Mejorar la eficiencia de la refrigeración de tu PC

La refrigeración de tu ordenador es imprescindible para evitar cualquier daño permanente y que se mantenga trabajando a su máximo rendimiento, sin throttling térmico. Sin embargo, no todos los ordenadores tienen las mismas características. Algunos son más pequeños que otros, lo que significa que tienen menos espacio para el flujo de aire y la ventilación lateral. También hay ordenadores más pequeños que carecen de ventiladores integrados, lo que puede suponer un problema a la hora de intentar mantener la temperatura baja. Si estás leyendo este artículo, es seguro que tu ordenador no cuenta con las condiciones adecuadas para mantenerse fresco. Por suerte, hay formas de aumentar la eficacia de la refrigeración de tu ordenador y evitar daños por sobrecalentamiento o humedad. Sigue leyendo para obtener más información…

Tipo de ventilador

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Cómo elegir el sistema adecuado

Para elegir el sistema de refrigeración adecuado deberás atender a las siguientes características del sistema de refrigeración:

Rodamientos

Los rodamientos del eje de un ventilador intervienen directamente en la duración de estos elementos, así como en el ruido que generan, entre otros factores. Por eso, es importante conocer los tipos y saber elegir el más adecuado.

• Sleeve bearing: son sencillos y baratos, y se suelen montar en los ventiladores más baratos. Los casquillos suelen llevar un baño de aceite que permite un funcionamiento silencioso y reducir la fricción. Al no estar sellados se irán deteriorando con el tiempo, lo que hace que sean más ruidosos con el tiempo. Suelen tener una vida estimada de unas 30.000 horas de funcionamiento.
• Ball bearing: usan bolas en sus rodamientos, bolas de metal lubricadas alrededor del eje para que se deslice mejor. Son los más fiables, y menos sensibles a condiciones externas como la temperatura, polvo, etc. Duran desde unas 80.000 horas, hasta cientos de miles de horas en algunos casos más evolucionados.
• Fluid dynamic bearing: son mucho más silenciosos y duraderos, ya que usan fluidos avanzados como rodamiento. Son caros, pero ofrecen muy buenas prestaciones. Generalmente funcionan con zona lubricada con aceite junto con otra zona con otro fluido a presión (puede ser otro aceite también) para autoestabilizar el eje. Son ultra silenciosos y pueden tener una vida útil de 150.000 horas.
• Rifle Bearing: similares a los sleeve, pero son más silenciosos y tienen casi la misma vida útil que los rodamientos de bolas. El rodamiento tiene una ranura en espiral que bombea líquido desde un depósito. Esto permite montarlos en posición horizontal de forma segura, ya que el fluido que se bombea lubrica la parte superior del eje. El bombeo también garantiza la presencia de suficiente lubricante en el eje, lo que reduce el ruido y aumenta la vida útil.
  
• Magnetic bearing: se reduce también la fricción y el ruido como en el caso de los fluidos dinámicos, pero aquí se emplea magnetismo para repeler el eje y que no roce con las paredes.
  

RPM

Las RPM (Revoluciones Por Minuto) del ventilador pueden variar entre 800 y 1.800, por ejemplo. Un ventilador de 1.000 RPM gira 1.000 veces por minuto. Estas velocidades no están fijas en todo momento, sino que utilizan un mecanismo dinámico que cambia la velocidad del ventilador en respuesta a la temperatura. Así se minimiza el ruido y el consumo de energía y se mantiene una temperatura bajo los márgenes requeridos.

Ruido

El ruido es un problema con los ventiladores. Las aspas, las RPM y los rodamientos afectan al ruido. Cuando funciona a plena potencia, una de las consideraciones más importantes a la hora de elegir un ventilador es la cantidad de ruido que hace.Como el ruido se mide en decibelios (dB), se refiere a un nivel de sonoridad. Cuanto mayor sea el nivel de dB, más ruidoso será el ventilador. Busca ventiladores con valores de dB más bajos. Los que tienen menos de 30 dBa son ideales, ya que son los más silenciosos y no generan un ruido desagradable.

El ruido puede medirse también de otra forma, por ejemplo la medida de sonido más común es el nivel de presión sonora en decibelios (SPL). Sin embargo, el SPL sólo mide la amplitud, o el volumen. De este modo también se puede determinar lo silencioso o ruidoso que es un ventilador, especialmente en los de gran caudal y ultra rápidos, que consiguen mejor refrigeración, pero también suelen ser más ruidosos.

