Generación de calor y situación de componentes

Cuando en 1981 IBM diseñó el primer PC, el calor no era un problema crítico, pero con la aparición de los XT, y la integración de los primeros discos duros comenzó a ser necesario un sistema de refrigeración . Por una parte, el mayor consumo de potencia hacía necesario refrigerar la fuente de alimentación y, por otra, aquellos discos MFM generaban una elevada temperatura durante su funcionamiento . Sin embargo, un simple ventilador en la fuente de alimentación fue suficiente para resolverlo .

En la actualidad son varios los componentes que generan elevadas cantidades de calor que hay que evacuar adecuadamente, en ocasiones, con métodos específicos .

Generación del calor

Los fenómenos que pueden generar calor son de muy diversos tipos, pero en un ordenador se reducen básicamente a dos: calor por rozamiento y calor en los semiconductores . También hay una pequeña parte de calor que se produce en los cables y componentes pasivos, pero es despreciable frente a las anteriores .

El calor por rozamiento se produce únicamente en los componentes con partes móviles, es decir, en los medios de almacenamiento masivo . De ellos, los discos duros son los que más calor generan . Desde aquellos discos MFM que comentábamos al principio, apenas había vuelto a ser problemático el calor por rozamiento; sin embargo, la aparición de discos de alta velocidad de giro ( 7 . 000 a 10 . 000 rpm . ) ha puesto de manifiesto la necesidad de una atención especial .

También los CD ( reproductores y grabadores ) generan una buena cantidad de calor, pero éste es debido más al rayo láser que al rozamiento de las partes móviles . En cualquier caso, la temperatura que alcanzan es muy inferior a la de los discos duros más problemáticos y, cuando es necesario, suelen llevar un pequeño ventilador integrado .

Por otra parte, el calor producido en los semiconductores comenzó a hacerse patente con los 486 . Estos fueron los primeros microprocesadores en los que se aconsejaba el uso de un radiador y un ventilador que mantuviesen una temperatura adecuada . En los actuales Pentium II estos medios se han vuelto absolutamente imprescindibles, además de haber incrementado notablemente su potencia refrigeradora . Pero no son los microprocesadores los únicos semiconductores que generan calor . Ya en los XT los transistores de la fuente de alimentación se calentaban notablemente, y de ahí que las fuentes utilicen un ventilador . También algunas placas como tarjetas de sonido, de vídeo o controladoras SCSI alcanzan elevadas temperaturas, debido a la creciente potencia de sus componentes .

Problemas de un calentamiento excesivo

Todos estos productores de calor no serían ningún problema de no ser porque el funcionamiento de los semiconductores está íntimamente ligado con la temperatura . Cuando ésta se eleva por encima de determinados límites, su comportamiento deja de seguir el patrón para el que fueron diseñados y los fallos comienzan a sucederse . Si la elevación de temperatura es pequeña, cuando ésta vuelva a sus niveles normales, el semiconductor volverá a funcionar correctamente . Si la elevación es demasiada, el daño será irreversible y el componente se habrá quemado .

Transmisión del calor

Pero el calor no sólo afecta al componente que lo genera, sino a todos los circundantes . Por lo tanto, se hace imprescindible evacuarlo correctamente y, para ello, nada mejor que conocer los mecanismos de transmisión del calor . Evidentemente, no se trata de dar aquí un curso de termodinámica, sino de indicar, de forma práctica, unas nociones que permitan construir ordenadores en los que el calor no sea un problema .

El calor se transmite por tres mecanismos que siempre aparecen combinados: conducción, convección y radiación . Sin embargo, uno de ellos será dominante sobre los demás, debiéndole prestar por tanto mayor atención, pues será el que nos permita evacuar la mayor cantidad de calor . Cual será el dominante en cada caso depende de las condiciones de la fuente de calor y de su entorno .

Conducción

La conducción es el método más directo de transmisión del calor . Se produce cuando dos partes de un cuerpo, o dos cuerpos en contacto directo, se encuentran a distinta temperatura . Entonces el calor pasa de la parte más caliente a la más fría, hasta que la temperatura se hace homogénea .

Para aumentar la transmisión de calor por conducción se puede aumentar la superficie de contacto entre la parte fría y la caliente, o elevar la diferencia de temperaturas entre estas .

Convección

La transmisión por convección se da en líquidos y gases . Para el caso que nos interesa, en el aire . Se produce por ser menos denso el aire caliente que el frío y, por lo tanto, más ligero . Por ello, el aire caliente tiende a subir, siendo reemplazado por aire frío en las zonas inferiores .

El mecanismo anterior se denomina convección natural, y es valido para evacuar pequeñas cantidades de calor . Para mejorar el rendimiento se suele utilizar la convección forzada, que consiste en acelerar el movimiento natural del aire por medio de un ventilador . Para que el ventilador no se oponga al mecanismo natural de convección, es importante que impulse el aire caliente de abajo hacia arriba, o el aire frío desde arriba hacia abajo .

Radiación

En este mecanismo, el calor se transmite en forma de radiación electromagnética y, por tanto, a la velocidad de la luz . Cuanto mayor sea la superficie y la temperatura de un objeto, mayor será el calor que desprenda por radiación . Además, también está influido por el color del objeto, siendo los colores oscuros y mates los más propicios para la evacuación del calor por radiación .

Como refrigerar un ordenador

Ahora que ya sabemos donde se produce el calor y cómo se transmite, veamos cómo podemos eliminar el que se produce en los componentes de un ordenador .

En primer lugar se debe tener en cuenta el fenómeno de la convección natural . Como hemos dicho, el aire caliente tiende a subir, por lo que los elementos generadores de calor se deben colocar lo más alto posible dentro del interior de la caja . De este modo se evitará el calentamiento innecesario de todos los demás componentes . Los elementos a los que hay que prestar más atención son la fuente de alimentación y el disco duro . El procesador genera mucho calor, pero está sometido al diseño de la placa base, por lo que no se dispone de ninguna libertad a la hora de situarlo . También hay que cuidar la posición de las tarjetas que sean especialmente cálidas, reservando para ellas las ranuras superiores de la caja .

Pero la convección que se da en un ordenador es forzada, pues todas las fuentes de alimentación disponen de un ventilador que mueve el aire de toda la caja . Si el ventilador extrae el aire debe estar situado arriba, de modo que saque aire caliente . En el caso de algunas fuentes, el ventilador introduce aire frío del exterior, por lo que, idealmente, debería colocarse en la parte inferior . Esto contradice las indicaciones anteriores, pues la propia fuente de alimentación ya estaría calentando el aire de toda la caja . Por este motivo es más aconsejable una fuente colocada arriba, cuyo ventilador saque aire caliente . Esto implica una condición que se debe imponer al elegir la caja, a la que se le deben exigir unas condiciones de eficiencia, además de las habituales de robustez y estética .

Para que el mecanismo de convección forzada funcione a la perfección, deben existir ranuras de entrada de aire en el extremo opuesto a la salida, de modo que la corriente pueda recorrer todo el interior de la caja . Además, debe mantenerse la caja cerrada con sus tapas