Refrigeracion de PC

Puede parecer exagerado considerar que un PC es un dispositivo de potencia que necesita disipar grandes cantidades de calor residual para su funcionamiento normal. Pero tanto los Overclockers cómo los usuarios que tenemos una CPU que corra a más de 1 GHz sabemos que en condiciones normales bajar la temperatura del micro puede llegar a ser un problema. Existen multitud de sistemas y dispositivos para disipar el calor de la CPU, y en consecuencia, bajar su temperatura... Ahora bien, Por muy potente que sea el ventilador del micro, si no ventilamos adecuadamente la caja no vamos a conseguir bajar ni un grado. Antes de gastarnos un dinero en disipadores para CPU, para chipset gràfico, disco duro, etc... Quizá podamos mejorar mucho el rendimiento térmico de nuestra máquina con la simple instalación de unos ventiladores de caja que renueven el aire del interior de nuestro PC.




Un error muy frecuente es considerar que el único elemento que produce calor, y que en consecuencia hay que refrigerar es el microprocesador. En realidad cualquier componente electrónico irradia calor, en proporción a su valor resistivo y a la cantidad de corriente que pasa por él; a su potencia por lo tanto. Generalizando, podemos resumir que las principales fuentes de calor que encontraremos en nuestro PC son: El procesador, el chipset, la tarjeta de video, la fuente de alimentación, discos duros especialmente los SATA, los módulos de memoria, Las tarjetas PCI y en general todos los componentes de la placa base. Cada uno de estos elementos irradia calor, en diferentes proporciones, y calienta el aire del interior de la caja. Cómo sabemos, la densidad del aire disminuye en función de la temperatura, o lo que viene a ser lo mismo: El aire caliente asciende al tener una densidad menor que el aire frío. Esto quiere decir que en el interior de la caja del PC se crea una corriente ascendente de aire caliente, desde los diferentes dispositivos hasta la tapa de la caja. Lo que tendremos que hacer, en consecuencia, es extraer el aire caliente de la parte superior e inyectar aire frío en la parte inferior para renovar constantemente el aire del interior.







Todas las cajas del tipo ATX, semitorre o torre, disponen de una fuente de alimentación con su ventilador extractor. Además, este tipo de cajas suelen incorporar los taladros y ranuras para añadir un extractor adicional, en la parte superior trasera, y un ventilador inyector, en la parte inferior delantera. Lo que vamos a hacer es, justamente, montar estos dos ventiladores. De este modo conseguimos renovar el aire. Además, si tenemos ganas de hacer algo (poco) de bricolaje podemos añadir un ventilador inyector en el lateral para llevar aire frío hacia las tarjetas PCI. Hay que tener en cuenta que las aceleradoras 3D se calientan mucho. A tal efecto, practicaremos en la tapa lateral de la caja, y más o menos a la altura de la tarjeta 3D, 4 taladros a la medida de los tornillos de sujeción del ventilador y le practicaremos un agujero, más o menos del diámetro del mismo ventilador. Si queremos optimizar el flujo de aire hacia las tarjetas, podemos añadir al ventilador un tubo coarrugado del mismo diámetro que dirija el aire desde la tapa hacia las tarjetas (en las cajas medianas la longitud del tubo será de más o menos 50mm).





Con todo esto, conseguimos que el aire del interior de la caja se renueve constantemente en un flujo más o menos como el del gráfico. El aire frío entra por la parte inferior, se calienta al entrar en contacto con los diferentes dispositivos y sale por la parte superior. Sólo con esto cualquier configuración normal tendría que funcionar dentro de los parámetros de temperatura aconsejados por los fabricantes. El presupuesto para esta modificación es de apróx 18 €, contando que cada ventilador adicional cuesta más o menos 6 € por unidad y que la instalación nos la hacemos nosotros.



1. ¿Por qué un manual acerca de la refrigeración de los equipos? dijo:

Si miramos a "corto plazo" en calor reduce el rendimiento del equipo (es más lento) y hace que sea inestable produciendo "cuelgues" y fallos inexplicables. Aunque no te lo creas, no siempre Windows tiene la culpa de que tu ordenador se cuelgue...
A largo plazo reduce DRÁSTICAMENTE la duración de los componentes del equipo. TODOS los componentes electrónicos del equipo producen calor, en mayor o menor medida. Por tanto, hemos de buscar soluciones que mantengan una temperatura aceptable para todos los componentes.

Si quieres que tu equipo rinda al 100% y tienes un mínimo de interés en preservar la funcionalidad de sus componentes el máximo tiempo posible, entonces te interesa leer este manual.


2. ¿Qué hay que refrigerar? dijo:

Se podría decir que este apartado no es estrictamente necesario, y si eres de los que se aburren leyendo "tocho" puedes pasar a lo que te interesa, lo práctico, el cómo ventilar. Si es así, salta al siguiente apartado. No obstante, creo que es interesante conocer el funcionamiento de los distintos componentes del ordenador y saber qué es lo que produce el calor que generan. Como he dicho, todos los componentes nos van a genera calor, pero no todos lo hacen en la misma medida. Cuanto más potente sea un componete, más calor genera.


2.1 Procesador (CPU) dijo:

Es, con diferencia, lo que más calor genera de todo el equipo. Si pensamos que los primeros procesadores en refrigerarse (mediante disipador sin ventilador) fueron los 80486 y si tenemos en cuenta la norma antes mencionada (a mayor rendimiento, mas calor), puede que pensemos que a estas alturas de rendimiento los procesadores deberían derretirse de calor. Y es cierto... Los procesadores siguen "aguantando el tipo" por las contínuas mejoras en su estructura que hacen que generen menos calor a pesar de su mayor rendimiento. Un factor decisivo al respecto son las "micras" de fabricación, que hacen referencia a la precisión con la que son fabricados. A menor número de micras más precisión hay y menos calor se genera. Por tanto, a la misma velocidad de reloj, un procesador de "menos micras" calentará menos que uno de más.

