Introducción
¿Pero por qué demonios alguien querría agregarle agua a una computadora? Actualmente el enfriamiento líquido está presente en el panorama entusiasta y es un método de transferencia de calor que ha existido desde el origen de las computadoras, vaya incluso ha estado ahí para enfriar los carros desde que tengo memoria; en esta serie de artículos procuraré explicar de inicio a fin los aspectos que envuelven a esta sub-rama del PC-Building, como en otros artículos, me encantaría no tener que hacer uso de lenguaje técnico ni involucrar mucha ciencia al respecto, pero al mismo tiempo busco poder desmentir muchas de las prácticas incorrectas que abundan entre la gente con menos experiencia por lo que habrá que salpicarse un poco del tema.
Como su nombre lo indica, el enfriamiento líquido consiste en reducir la temperatura de alguna superficie haciendo uso de 2 de los tres métodos de transferencia de calor que existen: la convección y la conducción.
Conducción: transferencia de energía de un cuerpo sólido a otro dado por el contacto físico.
Convección: transferencia de energía de un cuerpo al ambiente por el movimiento de un fluido a través de este.
¿Qué se enfría en una computadora? Cualquier cosa que genere calor: CPUs, GPUs, reguladores de voltaje, transistores de efecto de campo, chipsets, circuitos integrados, memorias RAM, hay quienes incluso han enfriado discos duros o fuentes de poder. El enfriamiento líquido es una alternativa al tradicional enfriamiento por aire, los 2 están basados en las mismas mecánicas una superficie caliente en contacto con otra expuesta al movimiento de un fluido, así como el agua es un fluido el aire también lo es. La diferencia principal es el fluido en cuestión, a pesar de que el aire puede transferir calor de manera eficiente el agua es naturalmente un fluido con mejores propiedades térmicas que el aire, bajo convección forzada puede mantenerse entre 10 y 1000 W/(m2K) mientras que el agua abarca rangos de 50 a 10000 W/(m2K) (coeficientes de convección).
Un sistema de enfriamiento líquido trabaja de forma muy similar a un carro. La superficie a enfriar se pone en contacto con algún material que conduzca apropiadamente el calor (metales en la gran mayoría de los casos), ese material por otra parte se encuentra sometido a un fluido que se encarga de «absorber» el calor del material conductor para transportarlo a un intercambiador (radiador) donde transferirá el calor al ambiente, el fluido se mueve a través del circuito cerrado por una bomba.
En todo el proceso podemos ubicar cuando y donde actúan los métodos de transferencia de forma significativa.
- Conducción entre la superficie caliente y el metal de contacto
- Convección entre el metal de contacto y el fluido en movimiento
- Convección entre el fluido en movimiento y el intercambiador de calor
- Convección entre el intercambiador de calor y el ambiente (de forma pasiva o con ventiladores)
La transferencia más importante es entre el fluido y el radiador, el radiador absorbe la energía del fluido y al mismo tiempo el ambiente se la arrebata ya sea por ventiladores que empujen aire a través de este o de forma natural (pasiva). Considerando esto la temperatura mínima que puede alcanzar un sistema de este tipo es igual a la del ambiente.
Componentes básicos
Los componentes básicos de un sistema de enfriamiento cerrado son:
Metal de contacto: Cuando hablamos de computadoras, el metal de contacto es a lo que le llamamos «waterblock», es la interfaz que va a conducir el calor que genere por ejemplo el CPU, la GPU o cualquier cosa que se caliente.
Bomba: La bomba se encarga de mover el líquido, es la encargada de hacer que se genere un flujo «turbulento», esencial para el buen funcionamiento del sistema.
Medio de transporte: La tubería o manguera que obliga al líquido a moverse en una dirección específica.
Intercambiador de calor: El radiador, donde el balance de temperatura ocurre, el factor más relevante en la transferencia de calor.
Otros elementos son importantes especialmente en otro tipo de configuraciones que seguramente ya han visto antes:
Reservorio o tanque: Facilita el llenado del sistema así como un punto libre de presión para liberar burbujas. No es estrictamente necesario pero altamente recomendable para varios tipos de sistema.
