lunes, 12 de marzo de 2012

REFRIGERACIÓN DE MICROPROCESADORES


Disipador con ventilador para microprocesador

Disipador con ventilador para microprocesador

En este sistema, que es el más sencillo y menos peligroso para la integridad del ordenador y del usuario, se utilizan disipadores de calor que pueden ser pasivos, compuestos por un bloque de cobre o aluminio que debe estar en contacto con la superficie de la cápsula del microprocesador para recibir el calor que éste produce y por unas aletas que aumentan la superficie de contacto del disipador con el aire y por lo tanto facilitan la transferencia del calor absorbido por el disipador hacia el aire circundante. Actualmente suelen colocarse en contacto con el bloque macizo del disipador e incluso con la cápsula del chip unos tubos (heat pipes) que contienen un líquido que se evapora a una temperatura poco superior a la del ambiente y que al condensarse en la proximidad de las aletas les transfiere rápidamente el calor que absorbió al evaporarse cerca del chip.
Este tipo de radiador sin ventilador es evidentemente totalmente silencioso, pero en ciertas ocasiones, sobre todo en caso de overclocking, resulta inutilizable porque se requerirían unas dimensiones excesivas de las aletas para conseguir disipar la gran cantidad de calor producido en estos casos.
Cuando se necesita aumentar la capacidad de evacuación de calor de un disipador de tamaño relativamente pequeño, la solución más utilizada es el acoplamiento de un ventilador que produzca una circulación de aire por los espacios entre las aletas lo suficientemente rápida para aumentar la transmisión de calor al aire del interior de la caja. A mayor caudal de aire producido por el ventilador, mayor enfriamiento y menor temperatura del microprocesador pero también mayor nivel de ruido producido, por lo que en la práctica hay que buscar una solución de compromiso entre tamaño del disipador y ruido producido por el ventilador.

Control de la velocidad del ventilador


Reostato para control de velocidad

Como la potencia disipada por el microprocesador varía según las tareas que realice en cada momento, una solución para disminuir el ruido que produce el ventilador cuando el ordenador no realiza cálculos intensivos es el control de la velocidad de giro del ventilador, que puede realizarse bien variando la tensión de alimentación del mismo o bien mediante el controlPWM, que consiste en enviarle una señal de control capaz de hacer variar su velocidad a través de un cable colocado al efecto, con lo cual, los ventiladores que aceptan control PWM disponen de cuatro cables: dos para su alimentación con corriente continua, un tercero por el que emiten una señal tacométrica cuya frecuencia depende de la velocidad de giro y el cuarto cable por el que reciben la señal PWM de control de la velocidad de rotación.
La velocidad de giro de los ventiladores que disponen de dos o tres cables sólo puede reducirse intercalando entre el motor y la fuente de alimentación un reostato o disminuyendo la tensión de alimentación mediante un reductor de tensión electrónico. Algunas placas base disponen de la circuitería apropiada para poder controlar la velocidad de estos ventiladores mediante software.

 La pasta termoconductora


Jeringa de pasta termoconductora

En todos los sistemas de refrigeración de microprocesadores la transmisión del calor desde la cápsula del chip a la base plana del disipador se realiza por contacto directo, por lo que cuanto más perfecto sea dicho contacto, mayor será la transmisión de calor. Si las superficies de la cápsula y la base del disipador estuvieran acabadas con un verdadero lapeado de alta precisión, la transmisión de calor sería casi perfecta, pero como en la práctica el acabado de esas superficies dista mucho de ser perfecto, se utilizan pastas termoconductoras para rellenar los posibles huecos que separan dichas superficies y mejorar de esta forma la transmisión del calor. 
Si ambas superficies están suficientemente planas, aunque su pulido no les dé brillo de espejo, cualquier pasta térmica conseguirá una transmisión de calor suficientemente eficaz. Un procedimiento fiable para comprobar la planitud de la cápsula y el disipador realizable en cualquier casa puede efectuarse untando un cristal plano con una finísima capa de pintura al óleo de color oscuro y frotando las dos superficies sucesivamente sobre el cristal para que la pintura señale los puntos de contacto entre cada superficie y el cristal. Si aparecen puntos de contacto repartidos por toda la superficie, ésta podría considerarse lo suficientemente plana. Si los puntos de contacto señalados por la pintura ocupan sólo parte de alguna de las dos superficies, habría que utilizar una pasta térmica de alta conductividad térmica, tal como las que incluyen polvo de plata en su composición. Si no se consiguiera suficiente disipación de calor, el último recurso consistiría en pulir la o las superficies que hubieran resultado ser irregulares frotando las superficies sobre una lija de agua del grano más fino mojada y apoyada sobre un cristal. 