Como dato curioso, TODOS los procesadores de una serie tienen el mismo tope de rendimiento, es decir, se fabrican todos IGUAL aunque unos se vendan como más rápidos que otros. Los fabricantes someten los procesadores a pruebas. A los que son inestables a la máxima velocidad posible dada la tecnología de fabricación se les baja la velocidad paso a paso hasta llegar a una velocidad a la que son estables, y esa es la velocidad a la que se venden. Esto es así porque a pesar de que todos los procesadores se fabrican mediante el mismo proceso, divesos factores hacen que unos se calienten más que otros durante su funcionamiento. Ese calor "extra" hacen que se vuelvan inestables a no ser que se les haga funcionar a una velocidad inferior. Si aumentamos ligeramente el voltaje del procesador y lo ventilamos correctamente para que ese voltaje extra no genere calor en exceso, podremos subir la velocidad a ese procesador y mantener el equipo estable. A este proceso se le conoce como "overclocking" o forzado.

Se ve aquí claramente como el calor es un factor DECISIVO en el rendimiento del equipo. Por si alguien está interesado en el overclocking, le aviso de antemano del riesgo que ello conlleva: reduce considerablemente la vida del procesador y anula la garantía del equipo (eso en el mejor de los casos).


Un último aviso: dijo:

La parte externa de un procesador alcanza entre 40-80º durante unas condiciones normales de funcionamiento. Si no está ventilado correctamente (o se rompe el ventilador) el exceso de temperatura hace que el ordenador se cuelgue y/o se apague en el caso de AMD (y si insistes en usarlo lo fundirás LITERALMENTE) o harás que un PIV reduzca su velocidad a niveles irrisorios pudiendo, además, causar daños irreparables. Cuando un procesador se rompe, lo primero que miran los fabricantes son marcas de exceso de calor y, sin las encuentran, olvídate de que lo cambien gratis por muy en garantía que esté.


2.2 Tarjeta gráfica

Hasta la llegada de los procesadores Pentium lo habitual en lo que a gráficos respecta era contar con una tajeta de vídeo de 8 bit, 256 colores y 1 MB de vídeo o 65.53616 colores y 16 bits con hasta 2 Mb de vídeo en el mejor casos. En aquella época la única función de las tajetas era representar puntos y colores. La única función de la memoria gráfica era almacenar el color de cada uno de los puntos de la pantalla. Esa función no era muy exigente y las tarjetas eran bastante sencillas.

Con la llegada de los 24 (y posteriores 32) bits de color y el aumento en la potencia de los procesadores llegaron también las primeras incursiones en el mundo 3D. Realizar escenas en 3D es un proceso MUY exigente que requiere de una enorme cantidad de cálculos. Ni siquiera el Pentium más potente era capaz de procesar con soltura la enorme cantidad de cálculos necesarios. Las aplicaciones de diseños 3D y los videojuegos hicieron que las 3D fueran algo IMPRESCINDIBLE en el mundo de la informática, de modo que alguna solución había que encontrar. Se comenzó a dotar a las tajetas gráficas de un pequeño procesador (GPU - Graphics Processor Unit, o unidad de proceso de gráficos), independiente del procesador central, (CPU - Central Processor Unit, o unidad de proceso central). Dicha GPU estaría encargada de los cálculos 3D más pesados. En el caso de una explosión, por ejemplo, el procesador central se encarga de hacer los cálculos relacionados con la velocidad, dirección y tamaño de cada uno de los miles de objetos implicados en la explosión, mientras que el procesador de la tarjeta de vídeo se encarga de calcular el color, las texturas y las condiciones de iluminación de cada uno de esos objetos.
El desarrollo de las GPU's ha sido IMPRESIONANTE, y hoy día las tarjetas gráficas de gama alta tienen practicamente la misma capacidad de proceso que las CPU, teniendo en cuenta que una GPU se dedica EN EXCLUSIVA a gráficos. Es fácil comprender entonces, que los equipos actuales sean capaces de resprensentar en tiempo real escenas que hace un par de años requerían HORAS de renderizado.

Lo que en este manual nos interesa de todo este desarrollo es que si una GPU alcanza niveles de rendimiento similares a una CPU convencional es también de esperar que genere una cantidad de calor similar. Desde hace ya algún tiempo los fabricantes tienen que instalar disipadores sobre las GPU's. En el caso de tarjetas de gama más alta el disipador va acompañado de un ventilador, llegando a situaciones un tanto rocambolescas como es el caso de mi nVidia FX 5.900 cuyo conjunto dispador-ventilador ocupa el espacio de 2 tarjetas (la AGP + la primera PCI)

2.3 Discos duros

¿Porqué se le llama "disco duro" a un disco duro si no se parece en nada a un disco? Bueno... por fuera no, pero por dentro hay varias capas de discos que giran a gran velocidad y que son cargados/descargados magnéticamente mediante pequeñas descargas eléctricas producidas por un también pequeño cabezal que gira sobre la superficie de los discos. Tanto el motor que hace girar a los discos como la fricción generada por dicho cabezal producen calor. A mayor número de revoluciones (vueltas) por minuto (rpm) más calor se genera. Con el salto de las 5.400 rpm a las 7.200 se ha producido un cosiderable aumento en el calor generado en el disco (no digamos nada ya de los discos de 10.000 rpm) lo que hace que debamos estar atentos a dicha temperatura. La carcasa del disco está diseñada de modo que transmita el calor generado en el interior del disco para que se refrigere en contacto con el aire. Aunque es muy raro que en condiciones normales un disco tenga fallos de escritura/lectura por exceso de calor, un disco que trabaje constantemente a una temperatura elevada verá CONSIDERABLEMENTE acortada su vida últil.



2.4 Memorias, placas base y demás tarjetas del equipo

El resto de componentes del equipo también generan calor, pero ni mucho menos a los niveles de CPU, tarjeta de vídeo o disco duro. Si uno de estos componentes no funciona correctamente por exceso de calor es que está defectuoso (o estás en medio del desierto del Gobi a 54º) No obstante, hay que tener en cuenta que aunque su temperatura interna no suele ser problemática, sí que incrementan la temperatura en el interior de la torre. Uno sólo de estos componentes no produce un aumento signtificativo, pero si sumamos el calor de la memoria, tarjeta de sonido, placa base, tarjeta de red y tarjeta capturadora, por ejemplo, sí que tenemos unos grados centígrados adicionales dentro de nuestra torre.

3. ¿Cómo hay que refrigerar?

