándose el calor del micro.
Al final del tubo se enfría por la acción disipadora de las aletas del disipador y el ventilador.
El liquido se condensa de nuevo con lo que vuelve a bajar hasta la base y comienza de nuevo la absorción de calor.

Tubo Superconductor

Otra técnica para deshacerse del calor es la de utilizar un tubo supercondutor. El primero que salió fue el aerocool DP-102. Es un disipador cilindrico con un tubo superconductor en el centro rodeado de 48 finas láminas de cobre. Este disipador utiliza un polvo químico que absorve el calor y va ascendiendo por el tubo central. Como consecuencia el calor se va repartiendo por el tubo, que luego pasa a las aletas que son ventiladas por dos ventiladores. Cuando el polvo se enfria baja a la base y vuelve a empezar.

Pasta Térmica

La pasta térmica es un compuesto muy importante que nos puede hacer ganar varios grados. La función principal de la pasta disipadora es cubrir las imperfecciones de los materiales que intervienen, tanto las grietas que pueda haber en el disipador como en el material que se utiliza para encapsular el chip, imperfecciones microscopicas que no notaremos pero que sin duda existen. Tambien ayuda con el traspaso de calor del chip al disipador. No se debe abusar de este compuesto, se debe utilizar una muy fina capa sobre la superficie del microprocesador, ya que una capa gruesa podría perjudicar la absorción de calor. La viscosidad de la pasta es también un factor importante: cuanta mayor viscosidad mejor. Durante los primeros dias el calor baja la viscosidad del compuesto, y asi rellena esas fallas microscopicas que pueda haber. Durante las siguientes 100 a 300 horas de uso el compuesto gana espesor hasta llegar a su consistencia final diseñada para una larga estabilidad. La compañia puntera y al que mas investiga en este campo es Arctic, y por eso sus componentes son los mejores y más extendidos del mercado como Arctic Silver 5 (basada en plata) o Arctic ceramique.

Refrigeración Líquida

Funcionamiento

El calor del procesador pasa al bloque. El agua fría bombeada por la bomba absorve el calor del bloque enfriando asi el microprocesador. El agua sale caliente y llega a un deposito cuya función es la de purgar el aire qu pueda quedar en el circuito. La bomba succiona el agua del deposito, bien por estar dentro del deposito o mediante tubos de silicona. El agua caliente salde la bomba y llega al radiador, donde las aletas de cobre o aluminio disipan el calor del agua. Las aletas pasarán el calor al aire circundante, y este sera movido por el ventilador o ventiladores incorporados, para enfriar otra vez el radiador que queda listo para la siguiente vez que el agua llegue a él.

Los elementos esenciales para un sistema de refrigeración liquida son por tanto:

El bloque de la CPU: hace las veces de disipador, y va montado como uno de éstos. Es el encargado de transmitir el calor de la CPU al agua. En este caso lo que mejor nos vendra para realizar el bloque es el cobre por su alta conductividad térmica. Un factor a tener muy en cuenta son los racores o enchufes donde van los tubos de silicona que conectarán el sistema. Conviene que sean estándar para no hacer conversiones de diámetros en los distintos empalmes del circuito. Al igual que con los disipadores el bloque puede ir sujeto mediante las pestañas del socket o anclado a la placa base. Existen bloques también para refrigerar la GPU, el northbridge, o un disco duro (estos ya un poco diferentes).
La bomba: es quien mueve el agua por el sistema. Dependiendo de como sea el sistema que estes montando hay que tener en cuenta factores como los litros de agua que es capaz de bombear por hora, y la altura a la que podría bombear el agua. Las hay de dos tipos: sumergibles, que bombean el agua que tiene alrededor y necesitan por tanto un deposito apropiado; o en línea, que bombean el agua que cogen de un tbo de entrada, aunque también podrían funcionar como sumergibles.
El radiador: es quien se encarga de enfriar el agua del sistema. Llevan un ventilador o ventiladores acoplados que pasan el calor de las aletas del radiador al aire. El radiador suele estar fabricado en alumnio o cobre.
El depósito: en las bombas sumergibles es quien proporciona el agua a la bomba qu estará sumergida dentro de él. Pero también es conveniente en las bombas en linea por si la bomba necesitara más agua, ya que la cogería del depósito.

Otros elementos a mencionar serían los tubos, que pueden ser de PVC o de silicona, siendo estos mejores y también más caros. El agua que recorre el circuito es agua destilada mezclaza con anticongelante. También se pueden añadir otros aditivos que evitarían la corrosión del metal, la formación de hongos o que se produzca espuma, entre otros

Ventajas e inconvenientes de la refrigeración líquida, frente a la de aire:

Ventajas:

El nivel de ruido es mucho menor.
Conseguiremos menores temperaturas, con lo que alrgaremos la vida del procesador.
Nos sentiremos realizados como el más friki de entre los frikis.

Inconvenientes:

Ante un fallo en el sistema de refrigeración liquida se corre el riesgo de dañar todo el sistema.
Mantenimiento más continuo.
Precio mucho mayor.
Montaje complicado.

Conclusiones

Es imposible recomendar uno de los dos sistemas de refrigeración ya que cada caso es particular. Si no vas a hacer overclocking, lo mejor es que intentes hacete un sistema por aire lo menos ruidoso posible. Si vas a estar intentando exprimir tu microprocesador recomendaría un sistema de refrigeraciín líquida, ya que con refrigeración por aire para paliar las subidas de voltage en el microprocesador tendrás que subir las revoluciones de tus ventiladores y eso provocará mucho ruido. Y si sólo es por amor al arte pues intentaría hacerme al menos parte del sistema de refrigeración líquida de forma casera, solo para luego poder decir: He aquí mi obra.