Adquisición de datos y refrigeración líquida.

Adquisición de datos

y

refrigeración líquida.

Parte I

Introducción

Esta vez y para variar, en vez de hablaros sobre la construcción de un bloque, lo haré sobre un sistema de medición parte adquirido y parte construido por mí, que aplicado concretamente a los circuitos de refrigeración líquida de ordenadores, facilita en buena medida nunca mejor dicho, el estudio de los mismos aunque sólo sea de manera superficial como es el caso que nos ocupa.
Mi intención principal a la hora de escribirlo, ha sido la de contribuir por mi parte, a intentar dar a conocer y describir mediante pruebas prácticas y de forma aproximada, que es lo que sucede y que es lo que no sucede en el interior de un sistema de refrigeración líquida para ordenadores y como puede afectar su funcionamiento, a la refrigeración de los componentes de los mismos.

Este campo de la refrigeración a nivel de usuario normal y corriente, ha evolucionado mucho desde sus inicios en muchos aspectos, en otros no tanto o más bien poco, pero las dudas y preguntas que nos hemos estado haciendo desde entonces hasta ahora muchos de nosotros, siguen siendo las mismas. Por ese motivo y con relación a lo dicho, también haré de vez en cuando algún comentario de opinión sobre algunas cuestiones más o menos típicas, que he podido leer y sigo leyendo en los foros especializados. También en este sentido me gustaría que este artículo, ayudara a que se dejasen de creer, fomentar y debido a ello darse como ciertos, algunos aspectos erróneos relativos a la refrigeración líquida, para que todo aficionado o principiante, pueda tener una mínima base de conocimientos basados en pruebas prácticas más o menos ajustadas a la realidad y no basados en la imaginación como ocurre en más casos de lo deseables.

Como uno tiene sus limitaciones de todo tipo, espero que podáis perdonar los errores y deficiencias que en mayor o menor medida habré cometido al escribirlo. Pero pese a esos errores, espero que en conjunto os sea de utilidad. Ese es el motivo de haberlo escrito y no descarto si fuera necesario y me fuera posible, rectificar su contenido y/o mejorarlo con el fin de que os pueda servir de mejor manera. Cualquier comentario o sugerencia al respecto serán bien recibidos.

Aunque llevaba tiempo con la intención de adquirir algún equipo sencillo de medida, basado en un PC para utilizarlo en otras tareas, hasta que no encontré el modelo del que voy a hablar y sus posibilidades, no tenía un especial interés en lo relativo a la toma de temperaturas y menos aún en poder medir caudal o presión en un sistema de refrigeración líquida.
La capacidad de poder realizar simultáneamente y en tiempo real, diversos tipos de medidas, fue lo que inicialmente me animó a montarlo y utilizarlo para este fin, ya que permite facilitar ese estudio comentado, tanto del circuito de refrigeración en su conjunto, como el de componentes por separado.
Pese a su sencillez si se le compara con otros modelos mucho más elaborados y también caros, los resultados finales han sido bastante buenos dentro de lo cabe y mejores de los que me esperaba desde un principio. He intentado mejorar algún apartado en lo posible y de hecho ha estado desde el principio en continua evolución, pero aunque a día de hoy son muchos los detalles aún mejorables, también hay que acabar las cosas dentro de un periodo de tiempo razonable, antes de que uno se termine cansando más de la cuenta y se corte por lo sano antes de lo deseable. A día de hoy, auque hace mucho tiempo que lo dí por acabado, detalles como la sensorización del procesador, siempre será algo que de trabajo por los lógicos cambios de modelos.

Es posible que para la mayoría de las personas que tienen un sistema de refrigeración de éste tipo, les parezca poco importante o interesante el tema sobre el que voy a hablaros. Realmente no es necesario saber o entender, muchas de las cosas que voy a explicar a partir de ahora, para tener instalado uno de estos sistemas. Con que cumpla su cometido y se tengan los conocimientos básicos para su mantenimiento, para muchas personas es más que suficiente. Y que conste que yo mismo en parte me incluyo en ese grupo, por que después de todo y aunque no dejen de resultar interesantes algunos resultados que podréis ver más adelante, también por otro lado, no dejo de verle a todo esto de realizar medidas tan exhaustivas a éste tipo de instalaciones tan banales, cierto grado de absurdo y utilidad relativa. Siempre lo he visto de esta manera y ni siquiera ahora que escribo sobre ello, voy a cambiar de parecer. Supongo que en parte será, por que la refrigeración líquida para mí ha supuesto más que una finalidad en sí misma, un medio o excusa para explotar algunas de las inquietudes que uno tiene, como igualmente me pasa con la construcción de bloques,