Antes de nada, quisiera dejar claro la diferencia entre ventilar y disipar. Disipar consiste en la transmisión directa al aire de calor de un componente. Cuanto tu mujer/madre te llama para comer diciéndote que te dejes el ordenador que la sopa se enfría quiere decir, en realidad, que la sopa está disipando su temperatura igualandola a la del aire de la cocina.Ventilar consiste en crear una corriente de aire que refrigere por un lado y desplace el aire caliente por otro. La carcasa de un disco duro disipa calor (transmite el calor interno del disco al ambiente) Pero si no hay una correcta ventilación (corriente de aire) el aire que rodea al disco duro permanercerá caliente, con lo que no lograremos una disipación correcta. Como en el ejemplo de la sopa y la cocina, cuanto más caliente esté el aire que rodea al disco menos calor podrá disipar el disco (por eso en verano la sopa tarda más en enfriarse)
Tal y como hemos visto, todos los componentes de nuestro equipo generan calor dentro de la torre. Nuestros objetivos son dos:

- Disipar y ventilar el calor de los componentes de la manera más eficaz posible
- Ventilar nuestra torre para que el aire que contiene esté siempre a la menor temperatura posible. Cuanto más "frío" haya dentro de la torre más calor se podrá disipar de los componentes.

Pasemos a ver vemos cómo ventilar correctamente cada uno de los componentes de manera individual.

3.1 Procesador (CPU)

Aunque hay por ahí diversas soluciones de refrigeración líquida para el procesador, la inmensa mayoría de los "mortales" refrigeramos el procesador por aire. Primero colocamos sobre el procesador un disipador de un material que transmita fácilmente el calor. De ese modo el calor pasa al disipador y el disipador transmite a su vez el calor al aire. Cuanto más calor sea capaz de transmitir el disipador y cuanta mayor sea la superficie en contacto con el aire (de ahí las "aletas" de los disipadores, para aumentar la superficie de contacto con el aire), más refrigerado estará el procesador. No obstante, hace ya mucho que este método es insuficiente para refrigerar los potentes procesadores actuales. Por eso, además del disipador, se monta sobre el mismo un ventilador que enfríe el disipador soplando aire frío al interior de este y desplazando el aire caliente. Logicamente si en nuestra torre no hay una correcta ventilación, el aire que sople el ventilador no estará frío y la refrigeración será poco efectiva. (ver el apartado 3.3 Torre)

Dos son los aspectos en los que debemos fijarnos a la hora de comprar un dispador-ventilador:

- Material del disipador: hasta donde sé, los de cobre son los que más calor transmiten
- Cantidad de aire que el ventilador puede soplar: Hay una medida para esto, CFM. Un buen ventilador tendrá una capacidad igual o superior a 20 CFM. La capacidad de refrigeración suele estar estrechamente relacionada con la velocidad de giro (en rpm) del ventilador. Las velocidades de giro que ofrecen buena refrigeración están por encima de 5.400 rpm No obstante, ventiladores de más velocidad son cualquier cosa menos silenciosos. Algunos disponen de termostato y ofrecen velocida de giro variable, para que nuestro ventilador sea silencioso cuando la CPU no esté muy caliente y aumente su velocidad de giro (para mejorar la refrigeración) cuando la temperatura de la CPU sube. Ten también en cuenta que la inmensa mayoría de ventiladores tienen rodamientos de bolas. Es conveniente levantar la pegatina del ventilador y echar unas gotitas de aceite una vez cada 2-3 meses. Con eso facilitamos el giro del ventilador y evitamos un eventual gripaje de los rodamientos. Sabrás que has gripado un ventilador cuando los ventiladores empiezan a hacer un ruido muy intenso que, en un principo, desaparece a los pocos minutos de usar el ordenador (cuando con el giro se han calentado)

Algo FUNDAMENTAL para que el disipador cumpla su función correctamente es que éste disponga de una FINA capa de silicona termoconductora en la zona de contacto con el procesador. Cuando unimos metal con metal, dicha unión dista mucho de ser perfecta ya que la porosidad del metal hace que haya poco contacto físico. La función de la silicona termoconductora es la de rellenar los huecos que quedan entre disipador y procesador y que se transmita al dispador todo el calor posible. Para que esto sea así la capa de silicona ha de ser mínima, pero suficiente. Todos los disipadores actuales ya llevan una capa adecuada de fábrica, pero si quitas el disipador (por cualquier motivo) cuida en que cuando vuelvas a ponerlo la silicona sea suficiente y esté en buen estado. Quita la antigua y añade silicona nueva (con el tiempo la silicona se deshace y pierde sus propiedades)

3.2 Disco duro

Como he comentado anteriormente, ventilar un disco duro no es estrictamente necesario, pero mejorará la longevidad del mismo. Salvo lo mencionado en el apartado 3.3 Torre, la mejor solución es, a mi juicio, usar disipadores con dos pequeños ventiladores instalados (como en la imágen)



Hay un problema muy frecuente en la inmensa mayoría de torres, y es la falta de espacio para colocar ventiladores/disipadores en más de un disco duro. O bien instalamos una caja de refrigeración en una bahía de las usadas para CD's/DVD's, o tendremos que elegir cuál ventilar que será aquel que genere más calor. Para decidir esto hemos de tener en cuenta que un disco duro se calienta más cuanto más tiempo esté funcionando. Lo importante no es la cantidad de datos que leemos/escribimos, sino el tiempo continuado de trabajo. Esta decisión no es nada fácil si tenemos en cuenta que es recomendable tener sistema operativo y archivos temporales en discos distintos. El sistema necesita acceder frecuentemente a ambos, de modo que no es necesario calentarse demasiado la cabeza. Refrigera el que quieras...

3.3 Torre

Como hemos visto es esencial tratar de mantener la temperatura en el interior de la torre tan baja como nos sea posible. Para ello hemos de lograr crear una corriente que introduzca aire fresco en la torre y extraiga el aire caliente, para evitar un círculo vicioso en el que los ventiladores internos sólo muevan aire caliente una y otra vez. El aire caliente siempre sube, de modo que todo el calor generado dentro de la torre irá a parar alrededor de la fuente de alimentación, procesador y tarjeta de vídeo, una zona que precisamente nos interesa refrigerar.



