1. Objeto

Las explicaciones que se van a dar en el presente “artículo” están dirigidas a un público muy general y heterogéneo, con la intención de abordar la “problemática” de la refrigeración de componentes para ordenadores desde su base teórica pero desde un punto de vista puramente práctico, y didáctico.

Para aquellos entendidos en la materia, les puede parecer poco e incompleto, y para puristas, incluso aberrante. Y para aquellos en los que despierte una curiosidad más allá de lo aquí contado, se les quedará corto. Existe documentación más que sobrada tanto en libros como en Internet; para ello, cualquier consulta o petición de información será sobradamente atendida en los foros de esta web.
2. Breve introducción teórica
Por orden, y, como ya hemos dicho, sin meternos mucho en grandes explicaciones teóricas ni en expresiones matemáticas de esas que no caben ni en un triple A0 a tamaño de letra 8, repasemos algunos conceptos básicos de termodinámica y transferencia de calor a recordar durante esta parte del artículo:

- La energía se conserva. Puede cambiar de “forma”, pero en un sistema cerrado se conserva.

- No existe sistema de rendimiento mayor o igual a uno; o lo que es lo mismo, siempre hay pérdidas.

- Siempre que hay una diferencia de temperatura, hay un flujo de calor asociado, es decir, se está “moviendo” energía ahí en medio, y además, proporcionalmente a la diferencia de temperatura.

- Esa energía se puede “mover” de tres formas: por conducción (dentro de un mismo cuerpo o entre dos en contacto), convección (si hay un movimiento de partículas) o radiación (no necesita de un medio; todo cuerpo emite radiación hacia su entorno y absorbe radiación de éste). Ejemplos: pues una manta eléctrica, un ventilador y una lámpara, respectivamente.

En cuanto a las propiedades de las sustancias, que principalmente intervienen en los intercambios energéticos anteriores y que más atañen a este artículo están:

- La cantidad de energía que hay que aplicar a 1 kg de una sustancia para que su temperatura aumente en 1ºC (o la cantidad de energía que absorbe 1kg de sustancia al incrementar en 1ºC su temperatura) es una propiedad propia de cada sustancia y se llama calor específico. En esto, además de por su elevado punto de ebullición y por no ser tóxica, el agua es prácticamente única. Sus unidades (SI), sólo que nos suene, son de j/kg.K.

- Asociado al intercambio de calor por conducción existe una afinidad del material o materiales en contacto al paso de energía; ésta es la conductividad térmica. Cuanto mayor sea, más energía podrá transportarse a lo largo del material, o materiales en contacto. Unidades de W/m.K.

- Análoga a la conductividad térmica, pero asociada a procesos convectivos, está el llamado coeficiente de convección. ¡Ojo! Porque este depende de más cosas que de las propiedades puras de las sustancias asociadas al procesa, como por ejemplo de la geometría y de la velocidad del moviendo de las partículas. Unidades de W/m2.K.

- Y, cómo no, al igual que para los dos anteriores está la emisividad para la radiación, es decir, una medida de lo bien o lo mal que se le da a un cuerpo intercambiar calor con su entorno por radiación.

Conducción:

Convección:

Radiación:



De forma general, la cantidad de calor/energía que se podrá transportar de cualquiera de las tres formas anteriores se puede expresar como Q=G·HTC·ΔT, siendo:

- Q : Cantidad de calor que se intercambia.

- G : Un parámetro geométrico, como el inverso de la longitud (conducción) o la superficie (convección y radiación).

- HTC: Un coeficiente de transferencia de calor, o el inverso de la resistencia térmica (a menor resistencia más calor transferible), bien sea la conductividad, el coeficiente de convección o la emisividad.

- ΔT : El salto térmico o diferencia de temperatura entre las superficies o puntos que intercambian calor.



3. Y todo esto… ¿Por qué?

Para nosotros, la aplicación más conocida pueden ser los disipadores de nuestros PCs, pero la transferencia de calor juega un papel importantísimo en cualquier sistema y/o aparato que transforme energía. Así que, como ya os podéis imaginar, la importancia que tiene trasciende los ámbitos de lo puramente técnico. Por citar algunos aspectos de importancia:

- Temperaturas límite de trabajo de los materiales que componen el sistema. Veáse, los núcleos de los micros.

