Diseño de base refrigeradora de alto rendimiento USB de 1 a 4 ventiladores.

Iniciado por MirM, 20 de Julio de 2014, 15:11:24 PM

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MirM

Nuestro preciado ordenador es una máquina muy potente pero tiene una debilidad muy grande; la muerte por temperatura.
El concepto de problema térmico que quiero explicar aquí es muy simple. La muerte puede ser de cualquier componente semiconductor que se caliente en exceso a como ha sido diseñado para funcionar pero cuando sucede demasiadas veces. Y en el caso de los portátiles son los que más papeletas tienen que ningún otro equipo a padecer este problema cuando lo usamos para jugar. A partir de ahora en adelante me referiré a este caso último, portatiles para jugar.
A nadie le hace gracia gastarse 1000€ en un portátil y que a los meses se encuentre con una máquina que ya no es la que compro. Ya que se ha convertido en una máquina inestable, con reinicios espontáneos que no obedecen a causa justificada o el sistema se ha vuelto demasiado lento de lo que nos tenía acostumbrados incluso después de haber reinstalado todo de origen.
Este problema no es demasiado importante si tu portátil sólo lo usas para chatear, navegar por internet, estudiar, leer, asuntos de oficina, etc....  Digo que no tiene importancia puesto que el sistema no suele llegar ni al 50% de rendimiento total de la máquina y la refrigeración, aunque justita , es suficiente. La turbina de la que el portátil dispone para su ventilación por defecto, tal cual viene modulará su trabajo automáticamente para obtener una temperatura instantánea de trabajo "apropiada". Aconsejo, para este tipo de uso, no dejar el equipo sobre la cama, telas, piernas y demás superficies que puedan obturar la entrada de aire hacia la turbina demasiado tiempo. Si no tienes una superficie lisa para dejarlo un tiempo prolongado, simplemente, dale la vuelta.
La vida de nuestro preciado portátil se puede alargar de varias formas. La mas fácil es por aire y es la que nos interesa para este caso. Y llegamos a la idea principal, la de diseñar una base de refrigeración para nuestro equipo portátil.

Requisitos que fijé a la hora de diseñar la base fueron:

1- Alimentada por USB
2- Ventilador o ventiladores de calidad
2- Base rígida y estable
3- Transportable
4- Económica

CONSIDERACIONES:
Para la construcción final de una base específica de dos ventiladores, me he topado con un problema, concrétamente de potencia. El step-up pasa de corriente a voltage x2,5 al pasar de 5V a 12V necesitando un adaptador USB de mas de 1A, a razón de 0,6A por ventilador. Cosa que no lo hace viable para alimentarlo por USB del equipo si se equipa con 2 ventiladores y forzosamente nos obliga a utilizar un adaptador de corriente USB de 1,5A.
Y consecuentemente hay que utilizar una fuente de alimentación externa. Pudiendo usar una fuente de 12V directamente.

Repito por si no ha quedado claro. Es posible utilizar la toma de USB siempre y cuando se utilice un solo ventilador. Siento la confusión.

1- La alimentación:
Que fuera por USB era un requisito imprescindible puesto que la movilidad depende de eso. Los ventiladores que aquí se utilizarán están diseñados para funcionar a partir de 7V DC, y seguro que a nadie se le escapa que el USB solo funciona a 5V DC.
Ese obstáculo se soluciona con un pequeño y económico aparatito llamado Boost DC-DC Step Up. Que lo que hace es eso mismo, pasar de una tensión de 5V a un valor mucho más alto y siempre ajustable a nuestra voluntad de menos a mas (33V). Dándonos una corriente estable de más de 0.8 amperios máximos partiendo de 5V. Más que suficiente para nuestro uso. Nosotros solo necesitamos 0.5A como mucho para 4 ventiladores (0.4664A), y nos da de sobra para colocar 4 Ventiladores mas la perdida de energía por defecto de eficiencia (94%), lo cual es una barbaridad. Y sin llegar al límite de 0.5 amperios de nuestro USB, lo cual lo hace apto para utilizar desde cualquier toma de nuestro portatil.
Si consideramos, por cualquier razón, que no vamos a enchufar nuestra base a las tomas USB de nuestro portátil siempre podremos optar por la opción de un cargador típico USB de móvil.
Para hacer llegar esa alimentación al dispositivo Step-Up se necesita un cable USB y es necesario disponer de él.
Este será nuestro circuito Step up que nos ayudará a llegar a la tensión deseada para hacer funcionar nuestro ventilador a las revoluciones que nos interesen.

2- Ventilador:
El asunto del ventilador es otro punto importante. Dado que podremos modular la velocidad de éste con el convertidor Step-Up y necesitamos considerar un ventilador que trabaje enserio para cuando nuestro amado portátil esté trabajando de verdad. Su elección se deberá a los siguientes criterios.
- Velocidad angular o Rpm de aproximadamente +>1200.
- Lo más silencioso posible.
- De la mejor calidad posible.
- Cantidad de ventiladores.
- De cuánto dinero queremos destinar a este menester.