La inmensa mayoría de torres disponen bajo la fuente de alimentación de una rejilla a la que poder atornillar un ventilador que soplará en dirección dentro/afuera (núnero 3) para absorver el aire de la parte superior de la torre y expulsarlo fuera. Es importante cuidar este detalle y no montar el ventilador en sentido fuera/adentro para no invertir el sentido correcto de la corriente de aire.
Además de esta rejilla (número 3), las torres suelen incluir otro lugar en donde anclar un ventilador más. Ese ventilador estará en la parte inferior frontal del equipo, bajo los discos duros (número 1) Eso creará una corriente de aire de abajo/arriba y de delante a atrás introduciendo siempre aire fresco en el equipo y ayudando al aire caliente a que suba arriba, dónde tendremos preparados los ventiladores oportunos para extraer ese aire caliente. Como este segundo ventilador se encuentra justo debajo de los discos duros mataremos dos pájaros de un tiro porque también conseguiremos refrigerarlos sin ningún tipo de ventilador adicional. Estos ventiladores de caja soplan con la suficiente intensidad como para mantener simpre frío el aire situado bajo los discos, de modo que éstos pueden disipar correctamente el calor que generan.
La zona más "peligrosa" es la parte superior-trasera de la torre. Allí se acumula el calor, tanto de la CPU como el producido por el resto de componentes (fuente de alimentación incluída) Como hemos dicho, el aire caliente sube, de modo que en esa zona tendremos la máxima temperatura. Para lograr reducir la temperatura en esa zona tenemos varias alternativas que, lejos de excluirse entre ellas, son complementarias:
Si tu fuente de alimentación es de calidad dispondrá de un ventilador en la parte inferior (número 2 en la imágen) ese ventilador aspira aire de esa zona (que está caliente) y lo expulsa junto con el calor generado por la propia fuente
Los ventiladores 3 y 4 se complementan en la tarea de expulsar aire caliente (teniendo en cuenta que el 4 ocupa una ranura PCI) Como por la parte inferior estamos "empujando" airel fresco externo al interior de la torre y por la parte superior estamos "chupando" aire caliente del interior, el resultado es una corriente de convección que nos mantiene la torre constantemente con aire "fresco", lo que en consecuencia da una temperatura adecuada para los componentes, aún en las más exigentes condiciones de trabajo.

3.4 Otros extras de refrigeración

- Fuente de alimentación: No te confundas. El ventilador que hay en la fuente de alimentación NO EXTRAE, en muchos casos, calor del interior de la torre, sino tan sólo el calor que la propia fuente de alimentacicón genera. Asegúrate de que tu fuente incluye un ventilador en la parte inferior (número 2 en la imágen de arriba) para que también te sirva de extractor de aire. Si la fuente es de cobre, como la de la foto, mejor que mejor. Como ya comenté al hablar de los disipadores de la CPU, el cobre es un excelente conductor del calor.

- Módulos de refrigeración de memoria: (número 1 en la siguiente imágen) Valen tanto para la memoria del equipo como para la memoria de las tarjetas gráficas. Al igual que en el caso de los ventiladores de discos duros, estos módulos no son necesarios para el correcto funcionamiento de la memoria, pero contar con ellos hará que nuestro sistema sea más estable (evitando eventuales cuelgues por calor) y prolongaremos la vida de la misma.

- Cables IDE redondos: (número 2 en la siguiente imágen) Las torres pueden parecernos muy grandes desde fuera pero si no nos andamos con cuidado todas las tarjetas y cables que hay por dentro interrumpirán la corriente de aire antes mencioniada y aunque montemos los ventiladores mencionados no tendremos una buena refrigeración. Si dispones de una tarjeta de vídeo grande, esto dificulta más todavía el paso del aire, de modo que lo cables IDE redondos se hacen casi imprescindibles. Este último problema no debe preocuparte si cuentas con discos Serial ATA ya que el reducido tamaño de sus cables hacen que no supongan apenas estorbo para la corriente de aire.






Introducción
La siempre creciente industria de la computación está en una búsqueda continua de nuevas formas para enfriar microprocesadores. Desde ventiladores gigantes hasta nitrógeno líquido, la industria y los entusiastas se esfuerzan continuamente para conseguir mejores y más silenciosos y confiables métodos de enfriamiento. Este artículo terminará examinando un nuevo concepto para refrigeración de microprocesadores basados en un antiguo fenómeno físico llamado descarga de corona (corona discharge).
Métodos para enfriar los componentes de un computador
Variadas técnicas son usadas en la actualidad para refrigerar componentes electrónicos, como lo son los microprocesadores, que fácilmente pueden alcanzar temperaturas tan altas que provoquen daño permanente si no son mantenidos a una temperatura adecuada de forma apropiada.

1.Refrigeración por Aire

La refrigeración pasiva es probablemente el método más antiguo y común para enfriar no sólo componentes electrónicos sino cualquier cosa. Así como dicen las abuelitas: "tomar el fresco", la idea es que ocurra intercambio de calor entre el aire a temperatura ambiente y el elemento a enfriar, a temperatura mayor. El sistema es tan común que no es en modo alguno invención del hombre y la misma naturaleza lo emplea profusamente: miren por ejemplo a los elefantes que usan sus enormes orejas para mantenerse frescos, y no porque las usen de abanico sino porque éstas están llenas de capilares y el aire fresco enfría la sangre que por ellos circula.

El ejemplo de los elefantes se aplica, entonces, a las técnicas para enfriar componentes electrónicos, y la idea es básicamente la misma: incrementar la superficie de contacto con el aire para maximizar el calor que éste es capaz de retirar. Justamente con el objeto de maximizar la superficie de contacto, los disipadores o en inglés heatsinks consisten en cientos de aletas delgadas. Mientras más aletas, más disipación. Mientras más delgadas, mejor todavía.

1.1 Refrigeración Pasiva por Aire

Las principales ventajas de la disipación pasiva son su inherente simplicidad (pues se trata básicamente de un gran pedazo de metal), su durabilidad (pues carece de piezas móviles) y su bajo costo. Además de lo anterior, no producen ruido. La mayor desventaja de la disipación pasiva es su habilidad limitada para dispersar grandes cantidades de calor rápidamente. Los disipadores (heatsinks) modernos son incapaces de refrigerar efectivamente CPUs de gama alta, sin mencionar GPUs de la misma categoría sin ayuda de un ventilador.



