La refrigeración de las computadoras / CoolingComputers

Autor: Isabel Cristina López Sardiñas / c_info@myb.jovenclub.cu

Resumen

El presente trabajo sobre los sistemas de refrigeración aborda las medidas a adoptar para garantizar que los equipos de cómputo trabajen a una temperatura adecuada. Se refleja lo que se puede hacer desde el hogar hasta las innovadoras ideas de grandes empresas. Todos los aspectos se presentan con el objetivo de demostrar la importancia de las buenas prácticas de refrigeración tanto para las computadoras como para el medio ambiente.

Palabras Claves: Enfriamiento para computadoras, Centros de Datos, Clúster

Summary:The present work on refrigeration systems will indicate what measures can be taken to ensure that Computer equipment works at a suitable temperature. From what you can do at home to the innovative ideas of big companies. All in order to demonstrate the importance of good refrigeration practices for both computers and the environment.

 Keywords: Computer Cooling, Data Sets, Cluster

Introducción

La computadora es un elemento indispensable hoy en día para el trabajo de millones de personas en el mundo, siendo la principal herramienta de trabajo. Por ello, es importante cuidarlo para sacarle el mayor beneficio posible.

¿Por qué se calienta el procesador de la computadora?

En primer lugar, hay que tener en cuenta que un procesador es un elemento que está compuesto por millones de transistores. Entre estos transistores se producen conexiones eléctricas y como bien sabes, la electricidad genera calor. Es algo así como una bombilla, por la que también circula corriente eléctrica y también transfiere calor.

Digamos que esta es la clave para entender por qué se calienta tanto el ordenador; se puede decir que se calienta debido a la resistividad de los conductores.

La velocidad del procesador también influye en el calentamiento: cuanto más rápido vaya el procesador, más temperatura tendrá y más calor desprenderá. Esto se debe al flujo de corriente que circula por el procesador. Además, hoy en día los ordenadores son mucho más rápidos que hace algunos años, por lo que también se calentarán con mayor rapidez. El objetivo de los ingenieros es disminuir la temperatura a la vez que se aumenta la velocidad del procesador.

Se puede decir de forma resumida que el calentamiento del procesador se debe a dos factores: las conexiones eléctricas entre los transistores y la velocidad de transmisión.

Por ello es necesario crear sistemas de enfriamiento que reduzcan a un nivel permisible la temperatura del ordenador.

Desarrollo

El sistema de enfriamiento de un equipo garantiza que los componentes del mismo no se recalienten por su funcionamiento, en el caso de los sistemas informáticos evita que los materiales de los cuales están confeccionadas las placas y las tarjetas pierdan propiedades producto de las altas temperaturas que pudieran alcanzar.

Los Límites de temperatura operativa de acuerdo con lo establecido por el comité de Instalaciones de Misión Crítica, Centros de Datos, Espacios de Tecnología y Equipos Electrónicos TC9.9 de ASHRAE son: recomendada 20 – 25°C (68-77°F) y permitida 15 – 32°C(59-90°F).

Refrigeración del ambiente externo

Para el cumplimiento de estos requerimientos técnicos de temperatura es necesario contar con determinadas condiciones del ambiente externo como son:

  • Climatización de las áreas.
  • Montaje en pared o cielorraso que hermeticen los locales.
  • Ventiladores redundantes que garanticen la mayor ventilación posible.
  • Correcto mantenimiento a la Computadora Persona (PC) que elimine la grasa y polvo que adiciona el aire.