Diámetro

Existen varios tamaños de ventilador dependiendo de dónde vaya colocado. Por ejemplo, podemos tener los de 2 mm, 120 mm (los más comunes), 140 mm, e incluso unidades más grandes de 200-220 mm. Esta envergadura afecta a la cantidad de aire empujado por el ventilador, que a su vez depende de dos factores: la superficie de las aspas y la velocidad a la que giran.

Los ventiladores más grandes deberían generar técnicamente más flujo de aire debido a la mayor superficie de las aspas, pero el peso adicional y la resistencia aerodinámica también aumentan el consumo de corriente y energía. Por este motivo, en los ventiladores de mayor diámetro se sacrifican algunas RPM para que giren más lentos y el consumo de energía se mantenga más bajo. Por tanto, no hay que usar el tamaño como sinónimo de cantidad de flujo de aire empujado.

Por otro lado, es importante destacar que los ventiladores más grandes tienden a ser más silenciosos que sus primos más pequeños, gracias a sus menores velocidades de rotación. Se pueden encontrar ventiladores especiales que funcionan a velocidades más altas, pero éstos consumen más energía y requieren controladores de ventilador dedicados con un suministro de energía más potente.

Grosor del ventilador

El grosor del ventilador también se expresa en milímetros, y pueden ir de 10-40 mm por lo general. Este grosor también afecta al flujo de aire, ya que los más gruesos proporcionan más flujo que los que son más delgados. Y esto se debe al diseño de las aspas, ya que en los más gruesos se pueden montar aspas con mayor ángulo de ataque. La mayor profundidad no sólo aumenta la superficie del aspa, sino que la estructura más gruesa también mejora el efecto de succión inherente al ventilador, que se manifiesta como una mayor presión estática.

Caudal de aire y presión estática

También es muy importante el caudal del aire y a la presión estática. El primero mide la cantidad de aire que se hace pasar por unidad de tiempo, y se mide en CFM o m3/h. Mientras mayor sea mejor será la refrigeración, pero como mínimo debería ser de 50 CFM para un PC. En cuanto al segundo término, representa la fuerza con la que el ventilador empuja el aire y se mide en mmH20. Será mejor mientras mayor sea, lo ideal es que supere los 2mmH20.

Case fan vs Radiator fan: diferencias

Un ventilador de caja de ordenador es diferente de un ventilador de radiador. Los ventiladores de caja mueven el aire dentro de la caja, mientras que los ventiladores de radiador eliminan el calor de un sistema de refrigeración por agua. Los ventiladores de radiador suelen ser más potentes que los de caja.

Los ventiladores de radiador giran a mayor velocidad, lo que significa que pueden mover el aire más rápidamente. Esto es importante porque el sistema de refrigeración por agua necesita una alta estática para enfriar el agua que se mueve rápidamente.

Un ventilador de caja, por otro lado, está diseñado para crear un flujo de aire entre el interior de la caja y el entorno. Esto es importante por dos razones: Ayuda a mantener los componentes frescos y evita que se acumule polvo en el interior de la caja.

Si piensas en una configuración híbrida, lo cierto es que puedes usar un ventilador de caja como ventilador de radiador, pero no es recomendable. Los ventiladores de radiador están diseñados para empujar el aire de manera eficiente a través del radiador, lo que ayuda a enfriar el agua que circula. Aunque los ventiladores de la caja también empujan el aire, no lo hacen tan rápido como los del radiador. Si quieres utilizar un ventilador de caja como radiador, busca uno que tenga una presión estática y un caudal de aire relativamente altos.

DC vs. PWM

DC	PWM
Conector 3-pin FAN_chasis o FAN_case	Conector 4-pin FAN_chasis o FAN_case
Control por voltaje	Control PWM (modulación por ancho de pulsos)
El voltaje varía la velocidad de giro	El voltaje es constante, pero la señal PWM controla la velocidad.
Precisión de velocidad más difícil	Control de velocidad sin pérdidas
Tiene un mínimo de voltaje para funcionar, lo que también topa las RPM mínimas	Puede conseguir una mayor variación de velocidades
La velocidad puede reducirse hasta el 40% de la velocidad nominal	La velocidad más baja puede ser inferior al 20% de la velocidad nominal
Posibilidad de que el motor se cale por debajo del umbral mínimo de tensión	No hay posibilidad de calado
Usados en carcasas de equipos de bajo consumo	Usado en CPUs y sistemas de mayor potencia

El calor generado por un ordenador puede cambiar. Si el ordenador genera poco calor, el ventilador puede permanecer a bajas velocidades. Debido a la inconsistencia de la disipación de calor, el control de la velocidad de los ventiladores de refrigeración es un tema muy debatido. Tanto si los ventiladores PWM como los de corriente continua son las soluciones más populares, el control de la velocidad de los ventiladores de refrigeración es un tema muy debatido. Si el ordenador se calienta demasiado, puede ser necesario un ventilador adicional.