Los disipadores (heatsinks) modernos son usualmente fabricados en cobre o aluminio, materiales que son excelentes conductores de calor y que son relativamente baratos de producir. En particular, el cobre es bastante más caro que el aluminio por lo que los disipadores de cobre se consideran el formato premium mientras que los de aluminio son lo estándar. Sin embargo, si de verdad quisiéramos conductores premium podríamos usar plata para este fin, puesto que su conductividad térmica es mayor todavía. Por eso, aunque el cobre es sustancialmente más caro que el aluminio, es válido decir que ambos son materiales baratos... sólo piensen en la alternativa.

1.2 Refrigeración Activa por Aire

La refrigeración activa por aire es, en palabras sencillas, tomar un sistema pasivo y adicionar un elemento que acelere el flujo de aire a través de las aletas del heatsink. Este elemento es usualmente un ventilador aunque se han visto variantes en las que se utiliza una especie de turbina.
En la refrigeración pasiva tiende a suceder que el aire que rodea al disipador se calienta, y su capacidad de evacuar calor del disipador disminuye. Aunque por convección natural este aire caliente se mueve, es mucho más eficiente incorporar un mecanismo para forzar un flujo de aire fresco a través de las aletas del disipador, y es exactamente lo que se logra con la refrigeración activa.
Aunque la refrigeración activa por aire no es mucho más cara que la pasiva, la solución tiene desventajas significativas. Por ejemplo, al tener partes móviles es susceptible de averiarse, pudiendo ocasionar daños irreparables en el sistema si es que esta avería no se detecta a tiempo (en otras palabras, si un sistema pensado para ser enfriado activamente queda en estado pasivo por mucho tiempo). En segundo lugar, aunque este aspecto ha mejorado mucho todos los ventiladores hacen ruido. Algunos son más silenciosos que otros, pero siempre serán más ruidosos que los cero decibeles que produce una solución pasiva.

1.3 Lectura Opcional... ¿Por qué son útiles los disipadores?

Es bastante obvio que mientras más superficie tenga un heatsink mejor será su disipación, pero también es cierto que en cualquier ciclo todo intermediario, por perfecto que sea, es un estorbo. Es igual que cuando vas añadiendo cables entre un equipo de música y los parlantes: mientras más cables, más se deteriora la señal, y esto ocurre por simple entropía aunque uses cables de oro. Entonces, cuál es el beneficio de usar un disipador? Por qué no sería mejor dejar que el componente electrónico se entendiera directamente con el aire? Esto es porque además de la superficie en este fenómeno interviene una propiedad llamada conductividad térmica, la capacidad de un material de canalizar el calor.
Hagamos el siguiente ejercicio. Supongamos que tenemos un CPU gigante cuyo core está a la intemperie y tiene 1 cm2 y que por otro lado tenemos un disipador de cobre que en su base tiene una superficie de 1 cm2 y que gracias al uso de cientos de aletas minúsculas ofrece al aire una superficie de contacto de 1000 cm2.
La Ley de Fourier indica que el flujo de calor es directamente proporcional a la superficie de contacto y a la constante de conductividad térmica, por lo que si hacemos un "coeficiente conjunto" definido como el producto de superficie por conductividad, tendremos un indicador comparativo de la capacidad de transferir calor.
Considerando que la conductividad térmica del aire es algo así como 0.02 W/m2 ·°K y la del cobre es de 380 W/m2 ·°K, la capacidad del CPU "pelado" de transmitir calor al aire tiene un coeficiente conjunto de
0.01 m2 x 0.02 W/m2 ·°K = 0.0002 W/°K
mientras que la capacidad de transmitir calor del CPU al disipador es de:
0.01 m2 x 380 W/m2 ·°K = 3.80 W/°K
a su vez, la capacidad del disipador de transmitir calor al aire es de
10 m2 x 0.02 W/m2 ·°K = 0.2 W/°K
Evidentemente, el cuello de botella está en la interfaz cobre-aire y no en el contacto CPU-cobre, pero lo importante es que, aunque el paso de calor del CPU al disipador no es perfecto por ejemplo porque el contacto entre las superficies es irregular, y aunque en la segunda mitad de la cadena el cobre igual tendrá que lidiar con la baja conductividad del aire, la capacidad de evacuar calor usando al disipador como intermediario es 1000 veces mayor que la del CPU pelado.

2.Refrigeración líquida (más conocida como Watercooling)

Un método más complejo y menos común es la refrigeración por agua. El agua tiene un calor específico más alto y una mejor conductividad térmica que el aire, gracias a lo cual puede transferir calor más eficientemente y a mayores distancias que el gas. Bombeando agua alrededor de un procesador es posible remover grandes cantidades de calor de éste en poco tiempo, para luego ser disipado por un radiador ubicado en algún lugar dentro (o fuera) del computador. La principal ventaja de la refrigeración líquida, es su habilidad para enfriar incluso los componentes más calientes de un computador.



Todo lo bueno del watercooling tiene, sin embargo, un precio; la refrigeración por agua es cara, compleja e incluso peligrosa en manos sin experiencia (Puesto que el agua y los componentes electrónicos no son buena pareja). Aunque usualmente menos ruidosos que los basados en refrigeración por aire, los sistemas de refrigeración por agua tienen partes móviles y en consecuencia se sabe eventualmente pueden sufrir problemas de confiabilidad. Sin embargo, una avería en un sistema de Watercooling (por ejemplo, si deja de funcionar la bomba) no es tan grave como en el caso de la refrigeración por aire, puesto que la inercia térmica del fluído es bastante alta e incluso encontrándose estático no será fácil para el CPU calentarlo a niveles peligrosos.

2.1 Refrigeración Líquida por Inmersión

Una variación extraña de este mecanismo de refrigeración es la inmersión líquida, en la que un computador es totalmente sumergido en un líquido de conductividad eléctrica muy baja, como el aceite mineral. El computador se mantiene enfriado por el intercambio de calor entre sus partes, el líquido refrigerante y el aire del ambiente. Este método no es práctico para la mayoría de los usuarios por razones obvias.