A aquellos que les guste experimentar con sus sistemas de refrigeración líquida para intentar mejorarlo o simplemente tengan la curiosidad de saber algo más de lo que ocurre en los mismos, les animo a seguir leyendo. Y como suelo decir, aunque comprendo que se os pueda hacer muy largo y pesado, por que realmente lo és, espero que a cambio obtengáis algo positivo de su lectura, la cual desde ya agradezco lo leáis al completo o no.

Esto que estáis leyendo, es la primera parte de un artículo que en principio sólo constará de otra parte más y que se publicará más adelante. En esta primera parte, me limitaré a hacer una descripción del sistema de medida empleado, comentar su construcción, utilización y algunos conceptos generales que me parecen oportunos comentar o explicar, tengan mucho o poco que ver con el tema y estén más o menos acertadamente explicados.
La segunda parte estoy casi seguro que será de mayor interés para vosotros, por que en ella es en donde expondré datos extraídos a partir de pruebas prácticas de distinto tipo, realizadas con la intención de solventar en lo posible, las dudas más habituales relacionadas con el funcionamiento de estos sistemas de refrigeración. Esta segunda parte a día de hoy no tiene fecha de publicación, no puedo aproximarla y ni siquiera asegurar que terminaré haciéndola, pero en el caso de que así sea, intentaré que no se extienda demasiado en el tiempo.

Las razones por las que no se publica directamente la segunda parte con las pruebas son varias.
Primeramente por que cuando se exponen resultados y posibles conclusiones sobre unas medidas realizadas, que menos que explicar que medios se han utilizado para ello y en qué condiciones se han realizado.
Otra razón importante o la más importante, es poder orientar en lo posible con su lectura, a todo aquel que decida utilizar un sistema de medida similar o parte de él, como puedan ser por ejemplo la utilización de sensores y algunos procedimientos similares a los que he utilizado, ya que el uso de los mismos sensores por ejemplo, no obliga a utilizar un sistema de medida de éste tipo y aunque con ello se pierdan muchas ventajas, no es imprescindible. Con un simple y barato polímetro o multímetro, las medidas propiamente dichas, pueden llevarse a cabo sin mayores problemas en la gran mayoría de los casos de forma muy similar.

La división por tanto de ésta primera parte que nos ocupa, queda de la siguiente manera:

Consideraciones Iniciales.

Descripción general.

Elementos que lo componen.

  • Datalogger.
  • Software.
  • Acondicionamiento de señales.
  • Sensores.

Sensores utilizados.

Otros elementos.

  • Verificación del sistema.
  • Banco de pruebas.

Sensorización de procesadores.

  • AMD Athlon XP
  • AMD Athlon 64

Consideraciones Iniciales.

Sólo es necesario tener unos mínimos conocimientos de electrónica básica para entender casi todo el proceso de construcción, ajuste y funcionamiento del sistema de medida, pero de todas formas intentaré explicar lo suficiente, como para que pueda ser entendido por el mayor número de personas independientemente de sus conocimientos, a costa de que para otros, algunas de esas explicaciones les resulten innecesarias. Por esa misma razón, antes de empezar la descripción y para que podáis ver sentido a lo que leáis a partir de ahora, creo necesario explicar ciertos detalles generales con respecto a la toma de una medida de una magnitud física, como puedan ser por ejemplo la temperatura, presión, etc. Y la instrumentación utilizada para ello.

También he de advertir que desde un punto de vista serio, aparte de no ser yo el que escribiera estas líneas, lo pertinente sería que a parte de describir detalladamente el método o procedimiento de medida, es que siempre que se ofrezcan datos de las mismas, como los que ofreceré sobre todo en la segunda parte, se hiciese una indicación de que el instrumento posee la calibración necesaria e incluso el correspondiente certificado de calibración, pero está claro que un sistema, el cual parte de él está hecho y calibrado por uno mismo sin los medios ideales, lo lógico es que no lo posea y únicamente que no es poco, he tenido como equipo de referencia, un buen multímetro modelo Fluke 45 más algún que otro aparatejo.