Ventiladores DC o de 3 pines

Generalmente, los ventiladores DC se utilizan como ventiladores de chasis con bajo consumo de energía. Se alimentan con corriente continua. Estos ventiladores también se llaman ventiladores de 3 pines, ya que vienen con 3 pines. Los 3 pines son el pin de alimentación (normalmente 12 V DC), el pin de tierra y un pin de señal. En los ventiladores de CC, la alimentación puede provenir de una fuente de CC regulada o de los pines de la cabecera de la placa base. El pin de señal recoge la información sobre la velocidad de rotación del ventilador (salida del tacómetro) incluso cuando no hay un control de velocidad implementado. Algunos ordenadores monitorizan el pin de señal y señalan una alerta cuando el funcionamiento del ventilador falla.

Si deseas variar la velocidad de los ventiladores de CC, la única opción es variar la alimentación de CC de entrada. La alimentación de CC puede reducirse por debajo de 12 V para obtener velocidades más bajas. Todavía hay limitaciones en el porcentaje de disminución de la velocidad de los ventiladores de CC. Todos los ventiladores de CC están especificados con un umbral mínimo de tensión; si la tensión cae por debajo del umbral, el ventilador empieza a calarse. Para un movimiento de giro continuo, es necesario suministrar esta tensión mínima.

El control de la tensión de CC es el método para variar la velocidad del ventilador de CC y esto puede implementarse incorporando resistencias en el cable de alimentación. La caída de tensión a través de la resistencia en serie reduce la tensión que llega a la clavija de alimentación del ventilador, reduciendo automáticamente la velocidad del ventilador. Si la resistencia conectada es variable, la velocidad del ventilador puede variar hasta que se detenga en un umbral mínimo de tensión. Hoy en día, existen controladores de ventilador independientes con mandos para este tipo de control de velocidad del ventilador de CC.

Ventiladores PWM o de 4 pines

Los ventiladores con modulación de ancho de pulso (PWM) son ventiladores de CC con un cable adicional para PWM. Los ventiladores PWM son ventiladores de 4 pines en los que el cuarto cable envía una señal PWM al motor del ventilador. La señal PWM es la entrada de control del ventilador PWM. La entrada de control suele ser una salida de drenaje abierto o de colector abierto con un pull-up de 5 V o 3,3 V. Las señales de control PWM son ondas cuadradas de alta frecuencia, normalmente 25kHz o más, para que el ruido del ventilador esté por encima del rango humano audible. La señal PWM puede arrancar o parar el motor, dependiendo del estado alto y bajo de la misma. Cuando la señal PWM es alta, el motor funciona, de lo contrario, el motor está parado.

El ciclo de trabajo de la señal PWM controla la velocidad del motor del ventilador. El motor será alimentado con 12 V durante todo el tiempo, sin embargo, el ciclo de trabajo de la señal PWM decide cuánto tiempo debe estar funcionando el ventilador o no. Un ciclo de trabajo del 40% mantiene el ventilador encendido durante el 40% del periodo total de la señal PWM, y el otro 60% del tiempo permanecerá apagado. La variación de la velocidad de los ventiladores de refrigeración está dentro del 30-100% de la velocidad nominal, con la técnica PWM y la velocidad mínima que alcanzan los ventiladores PWM es mucho menor que la de los ventiladores DC. La temperatura del chasis y de la CPU son los dos factores que influyen en la velocidad de los ventiladores de refrigeración. Los nuevos avances tecnológicos han traído ventiladores PWM controlados por firmware y software, en los que la velocidad se controla en función de la temperatura de la CPU o de la carcasa. Los ventiladores PWM se ven comúnmente como refrigeradores de la CPU con mayor consumo de energía.