Pese a que este método tiene un enfoque bastante simple (llene un acuario de aceite mineral y luego ponga su PC adentro) también tiene sus desventajas. Para empezar, debe ser bastante desagradable el intercambio de piezas para upgrade.

2.2 Refrigeración por Metal Líquido

Aunque su principio es completamente distinto al watercooling, de alguna manera este sistema está emparentado. Se trata de un invento mostrado por nanoCoolers, compañía basada en Austin, Texas, que hace algunos años desarrolló un sistema de enfriamiento basado en un metal líquido con una conductividad térmica mayor que la del agua,



A diferencia del agua, este compuesto puede ser bombeado electromagnéticamente, eliminando la necesidad de una bomba mecánica. A pesar de su naturaleza innovadora, el metal líquido de nanoCoolers nunca alcanzó una etapa comercial.

3. Refrigeración Termoeléctrica (TEC)

En 1834 un frances llamado Juan Peltier (no es chiste, la traducción al español de Jean Peltier), descubrio que aplicando una diferencia electrica en 2 metales o semiconductores (de tipo p y n) unidas entre sí, se generaba una diferencia de temperaturas entre las uniones de estos. La figura de abajo muestra que las uniones p-n tienden a calentarse y las n-p a enfriarse.



El concepto rudimentario de Peltier fué paulatinamente perfecciónado para que fuera un solo bloque con las uniones semiconductoras, (que generalmente son en base a Seleniuro de Antimonio y Telururo de bismuto) conectadas por pistas de cobre y dispuestas de tal manera , que transportara el calor desde una de sus caras hacia la otra, haciendo del mecanimo una "bomba de calor" ya que es capaz de extraer el calor de una determinada superficie y llevarlo hacia su otra cara para disiparlo.
Una de las tantas gracias de estos sistemas de refrigeración que se ocupan en todo ámbito (generalmente industrial), es que son bastante versátiles, basta con invertir la polaridad para invertir el efecto (cambiar el lado que se calienta por el frío y viceversa), la potencia con que enfría es fácilmente modificable dependiendo del voltaje que se le aplique y es bastante amable con el medio ambiente ya que no necesita de gases nocivos como los usados en los refrigeradores industriales para realizar su labor.
El uso de refrigeración termoeléctrica por lo general se circunscribe al ámbito industrial, pero tanto los fanáticos como algunos fabricantes han desarrollado productos que incorporan el elemento Peltier como método para enfriar el procesador de un PC. Estas soluciones, que de por sí involucran un fuerte aumento del consumo eléctrico (toda vez que un peltier es bastante demandante de potencia) no pueden operar por sí solas, pues se hace necesario un sistema que sea capaz de retirar calor de la cara caliente del Peltier.



Este sistema complementario suele ser de enfriamiento por aire o por agua. En el primero de los casos el concepto se denomina Air Chiller y hay productos comerciales como el Titan Amanda que lo implementan. El segundo caso se denomina Water Chiller, es bastante más efectivo (por la mejor capacidad del agua de retirar calor de la cara caliente) y también hay productos, como el Coolit Freezone, que implementan el sistema.

4. Refrigeración por Heatpipes

El siguiente texto es un extracto de la guía Enfriamiento con Heatpipes ¿Qué es?
Un heatpipe es una máquina térmica que funciona mediante un fenómeno llamado "convección natural". Este fenómeno, derivado de la expansión volumétrica de los fluídos, causa que al calentarse los fluídos tiendan a hacerse menos densos, y viceversa. En un mismo recipiente, el calentamiento de la base producirá la subida del fluído caliente de abajo y la bajada del fluído aún frío de la parte superior, produciéndose una circulación



El sistema de heatpipes que se utiliza en los coolers de CPU es un ciclo cerrado en donde un fluído similar al que recorre nuestros refrigeradores se calienta en la base, en contacto con el CPU, se evapora, sube por una tubería hasta el disipador, se condensa y baja como líquido a la base nuevamente.
El transporte de calor que se logra mediante el uso de heatpipes es muy superior al que alcanza un disipador de metal tradicional, por delgadas o numerosas que sean sus aletas. Sin embargo, sería poco ambicioso dejar que los heatpipes hicieran todo el trabajo, por lo que los productos comerciales que han incorporado el elemento heatpipe complementan su alta capacidad de transporte de calor con voluminosos panales de aluminio o cobre (en buenas cuentas, un heatsink) y ventiladores que muefen bastante caudal de aire.



5.Cambio de Fase

Los sistemas de enfriamiento por cambio de fase se basan en la misma máquina térmica que opera en todo refrigerador. Aunque los sistemas han cambiado mucho desde los primeros refrigeradores -empezando por el abandono de los gases que eran dañinos para el medio ambiente- el principio es el mismo: utilizar a nuestro favor la ley de los gases perfectos y las propiedades termodinámicas de un gas para instigarlo a tomar o ceder calor del o al medio ambiente en distintos puntos del ciclo.
El cambio de fase es el método de enfriamiento preferido en refrigeradores comerciales y algunos sistemas de aire acondicionado, pero en el campo de la computación se ve muy poco. En un primer acercamiento algunos técnicos en refrigeración aficionados al overclock implementaron máquinas artesanales para aplicar refrigeración por cambio de fase al PC, pero en los últimos años se viene viendo de forma cada vez más frecuente la aparición de sistemas comerciales, más compactos, estilizados y -por supuesto- caros



Los overclockeros extremos no miran con muy buenos ojos estas soluciones comerciales principalmente por dos razones. Primero, las necesidades de enfriamiento de cada plataforma son distintas, y aunque es improbable que el PC vaya a calentarse utilizando un sistema de cambio de fase, sí puede darse que la solución comercial sea insuficiente para llegar a temperaturas extremadamente bajas. En segundo lugar, hoy por hoy el ciclo clásico que se ilustra en el esquema ha sido refinado y paulatinamente reemplazado por circuitos en cascada, en donde hay varios ciclos de refrigeración por cambio de fase y cada uno enfría al siguiente.