Fittings: La unión entre elementos del sistema y el medio de transporte (tubos). Nuevamente no son estrictamente necesarios ya que algunos elementos (muy pocos) ya incluyen boquillas para tubería, sin embargo son necesarios en circuitos personalizados.
Entre la jungla de productos nos encontramos 2 caras de la misma moneda: sistemas personalizados y sistemas todo en uno. En algunos casos podemos encontrar hasta híbridos entre los 2 (H220X, EK Predator, etc).
Sistemas personalizados
Un sistema personalizado es aquel que tu puedes hacer eligiendo las piezas que tu gustes, tú eliges el waterblock (el modelo, el color, el metal), tú eliges la cantidad de radiadores, el tipo de reservorio, etc. No hay límite de expansión ni de personalización, este tipo de configuraciones son las más adecuadas para builds temáticos y por lo general dan una mejor presentación a la máquina.
Project Armada – Akula
Este tipo de sistemas tienen la enorme ventaja de ser modulares, virtualmente pueden enfriar lo que sea: procesadores, tarjetas de vídeo, RAM, motherboards enteras, etc. siempre y cuando haya bloques disponibles para tu hardware (pero hey es moddingMX, si no existe pues se hace!).
Entre las desventajas de este tipo de sistemas es su costo, en puros fittings uno puede llegar a gastar 1000 pesos, un bloque de GPU puede llegar a costar hasta 3000, es dificil encontrarlos en Latinoamérica por lo que también hay que considerar cargos por impuesto y envíos internacionales. Otra desventaja es que son más complicados de armar que un All-in-one convencional y pueden requerir más mantenimiento.
All-In-One
Los sistemas «todo en uno» son soluciones sencillas y versátiles que también son excelentes alternativas, trabajan de la misma forma que un sistema personalizado e incluyen todos los componentes indispensables para enfriar cualquier procesador o tarjeta de vídeo. El concepto de estos enfriadores es completamente distinto al de los sistemas personalizados; el fabricante te vende un conjunto sellado donde todo lo que tienes que hacer es atornillar el radiador con sus ventiladores y poner el bloque en su lugar. La gran mayoría de los all-in-one no ofrecen la posibilidad de expansión por lo que su capacidad para enfriar puede llegar a ser menor que un sistema personalizado con más radiadores a su disposición.
Kraken X61- NZXT
A pesar de carecer de la modularidad de un sistema personalizado, los sistemas todo en uno ofrecen sencillez de instalación, precio reducido, menor mantenimiento implícito y buen rendimiento en general. La disponibilidad de estos sistemas es mucho mayor en comparación.
Híbridos
Últimamente los sistemas híbridos han ganado terreno de popularidad, el concepto es una mezcla entre un sistema todo en uno con la capacidad de expansión. De la misma forma que un all-in-one, es un kit con los elementos básicos ya sean pre-ensamblados o en partes para hacer un sistema modular.
H240-X – Swifetch
A pesar que esto parezca ser el «sweetspot» entre los 2 sistemas anteriores, la verdad es que no son muy diferentes a un sistema personalizado con las piezas previamente seleccionadas, claro, existe el factor de modularidad y rendimiento, pero lo considero una forma muy vaga de querer tener un sistema de enfriamiento personalizado poco a poco sin primero leer sobre el tema. Éste tipo de kits le ahorran al usuario el hecho de tener que diferenciar entre diámetros de tubo, selección de bomba, ocupar fittings adecuados, etc. Otra ventaja es que son ligeramente más baratos que comprar las piezas por separado ya que es incluso más común ver estos artículos en el mercado nacional, sin embargo considero que se pierde mucho al no tener la libertad de elegir uno mismo las piezas para el sistema.
Mythbusters
Este artículo estará separando en 6 partes, cada una tendrá una sección en la que intento desmentir o probar verdades o prácticas muy sonadas en el medio sobre los sistemas de enfriamiento. La gran mayoría involucra un poco de lenguaje técnico que considero necesario para explicar las cosas adecuadamente.