Presiones

Al equilibrar la velocidad del flujo de aire que entra y sale de un área, se pueden producir diferentes presiones. No es tan importante el número de ventiladores que se utilicen para refrigerar una zona; lo que importa es la cantidad de aire que mueven en proporción a su tamaño y velocidad. Por ejemplo, un ventilador de 140 mm puede mover tanto aire como dos ventiladores frontales de 120 mm funcionando a velocidades reducidas, siempre que extraiga la mayor cantidad de aire posible. Una caída de presión en el interior de la caja hará que entre más aire del exterior.

Los tipos de configuración son:

• Presión positiva: la cantidad de aire fresco que ingresa es mayor a la de aire caliente expulsado. Es decir, la presión en el interior de la carcasa es superior a la del exterior de la sala.
• Presión negativa: la cantidad de aire fresco que ingresa es menor a la de aire caliente expulsado. Por lo que la presión interna es inferior a la del exterior.
• Presión neutra: la cantidad de aire fresco que ingresa es la misma a la de aire caliente expulsado. Misma presión dentro y fuera.

Es fundamental recordar que este principio sólo se aplica al aire movido por los ventiladores. Pueden existir otras aberturas y rejillas por las que pueda entrar o salir el aire, y su función vendrá determinada por la presión generada por nuestra configuración:

• En caso de presión positiva: cualquier otra abertura servirá como vía de escape para el aire caliente.
• En caso de presión negativa: cualquier abertura o rejilla de la caja se convertirá en una nueva entrada de aire dentro de la misma.
• Presión neutra: en realidad es difícil de conseguir debido al diseño de los aparatos actuales, que suelen tener muchas aberturas y obstrucciones en su interior para controlar la cantidad de aire que mueven todos los ventiladores. Como la cantidad de aire que entra y sale es exactamente igual, no se genera ninguna presión que pueda afectar al aire que se mueve por el resto de nuestras aberturas o respiraderos.

Circulación del aire

El volumen de flujo de aire y el movimiento de aire dentro de un ordenador está determinado por la posición y la orientación de los ventiladores. El aire caliente se recicla dentro del ordenador y hace que la temperatura aumente si hay un flujo de aire adecuado, se evitan las zonas en las que el aire se estanca y no se enfría correctamente, se reducen o controlan los niveles de polvo, etc. Como el aire caliente es menos denso que el aire frío, tiende a subir cuando el aire frío lo empuja hacia abajo, creando naturalmente un flujo de aire en la caja. Si la caja tiene aberturas en la parte superior o en la parte trasera, el aire caliente saldrá o escapará por la ventana trasera de arriba. Lo mejor es que el ventilador trasero saque el aire, ya que está ahí. La función de los ventiladores delanteros es atraer el aire frío al sistema. Lo mejor es que los ventiladores delanteros arrastren aire frío al sistema.

La mejor configuración de ventiladores si vas a instalar ventiladores en tu caja es que uses:

• Zona superior de la torre: para evacuar la mayor parte de calor con ventiladores de 280 mm o ventiladores de 360 mm.
• Zona trasera alta: para evacuar calor con un ventilador de 120 mm.
• Zona baja de la torre: para introducir aire frío usando ventiladores de 280 mm o ventiladores de 360 mm.
• Zona frontal de la torre: para introducir aire frío utilizando ventiladores de 360 mm.

¿Cuántos ventiladores necesito?

La configuración del equipo determinará la cantidad de refrigeración necesaria. Una configuración de oficina de bajo rendimiento es diferente a una configuración de juego de alto rendimiento, en la que se requiere una mejor refrigeración. Sabrás cuántos ventiladores necesitas en función del tipo de disipador que tengas. Dado que el disipador de torre de la imagen anterior envía el aire caliente a la rejilla trasera, aunque el ventilador trasero evacua el calor tanto del disipador como de la tarjeta gráfica, deberías utilizar al menos dos ventiladores para crear un flujo de aire adecuado. Un ventilador frontal debe aspirar el aire frío, y un ventilador trasero debe evacuar el exceso de calor.

Es posible mejorar la refrigeración aumentando la cantidad de ventiladores que aspiran aire frío y aumentando la cantidad de ventiladores que expulsan el aire caliente del techo de la torre. Anteriormente se creía que este impulsor mejoraría la refrigeración, pero las pruebas han revelado que interrumpe el flujo del impulsor de delante, por lo que no debería utilizarse nunca. Como se ha mencionado anteriormente, el aire caliente sube, por lo que nunca hay que soplar aire desde la parte superior, sino que en la parte superior se extrae el aire caliente. También es aconsejable mantener el flujo de aire de adelante hacia atrás y de abajo hacia arriba.