5.1 Cambio de fase por vibración

El Vibration Induced Droplet Atomization (VIDA) es un sistema experimental que probablemente nunca se utilizará comercialmente pero por lo ingenioso que resulta vale la pena mencionarlo. En rigor, dudé mucho si ubicarlo como un subconjunto de los sistemas de cambio de fase porque el principio de su funcionamiento no se basa en el ciclo térmico que inventó Carnot, pero de todos modos el fenómeno físico mediante el cual se retira calor es en buenas cuentas un cambio de fase.
El VIDA opera de la siguiente manera: atomizando un fluido que puede ser simplemente agua, y sometiéndolo a una intensa vibración, se logra que éste pase al estado gaseoso a temperatura ambiente. Al evaporarse, el agua (o el líquido que se utilice) toma una gran cantidad de calor del medio circundante. En otras palabras, una gótula de agua lo suficientemente pequeña y convenientemente zangoloteada se convertirá en vapor espontáneamente, y si logras que ello ocurra en contacto con la superficie deseada, el agua retirará de ella una gran cantidad de calor.

6.Criogenia

Incluso más raro que la refrigeración por cambio de fase es aquella basada en la criogenia, que utiliza nitrógeno líquido o hielo seco (dióxido de carbono sólido). Estos materiales son usados a temperaturas extremadamente bajas (el nitrógeno líquido ebulle a los -196ºC y el hielo seco lo hace a -78ºC) directamente sobre el procesador para mantenerlo frío. Sin embargo, después que el líquido refrigerante se haya evaporado por completo debe ser reemplazado. Daño al procesador a lo largo del tiempo producto de los frecuentes cambios de temperatura es uno de los motivos por los que la criogenia sólo es utilizada en casos extremos de overclocking y sólo por cortos periodos de tiempo.



Respecto de este método extremo, en CHW podríamos decir que tenemos cierta experiencia. En experimentos como el legendario Proyecto Kill Pi o en el campeonato nacional de Overclock utilizamos el método del hielo seco con excelentes resultados.
Claramente cada método de refrigeración tiene ventajas y desventajas. Algunos son caros y bulliciosos, otros no lo suficientemente poderosos, algunos requieren de instalaciones complejas e incluso existen aquellos que pueden dañar el procesador. Buscando crear un disipador (cooler) barato, silencioso y altamente confiable capaz de disipar efectivamente el calor de incluso los procesadores más demandantes de gama alta, Tecnologías Avanzadas Kronos (Kronos Advanced Technologies) dominó un principio físico antiguo conocido como el efecto de descarga corona.

Propulsión de aire electrostático y el efecto de descarga corona:

Un nuevo tipo de tecnología de refrigeración ultra-delgada y silenciosa para procesadores está siendo desarrollada por Tecnologías Avanzadas Kronos en colaboración con Intel y la Universidad de Washington. En dos años, esta nueva tecnología podría reemplazar las actuales técnicas de enfriamiento por ventiladores en notebooks y otros dispositivos portátiles, volviéndolos más confiables y mucho más silenciosos.
La tecnología de refrigeración que está siendo desarrollada por Kronos emplea un dispositivo llamado “bomba de viento iónico” (ionic wind pump), un acelerador de fluidos electrostáticos cuyo principio básico de operación es la descarga por efecto corona. Este fenómeno ocurre cuando el potencial de un conductor cargado alcanza una magnitud tal que sobrepasa la rigidez dieléctrica del fluído que lo rodea (por ejemplo aire) este aire, que en otras circunstancias es un excelente aislante, se ioniza y los iones son atraídos y repelidos por el conductor a gran velocidad, produciéndose una descarga eléctrica que exhibe penachos o chispas azules o púrpura, y que a su vez moviliza el fluido. La descarga por efecto corona es similar a lo que ocurre con la caída de un rayo, salvo porque en ese caso no hay un conductor propiamente tal, la diferencia de potencial eléctrico es tan enorme que los rayos son capaces de atravesar fácilmente 5 kilómetros de aire, que por lo general es uno de los mejores aislantes que existen.



El principio de la propulsión de aire iónico con partículas cargadas por el efecto corona se conoce casi desde el momento en que se descubrió la electricidad. Una de las primeras referencias a la detección de movimiento de aire cerca de un tubo cargado apareció hace unos 300 años en un libro de Francis Hauksbee y muchos pioneros de la electricidad, incluyendo a Newton, Faraday y Maxwell, estudiaron este fenómeno. En los tiempos modernos la descarga corona se utilizó de variadas maneras y se aplicó en la industria de la fotocopia, en algunos sistemas de aire acondicionado, en lásers de nitrógeno y más notoriamente en ionizadores de aire. Kronos, que desarrolla filtros de aire de alta eficiencia basados en el efecto corona, intentó adaptar la tecnología a la refrigeración de microprocesadores. Con la ayuda de N. E. Jewell-Larsen, C.P. Hsu y A. V. Mamishev del Departamento de Ingeniería Eléctrica (Department of Electrical Engineering) en la Universidad de Washington (Washington University) e Intel, crearon varios prototipos funcionales de un disipador (cooler) de CPU basado en el efecto corona, que puede enfriar efectiva y silenciosamente una CPU moderna.

El disipador de efecto corona desarrollado por Kronos trabaja de la siguiente manera: Un campo eléctrico de gran magnitud es creado en la punta del cátodo, que se coloca en un lado de la CPU. El alto potencial de energía causa que las moléculas de oxígeno y nitrógeno en el aire se ionicen (con carga positiva) y creen una corona (un halo de partículas cargadas). Al colocar un ánodo unido a tierra en el lado opuesto de la CPU se hace que los iones cargados en la corona aceleren hacia el ánodo, chocando con moléculas neutras de aire en el camino. Durante estas colisiones, se transfiere moméntum desde el gas ionizado a las moléculas de gas neutras, resultando en un movimiento de aire hacia el ánodo.

Las ventajas de los disipadores (coolers) basados en el efecto de descarga corona son obvias: no tienen partes móviles, lo que elimina ciertos problemas de confiabilidad, puede refrigerar efectivamente incluso los procesadores más avanzados y demandantes y opera con un nivel de ruido de prácticamente cero con un consumo moderado de energía.
Para aprender más acerca de la tecnología de enfriamiento de Kronos, el sitio The Future of Things entrevistó al profesor Alexander Mamishev y al estudiante de doctorado Nels Jewell-Larsen de la Universidad de Washington (Washington University) y al Dr. Igor Krichtafovitch, Oficial en Jefe de Tecnología (Chief Technology Officer) de Tecnologías Avanzadas Kronos (Kronos Advanced Technologies).