Empezaré diciendo, que ante cualquier medida se puede y de hecho se cometen inevitablemente en mayor o menor grado, errores en las mismas debido a causas muy diferentes.
Algunos errores que en principio puede ser los más difíciles de corregir, pueden producirse de forma aleatoria y otros en cambio ocurren de forma constante o sistemática en un mismo sentido con respecto al valor real de la magnitud a medir, ya sea en el sentido de darnos un valor mayor o menor con respecto a ese valor real.
Dentro de este último tipo, podemos encontrarnos por ejemplo, con el error producido por el instrumento de medida en cuestión, mala calibración del mismo, un mal procedimiento a la hora de tomar la medida con respecto al propósito de la misma, colocación inadecuada del sensor o incluso a una mala lectura del instrumento por nuestra parte según sea el caso, pero resumiendo os diré, que la cantidad de factores de distinto tipo que pueden contribuir a aumentar esos errores en mayor o menor medida, pueden ser realmente numerosos y de origen muy diferente.

Quisiera también explicar algunos conceptos o propiedades atribuibles a las medidas, a los instrumentos utilizados para realizarlas o a los sensores y transductores encargados de hacer de puente, entre la magnitud física a medir y la electrónica asociada al sistema de medida como pueden ser las siguientes:

La exactitud de una medida, podría definirse como la capacidad de aproximarse en mayor o menor grado de acierto, al valor real de la magnitud a medir o valor tomado como referencia y está determinada por la suma de los diferentes errores que se puedan producir durante la misma, tanto los producidos de forma sistemática como aleatorios comentados anteriormente.
Según las necesidades, una adecuada calibración del sensor o instrumento de medida para reducir el error producido de forma sistemática, es indispensable para mejorarla.
Para ello es necesario, realizar una comparación entre el valor de la medida que nos pueda ofrecer el sensor o instrumento que queremos calibrar, con la medida que nos pueda ofrecer en las mismas condiciones de medida, otro sensor o instrumento en principio de mejores características, el cual utilizamos a modo de referencia o patrón para realizar la comentada calibración.
El valor de exactitud se suele dar en las unidades de la magnitud de entrada, o bien en tanto por cierto del fondo de escala de medida del sensor. Así como también se puede ver en ocasiones como el fabricante de un sensor ofrece el valor de exactitud típico esperable o el mínimo valor garantizado, ya sea en el 100% de la producción del mismo o no.
En ocasiones los fabricantes ofrecen un valor de exactitud sólo en un determinado rango de medida del equipo o sensor o en unas condiciones determinadas de temperatura, humedad, entre un periodo de tiempo determinado, etc. Y no tanto por ejemplo en todo un rango de medida o en condiciones más adversas que se podrían dar en algún caso concreto de utilización.

Si es necesario, igualmente se debe de realizar esta operación de calibración en todo el rango de escala de medida que se vaya a utilizar para las mismas, con el fin de mejorar o mejor dicho compensar, la falta de linealidad del sensor a calibrar, si ésta linealidad en su respuesta fuera insuficiente y si por supuesto, el sensor o instrumento de medida que utilicemos como referencia, tuviera una linealidad mejor.

Cuando comparamos la diferente proporción en la respuesta del sensor que estamos utilizando, con respecto a un valor de entrada lineal, correspondiente a la magnitud a medir en todo el margen de operación del mismo, obtendríamos la linealidad del sensor y lo que se suele ver expresado, es la falta de linealidad del mismo. Es decir, sería lo que varía la exactitud en la respuesta de un sensor, en todo ese rango de medida en el que es capaz de operar, con respecto al valor real de la magnitud que estamos midiendo.
Un sensor o un instrumento puede dar medidas muy exactas en un determinado punto de su escala de medida, pero si esa falta de linealidad de por ejemplo el sensor, sean o no debidas a condiciones ambientales, como por ejemplo un aumento de la temperatura, humedad o interferencias de todo tipo que pudiera afectar a alguno de sus componentes, etc. Y ésta no es corregida o compensada de algún modo, perderemos exactitud en el resto del rango de operación del mismo y esto como veremos, puede ser un problema importante cuando debemos realizar alguna medida concreta, como por ejemplo comparar la respuesta de más de un sensor, con la posibilidad de que en el peor de los casos al hacerlo, se pueda sumar la falta de linealidad en la respuesta de cada uno de los sensores.
Los fabricantes de sensores cuando ofrecen este dato, pueden dar valores de linealidad típica y/o máxima esperable, teniendo en cuenta los márgenes de error en la fabricación del mismo. Se suele dar en tanto por cierto para todo el rango de medida o fondo de escala o bien, en las mismas unidades de la variable que estamos midiendo.

