En esta entrada veremos qué tipo de bomba necesitamos para la refrigeración líquida de nuestro equipo. Está debemos elegirla en base a los componentes que pretendemos refrigerar, esto lo debemos de tomar en cuenta debido a que cada componente que agregamos a nuestro loop contribuye con un factor de restricción para el flujo de nuestro sistema de enfriamiento y la bomba que elijamos debe tener la capacidad de poder manejar todas las restricciones de nuestro sistema.
La mayoría de loops alcanzan su mayor eficiencia alrededor de 1.0 GPM (galones por minuto). Aumentar el caudal más allá de este punto tiene poco o nulo efecto en la temperatura, con la mayoría de los bloques y el calor extra que añaden las bombas adicionales necesarias para alcanzar mayores caudales pueden tener un impacto mayor que el aumento del flujo. Esto debido a la capacidad calorífica del agua que es increíblemente alta. Con un flujo de 1.0 GPM, se necesitan más de 250W da calor para elevar el agua un solo grado.
Cálculos
Capacidad de calentamiento del agua = 4,184j por Kg
1.0GPM de flujo in litros por segundo = 0.063 Kg/segundo
4,184j0.063 Kg/Segundos
Un Joule es un 1 Watt por un segundo, así que las unidades de tiempo se cancelan.
4,184W * 0.063 Kg = 264W
Se necesitan 264W para aumentar el agua con un flujo de 1.0GPM un grado.
Asumamos que se está corriendo un loop de un CPU + 2 GPU. Con una generación de calor de alrededor de 200W por cada componente, el último componente del loop tendrá el agua entrando a su bloque con una temperatura 1.5°C más alta que el primero. Si incrementan el caudal a 2.0GPM, este incremento de temperatura disminuirá a 0.75°C, bajando la temperatura de la GPU en la misma cantidad. Parecería es una ganancia en temperatura que vale la pena, hasta que se toma en cuenta el calor añadido por la bomba extra. Para alcanzar un caudal de 2.0GPM en un loop de un CPU y 2 GPUs se necesita agregar, al menos, otra bomba de 30W. Aún con un radiador de 420mm, esto aumentará el delta de agua/aire en al menos 0.2°C a 0.5°C, aumentando de manera sensible la temperatura de todos los bloques en la misma magnitud. Esto hace la ganancia tan pequeña de temperatura pierdan cualquier sentido.
¿Por qué no tener un caudal menor a 1.0GPM?
A bajos caudales, el desempeño de los bloques cae dramáticamente ya que el flujo o corriente dentro de ellos cambia de turbulento a laminar. El caudal turbulento ocurre cuando una gran cantidad de agua pasa por un pequeño canal o tubo. Cuando el agua está fluyendo en esas dirección, crea vórtices aleatorios que garantizan que el agua está mezclándose constantemente y que el agua fresca está siempre haciendo contacto con la superficie del bloque. Pero si el caudal cae demasiado el agua pasa a un flujo laminar. Cuando el agua fluye de manera laminar, no se mezcla mucho entre sí, por lo tanto, el agua en los extremos del caudal está significativamente más caliente que el agua en el medio. Esto es malo para la disipación, ya que el calor no se transfiere tan fácilmente al agua y el bloque tarda más en disipar el calor que proviene de los componentes.
Los primeros componentes de refrigeración líquida utilizaban bloques bastante abiertos, con grandes canales que dejaban pasar el agua, facilitando la condiciones para que se generará un flujo laminar. Por esta razón es que los bloques más antiguos son muy dependientes del flujo, requiriendo altos caudales para tener buenos resultados en la disipación. Los bloques modernos utilizan canales más pequeño, para tener flujos turbulentos aún con caudales bajos. Casi todos los bloques hoy en día están diseñados para tener flujos turbulentos con caudales bajos y con esto la necesidad de aumentar el caudal para mejorar las temperaturas ha ido desapareciendo. La mayoría de los bloques siguen manteniendo su desempeño incluso con caudales de 0.6/0.7GPM, pero siempre es recomendable el tener un caudal que ronde el 1.0GPM para mantener un margen.
¿Qué bomba necesito para alcanzar un caudal de 1.0GPM?
Las bombas son clasificadas por su curva de presión/caudal. A bajas tasas de flujo, pueden producir más presión y a caudales altos, menos presión. Los bloques en el loop proveen restricciones en la dirección opuesta, los caudales altos conducen a que requiera una mayor diferencia de presión. El caudal de un loop está determinado por la intersección de estas dos líneas.
La idea es tener una bomba capaz de mantener una presión que produzca un caudal de 1.0GPM aún con todas las restricciones que presentan los componentes que conforman el loop. Esto con el fin de asegurarnos que todo el sistema tenga el mejor funcionamiento posible.