¿Cómo se les ocurrió la idea de utilizar el efecto de descarga corona para enfriar chips de computador? ¿Hubo un momento de Eureka!?

La idea de refrigerar con viento iónico no fue una revolución en sí misma. Nosotros siempre hemos creído que podríamos proyectar la tecnología de Kronos miniaturizándola para la aplicación en enfriamiento de componentes electrónicos. El verdadero desafío ha sido determinar si es posible generar un flujo de aire eficiente debido a barreras fundamentales que parecían imposibles de superar en una escala tan pequeña: barreras que Kronos ha podido superar en aplicaciones más grandes de su tecnología de efecto corona como lo son la purificación de aire para la industria de la salud y aplicaciones de sonido para el mercado de cancelación de ruidos.

Como pasa usualmente, los intentos iniciales no funcionaron. Tomó más tiempo entender “por qué” y varios años más para desarrollar un modelo funcional antes que tuviéramos otro momento Eureka con la tecnología de Kronos. Parte de este último momento fue el resultado directo de la colaboración con nuestros colaboradores en el proyecto – la Universidad de Washington (Universty of Washington) e Intel.

¿Podría explicar brevemente el principio de descarga corona?

En su forma más básica, la descarga corona es convertir descargas eléctricas en iones densos direccionalmente (directionally dense ions, suena raro) haciendo que un fluido fluya (en otras palabras, hacer circular aire sin necesidad de un ventilador).
¿Cómo es utilizado el efecto corona para refrigerar la superficie de un microchip en su dispositivo?

El “viento iónico” es generado en la vecindad de la superficie a ser enfriada y es apuntado a esta superficie, resultando en la eliminación de la “capa caliente superficial”. Esta “capa” es como una sábana de aire aún caliente que cubre la superficie, mientras de la cual se siga removiendo reduce la temperatura del chip.
¿Será el disipador (cooler) corona capaz de enfriar un procesador por sí mismo (en otras palabras, sin ningún ventilador o disipador (heatsink) adicional?
Si, es posible realizar toda la refrigeración sin ningún ventilador adicional. Hasta ahora hemos probado que podemos generar suficiente flujo de aire para mantener frescos chips relativamente calientes con a dispositivo de tamaños diminuto basado en el efecto corona. También es posible que se utilice esta tecnología con otras soluciones de manejo térmico.

¿Libera su dispositivo alguna cantidad de calor o ruido? (que podría contribuir a la temperatura de todo el sistema)
Como ocurre con otros dispositivos de Kronos, este sistema de refrigeración en miniatura es prácticamente inaudible y genera mínimas cantidades de calor por sí mismo.

¿Qué voltaje utilizó para crear los iones cargados?
De nuevo, el voltaje de operación depende del diseño y de la aplicación; sin embargo, los prototipos actuales usan valores en el orden de un kilovoltio (1 kV a 8 kV).

¿Aproximadamente cuánto poder consumirá el disipador (cooler) basado en el efecto corona?

El consumo de poder de esta tecnología depende del diseño y de la aplicación específica. Dicho eso, tenemos actualmente prototipos que están diseñados para refrigerar áreas de aproximadamente 1 cm2 que consumen aproximadamente 0,1 W.

¿Cuánto calor será capaz de dispersar el disipador (cooler) corona? ¿Será posible efectuar Overclock usando el dispositivo?

Actualmente estamos enfocados en las aplicaciones de refrigeración en el sector móvil/ ultra móvil, pues ellos tienen grandes requerimientos respecto a limitaciones en espacio, consumo eléctrico y ruido que pueden generar que la mayoría de las tecnologías convencionales de refrigeración no pueden cumplir adecuadamente. Además, este segmento del mercado es el de más rápido crecimiento en la actualidad y probablemente en los próximos años mantendrá esta tendencia. Eso dicho, no hay razón para que esta tecnología no pueda ser usada en una solución térmica para la plataforma desktop o de servidores con mayores requerimientos en sus Diseños Térmicos de Poder (TPD por sus siglas en inglés). Respecto a lo del overclock… no he realizado los cálculos, pero parece posible.

¿Qué tan pequeño puede ser el disipador (cooler) corona potencialmente?

Los prototipos actuales tienen una región activa de varios milímetros cúbicos, y estamos trabajando en reducir ese número. Sin embargo, el tamaño del dispositivo estará relacionado con los requerimientos de disipación de calor y el tamaño de la fuente de calor. En algunas aplicaciones es posible que el dispositivo tenga la misma área de contacto que el chip a ser enfriado y una altura de sólo unos milímetros.
¿Cuáles son los obstáculos actuales que enfrenta la comercialización de un disipador (cooler) corona para CPU?

Nuestro foco actual es la optimización de esta tecnología en torno a una aplicación específica y la estructura del paquete, maximizando la vida útil del dispositivo, identificando los materiales ideales y el proceso de fabricación tanto para el desempeño del producto como para su fabricación a gran escala, y por supuesto continuar con la inversión para conducir investigación en esta dirección.

¿En qué punto esta su trabajo en este momento, tiene algún prototipo funcional? ¿Requiere de auspicio?

Sí, tenemos varios prototipos funcionales que están siendo usados como “prueba del concepto” (prueba de que el concepto funciona).
Actualmente fondos y recursos limitados no están siendo otorgados por el Centro de Tecnología de Washington (Washington Technology Center, WTC), Tecnologías de Aire Kronos (Kronos Air Technologies) e Intel. Más fondos serán necesarios para acelerar este proyecto.

Dado el auspicio apropiado, ¿Qué tan pronto estará disponible un producto comercial basado en su tecnología y a qué precio?

Sólo podemos dar un estimado. Con el auspicio actual, probablemente tomará hasta dos años para tener el primer producto comercial listo. El precio es difícil de estimar pues podría estar incorporado en muchos niveles distintos de una solución térmica, pero nuestra meta es hacerlo competitivo con otras soluciones de refrigeración de desempeño similar.

SALUDOS Y COMENTEN!!