La precisión, vendría a ser el mayor o menor grado de concordancia, entre los valores resultantes de medidas realizadas de forma independiente y en unas condiciones determinadas, como pueda ser el equipo de medida, procedimiento, condiciones ambientales etc. Es decir, además del concepto de veracidad, otra de las variables que determinan la exactitud sería la precisión y por lo tanto, una medida exacta ha de ser también precisa y esta precisión está determinada por los errores aleatorios comentados anteriormente. En cambio, una serie de medidas tomadas con precisión, no necesariamente han de ser también exactas con relación al valor real de por ejemplo, la magnitud física que estemos midiendo.

Si esas medidas transcurren dentro de un corto periodo de tiempo y en las mismas condiciones, esa precisión está determinada por la repetibilidad. Y cuando el número de condiciones fijadas inicialmente o alguna de ellas varía, en mayor o menor proporción, como por ejemplo, el tiempo transcurrido entre la realización de cada una de ellas, determinaría la reproducibilidad. Una deriva en la respuesta de un sensor por envejecimiento del mismo, por que varíe su sensibilidad o su salida con referencia a un valor de entrada con nivel 0, o sea por la deriva de cualquier otro componente electrónico que intervenga en el sistema o instrumento de medida, conexiones, etc. Podrían ser también una causa de esa falta de reproducibilidad en los resultados.

La repetibilidad es un factor importante, en el sentido de que si por ejemplo estuviésemos probando un determinado bloque y obtenemos en distintos montajes del mismo y siempre en las mismas condiciones, mismos componentes, posición de los mismos etc. Unos resultados en las medidas muy similares, podría ser un indicativo de la fiabilidad del instrumento de medida, del procedimiento realizado en la misma e incluso la propia colocación del bloque con lo que ello puede suponer, como por ejemplo que tenga o no un sistema de sujeción fiable.
Pero como digo, esto desde el punto de vista de buscar fiabilidad con varias medidas, si tenemos un sensor instalado en el lugar equivocado, por muy repetibles que sea las medidas realizadas, ninguna de ellas será buena.
También puede ocurrir que una repetibilidad realmente mala y no esperable, puede ser un indicativo de una mala conexión eléctrica, colocación inestable de un sensor, mala instalación del componente, etc. Lo cual nos puede ayudar a localizar donde podemos tener un problema en el procedimiento de medida, instalación etc. Quisiera incluir en la segunda parte alguna prueba o simplemente comentarios sobre los problemas que nos podemos encontrar en nuestros sistemas, cómo localizarlos y solventarlos. Ya veré si me pongo con ello, por que en principio no debería de hacer falta.

La proporción entre la variación en el nivel de respuesta de salida de un sensor, con respecto a la unidad de la magnitud a medir en su entrada, representaría la sensibilidad del mismo. En el caso por ejemplo del sensor de temperatura utilizado, este ofrece a su salida, una tensión de 10 milivoltios (mV) por cada grado centígrado de temperatura a la que se encuentre, Ej.: 10 mV/ºC y el de presión 266mV por PSI o 0,703 m.c.a.

Otro de los conceptos más importantes junto con la búsqueda de una buena linealidad, es también la que más me ha costado conseguir y esta es la resolución. Esta sería la mínima variación de la magnitud a medir, que puede ser expresada por el equipo o instrumento de medida.
En el caso de que esa magnitud fuera la temperatura por ejemplo, obtendríamos diferentes resoluciones según nos pueda expresar el correspondiente termómetro, unidades, décimas, centésimas de grado etc. Como por ejemplo 1ºC, 0,1ºC, 0,01ºC, etc. En otras ocasiones puede verse expresada en número de bits, como en el caso de un convertidor Analógico/Digital o en número de dígitos visibles en la pantalla, de por ejemplo el multímetro que he estado utilizando, etc.