- Temperaturas óptimas de funcionamiento de los sistemas; desde un motor de combustión, ¡hasta los procesos digestivos!

- Dilataciones excesivas en estructuras. Por eso las juntas de dilatación en edificios, en las vías de tren,…


4. Ejemplo de aplicación: RL

Bueno, y con todo esto que ya sabemos, ¿qué tiene una RL que nos gusta tanto? Pues bien, el componente más importante, y gran “secreto” de este sistema es el agua, por su elevado calor específico de 4186 j/kg.K. Que así contado no dice gran cosa, pero si decimos que junto con una bomba convencional de unos 1000l/h, y con un bloque suficientemente bueno de cobre, si su temperatura a la salida del bloque sólo aumenta en 0’5ºC, es capaz de disipar la friolera de 586W… No está mal, ¿eh? Todo esto teniendo en cuenta que un procesador actual puede disipar alrededor de los 150W, ¡fijaros si queda margen para overclockearlo! Eso sí, todo esto tiene que ir acompañado de dos componentes más vi-ta-les para que el sistema funcione:

- Un radiador capaz de evacuar ese calor que absorbe el agua al aire. En este sentido hay que estar atento a las especificaciones del fabricante de capacidad de refrigeración de los mismos. Como ejemplos decir que un Black Ice Pro tiene una capacidad de unos 440W, y un Black Ice Xtreme II del orden de los 1800W. Así que con lo ya contado, ya sabríamos elegir el que mejor se ajuste a nuestras necesidades, bien sea simplemente para mantener fresquito nuestro micro, o para subirlo de vueltas.

- Un bloque; principal responsable de mantener la temperatura del micro a ralla. Para ello, como explicamos en el punto 1, juega con dos parámetros, la geometría y el coeficiente de transferencia de calor, de tal forma que, aumentando estos, y para un calor a disipar constante, el salto térmico entre el micro y el agua se reduce, reduciéndose así la temperatura del micro, acercándose más a la del agua. ¿Que cómo se consigue esto en un bloque? Pues usando materiales de alta conductividad térmica (cobre), reduciendo la distancia entre agua y micro (reduciendo en lo posible el espesor del bloque), aumentando la superficie de contacto entre agua y bloque (bien con esa especie de aletas que llevan algunos bloques, o alargando mucho el camino del agua), aumentando la turbulencia del agua (que también se puede conseguir con esas aletas que a veces llevan los bloques justo en la zona que va sobre el micro, o con una especie de “rociadores”). De sabida influencia es también la pasta térmica que se use, ya que su contribución será la de reducir la resistencia térmica de las zonas en contacto entre bloque y micro, así que la importancia del pulido de las superficies en contacto. En las siguientes fotos se ven claros ejemplos de lo que hemos contado.


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[Sólo los usuarios registrados y activos pueden ver los links. ] 5. Conclusiones

En primer lugar, recalcar que todas estas bases teóricas son aplicables, no sólo a las refrigeraciones de nuestros PCs, sino a cualquier proceso en el que haya un intercambio y/o conversión de energía… Que no es poco, ¿eh? Luego también serán de aplicación en sistemas tipo Peltier, o de refrigeración con ciclos de frío.
En segundo lugar, y hablando de RLs aplicadas la refrigeración de componentes electrónicos, decir que estamos ante un sistema de muy elevado rendimiento térmico global, con gran facilidad y capacidad para transportar el calor del micro al radiador (que podemos situarlo bastante alejado de la torre si queremos), y es un sistema asequible, habida cuenta los kits que actualmente se pueden encontrar en el mercado (que desde los primeros han mejorado tanto en rendimiento como en calidad e los componentes). Por supuesto, no todo son virtudes… Hablamos de meter agua dentro de aparatos electrónicos con consumos ya cercanos a los 800W de electricidad,… ¡y caros! Y, por supuesto, requiere sus cuidados para que el rendimiento del sistema no caiga en picado: como la limpieza del circuito de depósitos, la del radiador y los ventiladores,… ¿Compensa el “riesgo”? Mi opinión: sí, siempre y cuando seamos conscientes de lo que tenemos entre manos y seamos convenientemente cuidadosos con ello.

Sin más; estáis más que invitados a visitar los foros de MasHardware.com para cualquier duda que tengáis, sea al hilo de este mismo tema, ¡o de cualquier otro!