No se necesita encontrar la intersección exacta de estas dos funciones porque en la práctica no se necesita saber el caudal preciso de un loop. Solo se debe estar seguros de que está al menos en 1.0GPM o más. Se puede agregar la caídas de presión que produce cada componente en el loop a un 1.0GPM; luego asegurar que se tiene una bomba con la capacidad de generar la presión necesaria para mantener un caudal de 1.0GPM. Así que el encontrar la bomba adecuada se vuelve cuestión de únicamente sumar algunos números.
Restricciones para la bomba
Se han realizado una lista para que se tenga una idea general del poder de bombeo que se necesita. La información en la bombas es muy precisa, sin embargo, hay una gran variedad de bloques lo cual hace muy poco práctico el listar todas las caídas de presión (y no hay muchos datos disponibles). Pero siéntanse libres de agregar los datos en el cuadro con los de sus componentes; está información la pueden encontrar en los sitios de cada marca.
Caídas de presión por tipo de componente
- Radiadores: 0.25 PSI cada uno (el tamaño no tiene efecto real)
- Bloque CPU: 0.90 PSI
- Bloque GPU: 0.90 PSI
- Bloque de motherboard: 20 PSI (cubriendo todo)
- Racores: Lo que agregan no es significativo. Una configuración extrema con más de 10 racores de 90° podría añadir un 0.50 PSI en total.
- Tubería: 0.5 PSI por cada 10 pies de un diámetro interno de 3/8”, para las que tienen un diámetro interno de ½” no es significativo.
- Reservorio: No es significativo.
Si tienen bloques de GPU en paralelo, se debe dividir la caída de PSI entre el número de bloques de nuestra configuración, si se tienen 3 bloques en paralelo solamente se debe agregar 0.30 PSI al total.
Ahora que ya se tiene el total de caída de presión para un determinado loop, se debe encontrar una bomba que pueda mantener una presión que genere un caudal de al menos 1.0GPM.
Una configuración de doble bomba usualmente es casi el doble del desempeño de una sola bomba. Se debe tener en cuenta el ruido que produce una bomba, cuanta energía consume y que tan bien encaja físicamente en nuestro gabinete. Esta entrada es meramente para ayudarlos a elegir una bomba que tenga la potencia suficiente para manejar un loop determinado.
Aplicando los cálculos
Veamos un ejemplo real con una bomba EK-XRES 100DDC MX que viene en el kit de refrigeración líquida de EKWB EK-Kit L240, que estuvo disponible en varias tiendas locales hace algunos años.
Los datos de esta bomba son los siguientes:
Flujo = 500 L/H
Head = 2.6m
Pasamos el flujo a GPM: 500 L/H equivalen a 8.3 L/M y estos litros por minuto son igual a 2.19 GPM.
Se sabe que la por cada 2.31 pies de head equivale a 1 PSI; así que pasamos los 2.6m de head a pies y tenemos que son equivalentes a 8.53 pies de head. Este número lo dividimos por los 2.31 pies y como resultado tenemos:
8.53/2.31 = 3.70 PSI
Ya teniendo los datos de PSI de la bomba, sabemos que esta puede mantener un caudal de 2.19 GPM con 3.70 PSI de presión; ahora tenemos que determinar si las restricciones de nuestro loop se acomodan a la presión de la bomba. Ya que esta bomba viene con un Kit que solo permite tener un bloque en el CPU, vamos a asumir que el loop esta conformado por lo siguiente:
Bloque de CPU = 0.90 PSI de restricción
Radiador de 240mm = 0.25 PSI de restricción
Tubería 2.8 pies = 0.5 PSI de restricción
Racores 6 = 0.50 Psi de restricción
Reservorio = no es significativo
En nuestro loop tenemos una restricción total de 2.15 PSI, si esto se lo restamos a los 3.70 PSI que la bomba produce de presión, tenemos que esta bomba puede mantener un caudal a través del loop de 2.19 GPM y aún así tener un excedente de presión de 1.55 PSI. Estos datos son tomados como que la bomba funcionando al 100% de sus RPM. Haciendo un calculo burdo de regla de tres, podemos estimar que la bomba podría funcionar a un 60% de sus RPM y mantener un caudal arriba de 1 GPM, manteniendo un margen saludable, y manteniendo una presión superior a los 2.15 PSI de restricción que el loop tiene.
Conclusión
Esta entrada esta basada en una publicación del foro de overclock.net de hace ya varios años, así que todo el crédito para el autor original. Consideré que esta información debería de estar en español ya que se mantiene vigente y puede servir a más de algún entusiasta para elegir la potencia de la bomba que debe de colocar en su loop. Pero aclaro nuevamente que el crédito es del autor original y que solo la aplicación de sus principios a la bomba EKWB que utilice durante un tiempo en mi loop de mi propia autoría.
Saludos a todos.-
Israel es un Xennial entusiasta del PC Case Modding y del hardware en general. Ha surfeado la web desde 1995 y ha pasado toda su vida rodeado de PCs, Legos y Nintendos. Siempre aprendiendo algo fuera de las aulas. Cree firmemente que si el hardware no se puede modificar, en realidad no te pertenece y que las computadoras tienen el corazón de quien las diseña y construye.