Refrigeración líquida

File:Interiorofawatercooledcomputer.png

Elementos Refrigeración Líquida

Se puede montar una refrigeración líquida por piezas o por kits; La mayoría suele optar por montarla pieza a pieza, ya que los kits no suelen satisfacer a los overclockers y modders (que suelen ser los que compran, usan y montan en sus equipos estos sistemas), y la marca de los componentes suele influir mucho (especialmente por cuestiones relacionadas con el diseño de los componentes y los materiales utilizados).

* Bloques para Chipset: estos bloques están destinados a intercambiar el calor con los microchips que entrelazan entre sí los elementos de la placa base.

* Bloques para Microprocesador: estos bloques están destinados a intercambiar el calor con el microprocesador, o CPU (del inglés Central Process Unit), lo que facilita subir su reloj y voltaje para, de esa manera, aumentar su rendimiento. Actualmente existen bloques para casi cualquier microprocesador de AMD y de Intel. A la derecha se puede ver una fotografía de un bloque de este tipo.

* Bloques para Disco Duro: estos bloques están destinados a intercambiar el calor con los discos duros, o HDDs (del inglés Hard Disk Device) componentes que suelen producir bastante calor conforme van envejeciedo, lo que puede causar fallos de lectura y/o escritura y, por tanto, perdida de datos.

* Bloques para Tarjeta Gráfica: estos bloques están destinados a intercambiar el calor con el chip de la tarjeta gráfica y, con ello, facilitar la subida de su reloj y voltaje para aumentar su rendimiento, y poder usarla como si fuera un modelo superior y más caro. Aunque suelen ser los más usados, después de los de microprocesador, no están disponibles para todos los modelos de chips ni de tarjetas del mercado más habituales.

* Bombas: esta se podría considerar el corazón del sistema; su principal función es mover el agua del circuito para que el calor no se quede estancado dentro del ordenador. Aunque existen muchos modelos y fabricantes (incluso se puede utilizar la bomba de un acuario) hoy en día suelen usarse los modelos de unas pocas marcas.

* Depósitos: este elemento contiene las reservas de fluido para sufragar las pérdidas; además puede cumplir funciones refirgerantes. Existen los depósitos comerciales, pero también existe la posibilidad de fabricar un depósito casero.

* Radiadores: este elemento refrigera el fluido y disipa el calor que lleva para que al volver a circuito pueda refrigerar de nuevo los componentes.

Kits: contienen los elementos básicos de una refrigeración líquida, una bomba, un radiador, los tubos conductores y un bloque para la CPU, en ocasiones también incluyen otros bloques adicionales.

Funcionamiento de la Refrigeración Líquida

El fluido que está almacenada en el depósito va hacia la bomba que es la encargada de mover y dar presión al agua para que pueda pasar por todos los bloques, el del procesador, el del chipset, el de la tarjeta gráfica, el del disco duro, etc... Cuando el agua ya ha pasado por todos los bloques, se dirije al radiador que puede tener unos ventiladores que hacen fluir el aire y enfrían el agua que pasa a través del radiador. Una vez el agua ha pasado por el radiador y ya ha sido enfriada, se dirige depósito para volver a hacer el recorrido anterior, formando así un ciclo.
Si tenemos un circuito de agua pequeño, de un solo bloque o dos, podemos poner el radiador delante de los bloques para que así el agua le llegue más fría a los componentes. Pero si tenemos varios bloques, no conviene que pongamos el radiador primero, porque sino el agua pierde presión y al llegar a los últimos bloques estos ya no se enfrían tan efectivamente.
No todo el mundo tiene bloques para todos los componentes, a veces solo se tiene un solo bloque (para el procesador) o dos (uno para el procesador y otro para la tarjeta gráfica). Todo depende de las necesidades del usuario.


Futuro de la refrigeración de los microprocesadores
dell_explotando.jpg

Ni ventiladores, ni refrigeración líquida. El futuro de la disipación de calor para todo tipo de componentes electrónicos son la descarga de corona, viento iónico o aceleración de fluidos electrostáticos, así lo llama él
Consiste en aplicar una corriente de aire que empuje iones cercanos al microchip (o a aquello que queramos enfriar). Los iones empujan el calor hacia fuera haciendo que el componente reduzca su calor, y consecuentemente baje de temperatura. Yendo un poquito más allá, se podría llegar a construir un chip de refrigeración que constase de dos partes, un emisor que crea los iones y un colector que los aleja de las cercanías del componente, refrigerándolo.
Esta técnica ha sido probada por Alexander Mamishev, físico de la Universidad de Washington. Quizá este sea el único modo de combatir las explosiones de Dell (y de los demás).



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