Refrigeración interna

Específicamente en la PC se deben tener en cuenta las siguientes medidas:

  • Dentro de la PC debe quedar  espacio para que el aire fluya libremente. Esta es la causa por la que las Laptop se calientan más que las PC.
  • La caja de la computadora cerrada, eso de que sin Chasis es mejor no es verdad, debido a la suciedad y los posibles accidentes.
  • La limpieza del equipo, con un pincel o de preferencia con aspiradoras de polvo.
  • Los cables usados deben ser cortos y utilizar presillas o bridas para evitar que abulten excesivamente.
  • Cambia los ventiladores originales si fuese necesario. Usar ventiladores en las bases donde descansan las Laptop, los cuales se conectan mediante puerto USB y ayudan a disipar el calor interno.
  • Tener cuidado con las exposición al sol de los equipos, así como el contacto con telas que pueden aumentar el calor si están encendidas.
  • Configura correctamente las opciones de energía con las opciones de hibernado y apagado de discos duros. Por su puesto cuando termines apaga la PC.
  • Reduce la velocidad del procesador mediante un software.

Pero no es suficiente con estas medidas si se trata de supercomputadoras, Clúster o Centros de Datos y es entonces cuando se  utilizan las técnicas para refrigerar componentes electrónicos, dentro de las que se pueden encontrar las siguientes:

  • Refrigeración por Aire que es el método más antiguo y común para enfriar no sólo componentes electrónicos sino cualquier cosa. Puede ser de dos formas: Pasiva por Aire o disipación caracterizada por su simplicidad, su durabilidad, su bajo costo y la ausencia de ruido. No es recomendada para  grandes cantidades de calor. Y la otra forma  Activa por Aire cuando se adiciona un  elemento que acelere el flujo de aire a través de ventilador. La desventaja sería que al romperse este dispositivo no exista alerta y termine por averiar otro componente. También el ruido asociado siempre estará presente.
Refrigeración por aire.

Figura 1. Refrigeración por aire.

 

  • Refrigeración líquida (más conocida como Watercooling) método más complejo y menos común ya que la refrigeración es mediante agua que al poseer  un calor específico más alto y  mejor conductividad térmica que el aire se  puede transferir calor más eficientemente y a mayores distancias que el gas. Se realiza bombeando agua alrededor de un procesador, es posible remover grandes cantidades de calor de éste en poco tiempo, para luego ser disipado por un radiador ubicado en algún lugar dentro o fuera del computador. Con este método se puede enfriar  incluso los componentes más calientes de un computador, pero puede tener altos costos y es  peligrosa por la posibilidad de que el agua alcance  los componentes electrónicos.
  • La Refrigeración por Metal Líquido, invento  basado en un metal líquido con una  conductividad térmica mayor que la del agua, constituido principalmente por Galio e Indio.  A diferencia del agua, el  compuesto se bombea electromagnéticamente sin tener que usar bomba mecánica. Esta técnica nunca alcanzo a llegar a la etapa comercial.
  • La Refrigeración Líquida por Inmersión donde una computadora es totalmente sumergido en un líquido dieléctrico.
Refrigeración líquida

Figura 2. Refrigeración líquida.

 

  • La Refrigeración Termoeléctrica, es un bloque con las uniones semiconductoras, conectadas por pistas de cobre y dispuestas de tal manera que transportan el calor desde una de sus caras hacia la otra, funcionando como una  «bomba de calor» ya que es capaz de extraer el calor de una determinada superficie y llevarlo hacia su otra cara para disiparlo.
  • Refrigeración por Heatpipes o máquina térmica que funciona mediante un fenómeno llamado convección natural. Fenómeno derivado de la expansión volumétrica de los fluidos a causa del aumento del calentamiento y por tanto la disminución de su densidad.
  • El Enfriamiento por Cambio de Fase se basa en la misma máquina térmica que opera en todo refrigerador, utilizando la ley de los gases perfectos y las propiedades termodinámicas de un gas.
  • Refrigeración por Criogenia, muy rara, utiliza nitrógeno líquido o hielo seco,  materiales usados a temperaturas extremadamente bajas, pero pueden causar daño al procesador a lo largo del tiempo producto de los frecuentes cambios de temperatura.
  • Refrigeración por Bomba de viento iónico un acelerador de fluidos electrostáticos cuyo principio básico de operación se basa en el potencial de un conductor cargado que sobrepasa la rigidez dieléctrica del fluido que lo rodea el aire. Los intentos iniciales no funcionaron y tomó  tiempo entender  la causas. Existen varios prototipos que están siendo usados como prueba de que el concepto funciona.