Esta ocasión esta sección trata sobre datos muy generales, las demás secciones incluirán cosas más específicas.
«Necesitas un disipador líquido para alargar la vida de tu procesador»
El calor no es una causa, es una consecuencia, la verdadera causa de la reducción de vida de un procesador o cualquier chip depende del voltaje suministrado. El calor extra es provocado por el aumento de voltaje en el chip cuando éste trabaja Overclockeado, si un chip no está overclockeado no hay razón para ponerle un bloque de agua más que por estética. Mientras un procesador se mantenga en sus límites de operación (que llegan a ser márgenes nada modestos la mayoría de las veces) no existirá degradación mecánica ni eléctrica, en caso de vivir en una zona donde la temperatura ambiente suela ser alta (cerca de 40°) quizá si sea buena idea comprar un pequeño all-in-one; fuera de eso cualquier disipador de aire de gama media es suficiente para cualquier procesador no overclockeado (los 9590/9370 no cuentan como procesadores no overclockeados).
«Los enfriadores líquidos fallan y tienen fugas que pueden crear cortos y dañar mi hardware»
Cualquier sistema es susceptible a fallas, cualquier sistema mecánico bajo determinadas condiciones va a fallar, eso es absoluto, no obstante un sistema de enfriamiento está hecho para funcionar sin problemas si se instala correctamente. Una fuga se puede ocasionar por varias cosas, entre las más comunes están la geometría de los fittings angulares, cortar mal los tubos, someter los tubos a tensiones fuertes, que las bombas dejen de funcionar, perforar radiadores, entre otros. El caso más común es el de tubos muy tensionados, radiadores perforados y bombas muertas, para evitar eso asegúrate de que los tubos tengan cierto grado de libertad, revisa que los tornillos que utilizas para sujetar un radiador tengan el largo adecuado y por seguridad añade una alarma para monitorear los RPM de las bombas (AIDA64. EVEREST. HWInfo, Coretemp).
En el peor de los casos en el que un sistema falle (99% de las veces por negligencia del usuario), lo peor que puede pasar es que alguna pieza de hardware se moje en el proceso, si averiguamos el problema rápidamente el daño puede ser nulo, pues la resistividad eléctrica de los líquidos suele ser muy alta en comparación al agua potable. Siguen siendo conductivos pero en mucha mayor impedancia en comparación a las lineas de transmisión. El goteo prolongado aumenta la conductividad del líquido estancado al permanecer en contacto con impurezas del ambiente.
«Un buen disipador de aire es mejor que uno de agua»
Bajo ciertas condiciones puede suceder, bajo las mismas jamás. Es cierto que muchas soluciones de aire de gama alta como el Noctua DH-15 o el Dark Rock 3 dan excelentes resultados contra ejemplares como el Corsair H60 o Coolermaster Seidon 120 y tengan el mismo rendimiento que un corsair H100i o un Kraken X40/41, sin embargo las condiciones no son las mimas, el agua sigue siendo mejor agente de transferencia de calor.
Partiendo de una forma muy básica, la ley de enfriamiento de Newton nos dice lo siguiente:
La transferencia de calor depende de: el coeficiente de convección, el área supérficial de contacto y las temperaturas de la superficie y ambiente. La razón por la que un disipador de aire llegue a rendir mejor que muchas soluciones all-in-one es básicamente porque el área superficial es mucho mayor a la de un radiador de 240 o 120 (eso y considerar que los ventiladores de un DH-15 son vastamente superiores a los AF120/SP120 de Corsair).
La geometría de las aletas del DH-15 es sencillamente superior a las del radiador de corsair, el conjunto es más grueso y abarca más área total, es por eso que puede compensar el tener un menor coeficiente de convección (que podría ser incluso mayor al del corsair consdierando la diferencia en calidad de ventiladores).
Y aquí termina la primera (y tediosa) parte de la serie de artículos, lamento que sea tan largo y técnico pero creo que es necesario para crear criterios más sólidos en cuanto al tema. Espero hayan liberado varias dudas en cuanto a lo más básico del water-cooling.
Nos vemos en la segunda parte!
Water cooling: Handbook «Bloques»