La sonoridad a tope de rendimiento y la calidad van unidas de la mano. Siempre hay que recordar el dinero que uno se gasto en el equipo y veréis como salen las cuentas. La sonoridad/velocidad de los ventiladores se podrán ajustar con el Step-Up.
Como en principio se usará para jugar, aconsejo el uso de dos ventiladores. Ubicados de forma que, con el equipo sobre la base, nunca lleguen a soplar en vacio, ni soplen por el borde marginal del portátil. Más vale que esté en medio del soporte soplando al centro del portatil a que sobresalga un poquito por el lado del equipo. Y digo esto puesto que el aire va por donde menos trabajo le cuesta, y si hay parte del ventilador que sopla aire fuera del margen de la zona del equipo, desaparecerá por ahí una parte importante de la presión (estática).
Aconsejo más de uno por el tema de la presión (estática) de aire mantenida.  Dado que es un sistema para enfriar en el momento más estresante del equipo y lo veo totalmente necesario.
Y esta es la configuración ideal para mi, pero habría que tener en cuenta un ventilador mas fino de perfil debido al ángulo de instalación.

3- La Base donde se instalará todo:
Yo aconsejo una base sin mecanismos para transporte, tipo la de IKEA. Es muy solida. Tiene apoyos de silicona para evitar ruidos y absorber vibraciones. Da la altura perfecta para nuestro asunto.

4-Transportable:
Como no llevará chismes sueltos, la podremos llevar a cualquier parte con solo recoger el cablecito USB.

5- Económica:
Aunque nos sorprenda, nuestra base con dos ventiladores nos puede costar con filtros de aire, para evitar la entrada de pelusilla a nuestro portátil, menos de lo que creéis.

Configuración para un solo ventilador con filtro anti polvo:
BASE IKEA+STEP UP+VENTILADOR+FILTRO POLVO=
4 + 2 + 3 + 1.75 = 10,75€  aproximadamente.

Configuración para dos ventiladores con filtro anti polvo:
BASE IKEA+STEP UP+2xVENTILADOR+2xFILTRO POLVO=
4 + 2 + 3 + 3 + 1.75 + 1.75 = 14,75€ aproximadamente.

Añadiremos 4.75€ por cada ventilador mas.
¿Os salen las cuentas?
Ahora solo falta decidir la calidad de los ventiladores que queréis usar o los filtros que mas os gustan. Os aconsejo unos ventiladores de calidad comprobada para evitar fallos y ruidos, de 5€ en adelante. Y sobre los filtros, todo es prueba y error o directamente ir por los mejores. El mantenimiento de estos es crucial a corto plazo.

Os presento la que utilizo yo:
La fabriqué para el portátil de mi chica. La mía, la primera que fabriqué, era menos discreta (amarilla) y salchichera (no tiene Step-Up, solo un triste transformador a 9V). A la hora de fabricar la nueva base, se me impusieron como condiciones las mismas que os puse al principio del post. Peeeero...... como ella no juega NUNCA, me la quedé yo. La cajita para la electrónica la podéis obtener de algo reciclado (como en mi caso) o de tienda de electrónica (más dinero 2/5€).
El añadido de la foto, la cajita amarilla, es un cargador de esos económicos de 1A de movil. De sobra para el 0.125A que necesita este sistema de un solo ventilador, pero dando a basto para incluso 8.

Sobre el rendimiento:
Ya os digo que la diferencia de temperatura con ¡UN SOLO VENTILADOR! es de 15ºC.  Mi sistema paso de 97/99ºC a 72/75 y con la tensión de ventilador de sólo 10V. Imaginaos con 3 y que además vuestro sistema tenga 3 entradas de aire marcadas (como los ALIENWARE) para poder acentuar la diferencia.

Si la cosa no se tuerce, os comentaré en pocos días el proceso de "fabricación" del chisme en cuestión, ilustrando con fotos todo el proceso y la recomendación y por qués de los materiales a utilizar.

Material necesario:
Ventilador/es, cable USB, Step-Up, cajita para el Step-Up, soporte para portátil, filtro anti polvo y tornillos para unir el filtro al ventilador.

Herramientas:
Destornillador de estrella o phillips, taladradora y/o dremel, caladora o en su defecto sierra de hilo, papel de lija, soldador, estaño y polímetro.


Cefalo

Bien Mirm, bien...!!!!

Muchas gracias por compartir el diseño.

Un saludo.

Ruso

Un aporte muy interesante MirM.  :aplausos:

Haber como esta el tema del montaje , que yo para estas cosas ...  :silbar:



Un saludo ...