Estos son los tipos de sistemas de refrigeración utilizados, pero en algo son coincidentes, utilizan distintos mecanismos y sustancias para enfriar los componentes de las computadoras, desde su PC hasta esos inmensos centros de datos que son actualmente necesarios para garantizar un poder computacional superior como el que necesita Internet.

Por otra parte IBM trata de simplificar estos gastos con un nuevo sistema de enfriado por agua donde  la energía térmica de un grupo de procesadores informáticos se recicla para suministrar agua caliente a una oficina.

Un esquema a prueba se espera que  ahorre 30 toneladas de emisiones de dióxido de carbono al año, equivalente a un 85 % de reducción en la huella de carbono. Cuestión importante para reducir las causas que ocasionan el Cambio Climático. 

Funciona mediante una  red de capilares  dentro de una placa de disipación térmica que se adhiere a la superficie de cada chip, sin riesgo de gotera puesto que los capilares están herméticamente sellados. Cuando el agua termina el recorrido por los capilares su temperatura es de  60°C y mezclándola  se puede utilizar para otros fines como calentamiento de invernaderos o piscinas.

En Londres se está construyendo un centro de datos de 9 pisos y 18.500 metros cuadrados de la compañía de alojamiento Telehouse. Este será capaz de proveer calefacción a las oficinas cercanas.

Google ha convertido a su centro de datos en Georgia (EE. UU.) en un lugar ecológico con la utilización de un sistema de refrigeración de agua reciclada.

Por otra parte, Microsoft experimenta con un centro de datos submarino. Servidores con potencia de 300 computadoras personales fueron colocados dentro de un cilindro hermético de acero y sumergido frente a la costa del centro de California.  Las corrientes oceánicas producen energía y las bajas temperaturas del océano enfrían lo suficiente las computadoras.  Sería una nube bajo el mar, claro no cualquier nube sino la de Microsoft.

Cuando se sacó del agua el centro de datos experimental para su análisis, 75 días después de lo planificado, todo estaba en orden. Es por eso que se espera que el próximo tanque sea más grande y tendrá cuatro veces el poder informático del primero. También se descubrió que el ruido producido fue amortiguado por los camarones y cangrejos cercanos; además de analizar la posibilidad de construirlos con materiales reciclables y lograr que la huella de carbono total de los centros de datos submarinos sea más baja que la de los actuales centros en tierra.

Pero también las cosas pueden a favor de las bajas temperaturas desde la etapa de la construcción de los componentes informáticos ya que Científicos del Laboratorio Lawrence Berkeley y la Universidad de California han descubierto una característica muy interesante en un metal que es conductor de la electricidad, pero no del calor. Esto entra en contradicción con la ley de Wiedemann-Franz que relaciona la conductividad eléctrica con la térmica. El vanadio, en especial el dióxido de vanadio, cambia de aislante a conductor en función de la temperatura. Esto se debe al movimiento unísono de sus electrones en la misma dirección.

Si en un futuro este metal se usa para fabricar componentes eléctricos sería un importante avance en cuanto al tema. Ya que modificando la causa del calentamiento que es la conducción eléctrica, se estaría resolviendo el efecto.  

Conclusiones

Se mencionaron novedosos sistemas de refrigeración en función de mantener la temperatura adecuada de las computadoras como un elemento básico para su correcto funcionamiento y la durabilidad del equipo, así como el impacto positivo de las buenas prácticas para el medio ambiente.

Referencias bibliográficas

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Zahumenszky, C. (2016). Descubren un metal que rompe la ley de Wiedemann-Franz y conduce la electricidad, pero no el calor. Recuperado el  3 de marzo del 2017, de http://es.gizmodo.com/descubren-un-compuesto-metalico-que-rompe-la-ley-de-wie-1791689543

 

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