Disipadores de calor

Por: Ing. Arnaldo Gonzalo Lorenzo Pardo

El disipador de calor, (el dispositivo especial que se le acopla al chip para extraerle el calor) se necesitaba solamente en sistemas donde el calor de los procesadores se convertía en un problema. Sin embargo, cuando empezaron a aparecer los veloces procesadores Pentium en los primeros años de la década de 1990, los disipadores de calor se convirtieron en una necesidad para los procesadores que han aparecido después.
El disipador de calor extrae el calor del procesador y hace que ese calor pueda ventilarse y expulsarse del sistema. Se construyen de un material conductor del calor (usualmente metal) para conducir el calor hasta un sistema de aletas que constituyen una superficie amplia expuesta al aire en movimiento. Esto permite que el calor se transfiera al aire y así lograr el enfriamiento del disipador y el procesador. El disipador de calor depende de un flujo de aire para poder transferir y eliminar el calor acumulado que se extrae continuamente del microprocesador , para eso se le ha incorporado un ventilador en algún lugar dentro del gabinete, de forma tal que una corriente de aire pase a través de las aletas del disipador.
En algunos sistemas, el ventilador incluido en la fuente de alimentación es suficiente cuando se combina con un disipador especialmente diseñado, pero en la mayoría de los casos se necesita un ventilador adicional situado directamente encima del disipador de calor del procesador para proporcionar un adecuado enfriamiento. Los ventiladores en los gabinetes de los equipos de cómputo recientes son para extrer el aire caliente del sistema y sustituirlo por aire más fresco proveniente del exterior.

 Disipador para los antiguos Socket 7.

Los disipadores de calor normalmente se fijan y ajustan mediante presillas y retenedores, por lo que existe una amplia variedad de métodos de fijación de disipadores de calor. Según datos de Intel, las presillas de los disipadores de calor son el segundo “destructor” de motherboards (los destornilladores son el primero), por lo cual la compañía sustituyó las presillas de metal por mecanismos de cierre hechos de plástico, en sus últimos diseños. Cuando se está instalando o liberando un disipador que está fijado, asegúrese de no rayar la superficie de la motherboard.
Los disipadores de calor se clasifican por sus características de enfriamiento. Típicamente, sus ratings se expresan en términos de resistencia a la transferencia de calor en grados centígrados por watt (ºC/W), mientras más bajo es mejor. Nótese que la resistencia varía en función del flujo de aire a traves del disipador.
Disipadores Activos.
Asegurar un flujo constante de aire es la característica más consistente, por eso la mayoría de los disipadores incorporan su propio ventilador y así no dependen del flujo de aire del sistema. Los disipadores con ventilador incorporado se denominan disipadores activos.

Los disipadores activos, al contener un ventilador, tienen una conexión de energía eléctrica. Los más antiguos utilizaban el mismo tipo de conector que los discos duros, pero los disipadores más recientes tienen una conexión de energía dedicada en la mayoría de las motherboards. Una de las razones por las que las motherboards comenzaron a fabricarse con conectores dedicados al ventilador del disipador es porque la mayoría de los BIOS en sus setup pueden mostrar el desempeño del ventilador y monitorear mediante programa el funcionamiento de este en tiempo real. Sin embargo algunos procesadores – particularmente los más viejos – pueden destruirse en minutos por un mal funcionamiento del ventilador del disipador del CPU, esta facilidad permite ayudar a prevenir un daño de tal magnitud en el sistema y apagar o advertir a tiempo. El diseño del Socket 478 utiliza dos palancas con mecanismo de leva para fijar y presionar el disipador sobre el CPU. La fuerza generada es de 75 libras, lo cual produce una apreciable curvatura en la motherboard por debajo del procesador. Esa curvatura es normal y la motherboard está diseñada para eso. Esa fuerza o presión relativamente alta es necesaria para evitar que los disipadores al ser más pesados puedan tirar del procesador durante el movimiento o transportación del sistema y asegura un buen contacto para el interfaz térmico (pasta térmica).

Si necesitas comprar un disipador activo, debes saber que en el mercado existen algunos que son de mala calidad. Los malos tienen ventiladores con motor de buje, que se frenan después de un corto período de vida. Es recomendable solamente ventiladores con motor cuyo eje está montado sobre rodamiento de bolas, que tiene un período de vida 10 veces superior y que, por supuesto, cuestan más caros.
Los nuevos ventiladores tienen un conector de cuatro cables, según una norma que incluye energía, tierra y tacómetro, que son los tres cables que traian los ventiladores anteriores, pero ahora se le adiciona un cuarto cable para el control de la velocidad del ventilador. Este tipo de ventilador se conoce como ventilador PWM (Pulse Width Modulation, o modulador de ancho del pulso) porque usan señales de modulación por ancho de pulso de la motherboard para controlar su velocidad con mayor precisión y con más variaciones de velocidad. Los ventiladores con tres cables tienen internamente un resistor térmico (termistor) que controla la velocidad del ventilador, pero solo ofrece dos velocidades de operación. Con la nueva norma PWM, la motherboard puede monitorear las temperaturas y variar la velocidad de los ventiladores para mantener la temperatura deseada.
Los disipadores diseñados para sockets LGA775, LGA1156, o LGA1366 generalmente tienen presillas y retenedores de plástico que se fijan a orificios en la motherboard. Para instalar este tipo de disipador, solamente deberás alinear las puntas de las presillas con los orificios y rotarlas en el sentido de las flechas.