Nite

La cuestión es:

¿Meter aire?, ¿Sacar aire?, ¿Meter por un lado y sacar por otro?, creando una corriente térmica opuesta a la del portátil para crear un mayor enfriamiento...  :confused:

Toro


MirM

Cita de: SO_Nite2 en 22 de Julio de 2014, 15:41:35 PM
La cuestión es:

¿Meter aire?, ¿Sacar aire?, ¿Meter por un lado y sacar por otro?, creando una corriente térmica opuesta a la del portátil para crear un mayor enfriamiento...  :confused:
Yo he visto de todo, desde el vaio de mi chica que pilla aire de todos lados e incluso del teclado y luego mi packard bell (acer) que traga directamente aire de la turbina identificable fácilmente.
Ambas partes tienen cosas buenas y cosas malas. La del sony de mi chica.... quita aire caliente de todo el sistema (metiendo aire; refrigera ram y hd por unas rendijas y al sacar aire; enfría cpu y gpu) de forma mas o menos uniforme pero no de forma extrema teniendo problemas cuando está usándose seriamente. La del acer mío...... solo refrigera por donde están instalados los heatpipes;  procesador y grafica.
Algo que no funcionará nunca será oponer corrientes dado que eso no tiene sentido,y crea una zona muerta que hace imposible la evacuación de la temperatura donde ocurre ese efecto. Siempre hay que ir a favor de la ventilación que crea el fabricante.

Y vamos con las cifras en reposo (carga de cpu del 0-3%):
(sony VGN-FW21J, ACER-Packard bell easynote Tk-85)

Sin base refrigeradora:
                                      Acer con entrada de turbina visible:  31-40 ºC
                                      Sony con entrada difusa:                  46-49 ºC
Con base refrigeradora:
                                      Acer con entrada de turbina visible:  32-39 ºC
                                      Sony con entrada difusa:                  39-44 ºC     

Hay que recalcar que solo disponemos de dos sondas de temperaturas en el sistema y son las de la gpu y cpu, así que nos es inviable monitorizar el resto de componentes.

Con estas cifras puedo sacar algunas conclusiones de manera personal.
- Con entrada visible de aire conseguimos una refrigeración optima con poca y media carga. Además de una rápida evacuación de la temperatura.
- Con entrada no visible y difusa conseguimos una temperatura más o menos uniforme del sistema completo a baja carga pero al ser tan obstructiva impide el máximo volumen de entrada haciendo que no sea la más eficiente forma de evacuación. Ofreciendo una decente temperatura a baja carga y de mala a malísima a media y alta carga.

Y con los datos en la mano podemos asegurar que la base refrigeradora no es un accesorio necesario obligatoriamente para trabajos livianos, pero en el caso del sony es recomendable.
Ahora bien, en procesos como jugar y computo potente como edición de videos e imágenes es necesaria refrigeración extra en ambos tipos de equipos. El no uso de una base nos pasará factura a corto-medio plazo si jugamos. Allá cada uno.

Éste es exáctamente mi equipo desmontado hasta el último tornillo.
Packard Bell Easy Note TK 85 GT 540m SSD

Y éste es el sony exacto al del test.
Opening up a Sony Vaio FW series-Part 1


MirM

#7
Para la construcción final de una base específica de dos ventiladores, me he topado con un problema, concrétamente de potencia. El step-up pasa de corriente a voltage x2,5 al pasar de 5V a 12V necesitando un adaptador USB de mas de 1A, a razón de 0,6A por ventilador. Cosa que no lo hace viable para alimentarlo por USB del equipo si se equipa con 2 ventiladores y forzosamente nos obliga a utilizar un adaptador de corriente USB de >1,2A.
Y consecuentemente hay que utilizar una fuente de alimentación externa o de 5V/>1,2A  o una de 12V/>0.5A como mínimo para 2 ventiladores.

Repito por si no ha quedado claro. Es posible utilizar la toma de USB del portatil siempre y cuando se utilice un solo ventilador puesto que no llega a medio amperio(0.5A) que es la especificación USB 2.0. Cuando se sobrepasa esa intensidad, de mas de 0.5A a 1A, o potencia windows emite un aviso de advertencia indicándonoslo (w8, w8.1).
Siento la confusión.


Oversturm


Hijo mío, la felicidad está hecha de pequeñas cosas:
Un pequeño yate, una pequeña mansión, una peq

Nite

Por petición de Mirm, os pongo la que hice yo con unos tablones de madera de 3mm.  Lo suyo sería terminarla, canteando los bordes y barnizandola/pintandola al final para protección de la madera.

Está adaptada a la ventilación y tamaño de mi portatil (17"). La base es portable en el sentido de que quitas las patas y te la llevas como un maletín del punto A al punto B, pero no para poner entre las piernas.

- Tiene 4 ventiladores sujetos por tornillos con tuerca,
- El adaptador es de un router de 12V y 2A
- El interruptor va conectado mediante fichas, por si se estropea algún ventilador o fuente, poder cambiarlos sin mucho esfuerzo.
- La pendiente tiene 15º

No es un gran diseño y es muy mejorable, sobre todo si tienes las herramientas adecuadas  :risa:, pero su función la cumple.

Probando el WoT, IL2 y DCS:

- Sin base refrigeradora, la temperatura del pc me oscila en este rango: 80-89 ºC según la carga de trabajo.
- Con la base refrigeradora encendida, la temperatura la tengo fija en 54-60ºC con picos de 70ºC