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 r.p.m.) ha puesto de manifiesto la necesidad de una atención especial.

También los CD´S (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 2 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, pues en otro caso la corriente se dispersaría, perdiendo su eficacia.

Para garantizar que la caja permanece cerrada mientras el ordenador esté encendido se pueden implementar sistemas de control por interruptores o células fotoeléctricas. Algunas placas base integran estos sistemas de serie, permitiendo su gestión desde la BIOS o por software. Otra opción es incluir canalizaciones interiores de aire para conducir la corriente por las zonas más calientes.

Además del ventilador de la fuente de alimentación, puede ser conveniente añadir algún otro ventilador que refuerce la refrigeración, especialmente si se prevé el uso de componentes que generen mucho calor. Dichos ventiladores pueden colocarse directamente en la carcasa, de modo que refrigeren todos los componentes, o en el interior, dedicados a uno en exclusiva. Es el caso de los ventiladores de las CPU, que se encargan de separar el calor rápidamente del microprocesador para que, luego, sea evacuado al exterior.

También es conveniente este sistema con los discos duros de alta velocidad. Los actuales modelos de placas base disponen de conectores específicos para conectar, al menos, el ventilador microprocesador. En algunos casos encontramos hasta tres conectores para ventiladores, cuya velocidad puede estar controlada por sensores de temperatura presentes en la propia placa base, de modo que cada ventilador funcione al ritmo mínimo imprescindible para mantener una temperatura adecuada. De este modo se consigue reducir el consumo, pero sobre todo, el ruido que producirían varios ventiladores funcionando a plena potencia de forma permanente.

Para los componentes que más se calientan es insuficiente la evacuación de calor por convección, por lo que hay que recurrir a la conducción. Para ello se instalan disipadores de aluminio (excelente conductor del calor) en contacto directo con el elemento caliente.

Estos disipadores deben mantener el contacto en la mayor superficie posible, de modo que se aumente la transferencia de calor. Es por ello que hay que huir de pegatinas sobre las CPU, así como de disipadores arañados o curvados en su cara de contacto. Cuando sobre el procesador se coloca la típica etiqueta de garantía, por fina que sea ésta, se está limitando el contacto a la zona donde se encuentra adherida y, además, hay que tener en cuenta que el papel y el adhesivo de la pegatina son aislantes del calor, por lo que la función del disipador se ve drásticamente reducida o incluso anulada.

Para mejorar el contacto se puede utilizar grasa de silicona. Esta grasa es una pasta altamente conductora del calor que, aplicada entre el disipador y el elemento a refrigerar, rellena cualquier irregularidad de las superficies, e incrementa el rendimiento al aumentar la superficie útil de contacto.

El calor se transfiere al disipador por conducción, pero éste debe evacuarse al aire del entorno por otros mecanismos, principalmente por convección. Para ello, los disipadores se diseñan con numerosas aletas y estrías que incrementan la superficie de contacto con el aire. A mayor superficie, mayor eficacia. Además, corno todos los cuerpos calientes, se emite energía por radiación. Para optimizar este proceso, el disipador debe estar pintado de negro mate, resultando mucho menos eficaces los modelos dorados que proliferan últimamente. En cualquier caso, si hay que elegir entre un gran disipador dorado o uno negro de menor tamaño, nos decantaremos por el dorado, pues los efectos de la transmisión por radiación son mínimos si los comparamos con los obtenidos por una mayor superficie que mejore la convección. Para facilitar el proceso de convección se puede aumentar la diferencia de temperaturas entre la parte fría y la caliente. Así pues, si enfriamos el disipador con un ventilador colocado directamente sobre él, se habrá elevado mucho el rendimiento.

Aunque la disipación por conducción suele usarse sólo en los semiconductores, también puede ser conveniente usarla en otros componentes. En concreto, algunos fabricantes de discos duros recomiendan su empleo en los modelos más rápidos, aunque suele ser posible reemplazarlo por una generosa corriente de aire.

Métodos especiales de refrigeración

Hasta aquí los métodos convencionales de evacuación del calor. Existen aún dos procedimientos que cabría denominar de refrigeración, pues su objetivo no es sacar el exceso de calor, sino producir temperaturas incluso inferiores a la ambiental. Hay que advertir que son métodos poco habituales, pues su coste es elevado y, generalmente, no es necesario producir temperaturas tan bajas. Se trata más bien de técnicas experimentales que, quizás en un futuro, sea necesario aplicar.

El primero de estos procedimientos son las células Peltier. Se trata de unas placas de dimensiones aproximadas a las de un procesador y un espesor similar, formadas por pequeños bloques de silicio entre dos frágiles láminas cerámicas. Cuando se aplica una tensión continua (12 v.), uno de los lados se calienta, mientras que el otro se enfría, pudiendo llegar fácilmente a temperaturas de 250C bajo cero. Estas células mantienen un salto térmico entre ambas caras de unos 70-C, por lo que enfriando el lado caliente se consigue menor temperatura en el lado frío. Aunque la temperatura que se puede conseguir es muy baja, se trata de un método muy poco eficaz para evacuar el calor. A pesar de poder conseguir -25'C en vacío, esta temperatura se elevará a varios grados sobre cero en el momento en que se ponga en contacto con la CPU, produciendo un elevado calor en la cara opuesta. Para mejorar el rendimiento se pueden colocar varias placas asociadas, pero esto dispara el coste y el consumo. Hay que tener en cuenta que cada una de estas placas consume en torno a 4 ó 5 amperios (50 a 60 W), y su precio ronda los 30 €.

El segundo método es el mismo en que se basa cualquier frigorífico o sistema de aire acondicionado. Se trata de instalar un compresor, un circuito de freón y un evaporador, de modo que se consiguen temperaturas de hasta -40'C y, en este caso, una buena eliminación del calor. Se trata de un método drástico e incómodo que, por el momento, no tiene ninguna aplicación realmente práctica. Precisa de un aporte de potencia extra de nada menos que 120 W, lo que puede ser más que la necesaria para el ordenador e incluso para una caja especial que pueda alojar los nuevos componentes, Sin embargo, este desarrollo de la empresa KryoTech (www.kryotech.com) permite elevar la velocidad de funcionamiento de los procesadores hasta límites insospechados. Concretamente se ha conseguido hacer funcionar un Pentium II de 266 MHz a 400 MHz o un Alpha de 600 MHz a 767 MHz. Esto hace pensar que pueda llegar a ser la solución que se adopte en el futuro para refrigerar los nuevos procesadores, cuya velocidad se está viendo limitada, en algunos casos, por los problemas de refrigeración que plantean.