Adquisición de un disipador:

Con la variedad de diseños de procesadores en el mercado actual, necesitas hacer corresponder las características térmicas del procesador con las capacidades térmicas del disipador que piensas usar. El tipo de disipador que se necesita depende de dos parámetros fundamentales del procesador que son: La máxima temperatura permisible por el encapsulado y la máxima potencia de salida. Puedes instalar un disipador con una menor resistencia térmica que la necesaria, eso mejorará aún más el enfriamiento, pero nunca debes instalar un disipador con una resistencia térmica superior a la que tu procesador necesita.
Los procesadores vendidos en los paquetes de Intel y AMD incluyen disipadores de alta calidad diseñados para trabajar en las peores condiciones ambientales. Una de las principales razones por las que se recomienda obtener procesadores por esa vía es porque tienes la garantía de un procesador y disipador de alta calidad, diseñado para trabajar enfriar el procesador bajo las peores condiciones.
Si compras un procesador OEM, que viene sin disipador, deberás estar preparado para pagar por un disipador activo de alta calidad. Invariablemente pagarás más por más eficiencia, mejor enfriamiento y, para aquellos que hacen “overclock”.
Existe un gran mercado con los disipadores de calor, muchos tienen formas y diseños que pueden calificarse más como arte industrial que como componente interno de una computadora. Ese tipo de disipadores pueden ser muy populares para aquellos que les gusta hacer overclok y modificar internamente sus sistemas.
Aunque una buena presencia es agradable, son más importante las características térmicas. La mayoría de los diseños, de hecho cumplen con las especificaciones térmicas, pero en la actualidad esas especificaciones casi no aparecen documentadas (haciendo difícil las comparaciones) y pueden tener altos precios.

Además, esos diseños pueden tener tamaños desproporcionados y excesivo peso que pueden dañar el procesador o la motherboard y el sistema de fijación puede ser difícil de usar.

Resumiendo, el “plato principal” son las especificaciones técnicas. La primera especificación de un disipador de calor es la resistencia térmica, dada en ºC/W. Desafortunadamente, muchos disipadores en el mercado no incluyen este parámetro en sus especificaciones. Sin conocer la resistencia térmica no te será fácil comparar un disipador con otro.

Cálculo de la resistencia térmica.

Cuando ocurre el enfriamiento del procesador, el disipador de calor transfiere el calor desde el procesador al aire. Esta capacidad se conoce como Resistencia Térmica, la cual se mide en grados centígrados por watt (ºC/W). Un disipador con menor resistencia térmica puede eliminar mayor cantidad de calor del CPU.
Para calcular el disipador que tu procesador necesita, puedes utilizar la siguiente formula:

Rtotal = (Tcase – Tinlet)/Ppower

Tcase es la máxima temperatura permisible por el encapsulado del CPU, Tinlet es la máxima temperatura permisible para disipador del CPU y Ppower es la disipasión de potencia del procesador. Por ejemplo, el procesador Pentiun 4 3.4E (Prescot) tiene una temperatura nominal de su encapsulado (Tcase) de 73 ºC y su máxima TDP (Thermal Design Power) es de 103 watts. Intel recomienda una temperatura máxima en el disipador de 38 ºC (Tinlet), lo cual quiere decir que este chip requiere un disipador con una resistencia termica de 0.34 ºC/W, o (73ºC – 38ºC)/103Watt.

Un ejemplo más extremo es el Core 2 Extreme (QX6800 quad-core processor), que tiene un máximo de 54.8 ºC a 130Watt TDP. Este requiere un disipador de características excepcionales de 0.13ºC/W, o (54.8ºC – 38ºC)/130W. Una resistencia tan baja usualmente necesita alguna forma de enfriamiento líquido.

Note que la mayoría de los fabricantes profesionales de disipadores de calor publican sus parámetros (ºC/W), en cambio muchos vendedores de disipadores no lo hacen. En muchos casos los fabricantes de disipadores desconocidos no hacen las pruebas que hace el fabricante profesional y están más interesados en su apariencia que en sus parámetros térmicos.

Instalación del disipador.

Para llevar a cabo de la mejor manera posible la transferencia de calor del procesador al disipador, la mayoría de los fabricantes de disipadores de calor especifican algún tipo de material de interfaz térmica que se coloque entre el procesador y el disipador. Este consiste típicamente en alguna cerámica, alúmina, o alguna grasa con base de plata pero puede ser también en forma de parche o cinta. Algunos son llamados material de fase variable porque cambian su viscosidad (se hacen más finos) por encima de ciertas temperaturas permitiendo mejorar el contacto térmico entre el chip y el disipador. En general las grasas o pastas térmicas ofrecen mejores propiedades que los materiales de fase variable, pero debido a que tienen una baja viscosidad fluyen más fácilmente y su aplicación puede manchar el socket y la motherboard si se hace de manera desordenada.

No importa que tipo de material se utilice, ya sea la pasta térmica o los materiales de fase variable puede mejorar significativamente la eficiencia, comparado con la instalación del disipador seco. Los materiales de interface térmico se caracterizan por la conductancia térmica (en ese caso mientras más alta mejor) o la resistencia térmica (en cuyo caso mientras sea menor es mejor).

Lo más comun es aplicar una capa de 0.001 pulgada de espesor y una pulgada cuadrada de área, con eso es suficiente para poder alcanzar un adecuado contacto térmico entre las superficie del procesador y el disipador de calor.

Publicado en mi blog “Hardwareando”