Taller de Mantenimiento 1

Prof. Sebastián de los Angeles

Los componentes electrónicos generan calor de forma natural durante su funcionamiento debido a la resistencia eléctrica de los materiales que los forman.

En general, la resistencia aumenta junto con la temperatura. Esto puede generar un círculo vicioso de aumento de temperatura que provoque malfuncionamiento e incluso rotura.

Debido a esto los fabricantes de componentes incorporan sistemas de enfriamiento y disipación de calor, tanto activos como pasivos para asegurar la vida útil del dispositivo.

Los disipadores son dispositivos que absorben el calor generado por el circuito y lo entregan al aire circundante de forma más efectiva que los componentes del circuito, enfriándolo.

Su principal función es la de aumentar la superficie de contacto con el aire, aumentando así la capacidad de disipación de calor del circuito.

Su forma suele incluir aletas que aumentan la superficie de contacto con el aire y favorecen el flujo de aire entre ellas.

El aire, al circular entre estas aletas, recibe el calor del circuito y al calentarse tiende a moverse, este movimiento provoca una pequeña corriente de aire que atrae más aire frío para volver a comenzar el proceso.

Si el calor generado por el funcionamiento normal no resulta peligroso para la operación normal, basta con que el chasis del dispositivo posea rejillas para la entrada de aire o el mismo chasis puede actuar como disipador.

Rejillas de ventilación

En el caso de los microprocesadores, no basta con este tipo de enfriamiento pasivo y es necesario el uso de disipadores de calor más eficaces para evitar daños por sobrecalentamiento.

A estos disipadores se les suele incorporar ventiladores para forzar la circulación constante de aire entre las paletas y acelerar el proceso de enfriamiento.

Temperatura

Máxima

Minima

Flujo de aire

Componente

Disipador

59,6 58,3 57,4 56,5 55,4 54,8 54 53,3 52,7 52 51,5 50,9 50,4 49,9 49,5 49 48,5 48,3 47,8 47,4 47 46,6 46,2 45,8

60,3

54,9

50,6

47,1

44,1 41,5

38,9 37,3

35,6 34

32,6 31,3 30,2 29,2 28,3 27,4 26,6 26 25,3 24,7 24,2 23,8 23,4 23 22,6

0

10

20

30

40

50

60

70 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

10

0

10

5

11

0

11

5

12

0

TEMP. SIN VENTILADOR TEMP. CON VENTILADOR

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Tiempo (s)

Existen también otros sistemas de refrigeración, como ser mediante líquidos (agua, por ej.)

Los Datacenters suelen usar complejos sistemas de refrigeración múltiple: tanto por aire como por agua.

Para asegurar la transferencia de calor entre el componente y el disipador, las superficies de ambos deben ser perfectamente lisas para asegurar el contacto total entre ellas.

Disipador

Componente

Calor Transferido

Sin embargo, siempre existen rugosidades o imperfecciones en las superficies de contacto que dejan espacios vacíos entre el componente y el disipador, con lo que la transferencia de calor disminuye notablemente.

Componente

Disipador Calor

Transferido

Las líneas que se ven son pequeños surcos

que evitan el contacto total con el disipador.

Las pastas o grasas térmicas se usan para minimizar el efecto de estas imperfecciones inevitables, rellenando esos espacios vacíos y aumentando la transferencia de calor.

Para aumentar su efectividad, la composición de estas pastas suele incluir partículas metálicas que aumentan su capacidad de transmitir calor

Componente

Disipador Calor

Transferido

Pasta Térmica

Otro factor que afecta el rendimiento de las computadoras es la acumulación de polvo sobre sus componentes.

El polvo son partículas de materia orgánica e inorgánica de muy pequeño tamaño que son transportadas por las corrientes de aire.

El polvo está compuesto (entre otras cosas) de: ◦ Polen

◦ Partículas de piel humana y animal

◦ Pelo humano y animal

◦ Fibras textiles y de papel

◦ Partículas de minerales del suelo

◦ Restos de meteoritos pulverizados en la atmósfera

◦ etc.

Microfotografía de polvo casero, aumentado 22 millones de veces

(los colores son falsos, aplicados para distinguir bien los diferentes componentes)

Esta variada composición hace del polvo un elemento potencialmente peligroso para la salud.

Las personas alérgicas o asmáticas deben mostrar especial cuidado al trabajar con superficies cubiertas de polvo, ya que puede iniciar reacciones alérgicas bastante molestas y violentas.

El polvo, al acumularse, tiende a concentrarse en montones que se parecen a material textil: la pelusa.

La pelusa se forma al combinarse el polvo con material orgánico e inorgánico de mayor tamaño.

Su consistencia provoca que resulte muy peligroso para los sistemas de enfriamiento, ya que puede atorar un ventilador con mucha facilidad.

El polvo es muy influenciable por los campos eléctricos, incluso si éstos son muy débiles, y debido a esto se adhiere con facilidad a cualquier superficie.

Esto provoca que los dispositivos electrónicos, constantemente rodeados de un campo eléctrico, sean especialmente vulnerables a recubrirse de polvo.

Disipador de notebook, casi totalmente atascado

por el polvo

En contacto con el aire, el componente lentamente comienza a recubrirse de polvo.

Capa de polvo

Eventualmente esa capa de polvo se vuelve lo suficientemente gruesa como para evitar la correcta disipación del calor generado, lo cual puede reducir el rendimiento y la vida útil del mismo.

Las computadoras caseras, debido a su necesidad constante de refrigeración, en su mayoría mediante aire, son muy sensibles a la acumulación de polvo, el cual ingresa con el aire por las rendijas de ventilación y las aberturas de ventiladores, y se adhiere con facilidad debido a los constantes campos eléctricos que se forman alrededor de los componentes, disminuyendo poco a poco su capacidad de disipación y su rendimiento. En casos extremos esta acumulación provoca sobrecalentamientos y fallas operativas.

Es recomendable realizar una limpieza completa de la placa madre y la fuente de alimentación al menos una vez al año para liberarse de los excesos de polvo acumulado.

Material redactado por prof. Sebastián de los Angeles basándose en documentación obtenida en las siguientes páginas o libros: • http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_sink • http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_cooling • http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_management_of_electronic_devices_and_systems • http://en.wikipedia.org/wiki/Dust • http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_grease

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© Luis Sebastián de los Angeles, 2013 Melo, Cerro Largo, Uruguay