Esta propiedad es especialmente importante, cuando se tiene para medir una misma magnitud, varios sensores calibrados entre ellos y repartidos por distintos puntos del circuito, con el fin de poder apreciar, las algunas veces muy pequeñas diferencias de por ejemplo temperatura o presión que podemos llegar a medir y poder tomar con ello las pertinentes conclusiones sobre las mismas.
Para ello, después de la correspondiente calibración, una resolución adecuada al propósito es el factor más importante. Si la resolución obtenible no es la suficiente, no podremos apreciarlas y os puedo asegurar que esas diferencias en algunos casos son realmente pequeñas e imposibles de apreciar con medios modestos, como la utilización de los típicos termómetros usados habitualmente en informática e incluso mejores.
También para poder afirmar que hemos obtenido una exactitud determinada en una medida, necesitamos poder obtener la resolución adecuada a ese valor de exactitud.

Por último y aunque esté más relacionado con las propiedades o características de los sensores, quiero comentar aquí un detalle que podría influir de forma importante en una medida si no se tiene en cuenta. Y este es la capacidad que pueda tener un sensor de poder ser reemplazado, en caso por ejemplo de avería, sin que sea necesario un ajuste o calibrado posterior.
Es habitual que entre distintas unidades de un mismo modelo de sensor, no respondan de igual manera ante una misma variación de la magnitud que estamos midiendo, por pequeñas diferencias que puedan existir durante su fabricación, luego entonces puede ser necesario como digo, una calibración posterior.

Descripción General.

Para poder describir este sistema de medida, primero tendría que definir de forma generalizada, que es un sistema de adquisición de datos.
Este vendría a ser aquél equipamiento, que nos permite obtener y registrar para su posterior procesamiento, almacenamiento o estudio, datos procedentes de medidas de variables o magnitudes físicas como puedan ser en el caso que nos ocupa, temperatura, caudal, presión y en general, cualquier otra magnitud siempre y cuando utilicemos para ello, el sensor o transductor correspondiente.
De esta manera, la respuesta de un sensor o transductor relacionada con esa magnitud física, casi siempre mediante una señal eléctrica variable en corriente o variable en tensión y por lo general analógica, es convertida a una señal digital procesable por un PC, a través de un convertidor analógico/digital y esa información es factible o bien de ser utilizada en un sistema de control en diverso tipo de maquinaría o bien como es el caso que nos ocupa, de ser registrada y representada en un PC, para el correspondiente estudio de la misma utilizando el programa informático adecuado.
Es muy habitual, por diversas razones que explicaré, el tener que adaptar la señal de salida ofrecida por el sensor, a la necesitada en la entrada del convertidor analógico/digital comentado. De eso se encarga una etapa del proceso, que es la que se ocupa del acondicionamiento o adaptación de la señal ofrecida por el sensor, a la requerida a la entrada de la fase de procesamiento de la misma, llevada a cabo por el convertidor.
A nivel hardware, se puede decir que este convertidor es la parte más importante del sistema, por que de sus características dependerá la calidad de esa conversión Analógico-Digital y por tanto los resultados finales.

Os podéis imaginar que bajo esta definición o parte de ella, podemos encontrar en la vida diaria, sistemas similares pertenecientes a infinidad de aparatos, maquinaría, etc. Un vehículo moderno es un buen ejemplo de ello. Pose un gran número de sensores que junto con la electromecánica asociada, son necesarios hoy día para el correcto funcionamiento y gestión del mismo, ya sea en apartados como el de la gestión del motor, climatización, elementos de seguridad pasiva y activa, como pueda ser la dirección, suspensión, frenos, etc.

En cuanto a las diferencias entre sensores y transductores y aunque en ocasiones puede vérseles nombrar de igual forma a todos ellos como sensores, concretamente el sensor vendría a ser aquél dispositivo capaz de responder de alguna forma a ciertas variables físicas, de tal modo que con esa respuesta, podamos tener un valor objetivo de la variable que estamos midiendo.
Según su forma de interactuar o según sea su principio de funcionamiento, se les puede denominar de formas diferentes. Algunos son pasivos, otros activos como cuando es necesario ofrecer al sensor algún tipo de excitación eléctrica. Captores, detectores, actuadores, inductivos, resistivos, piezoeléctricos, semiconductores, de efecto Seebeck, efecto Hall, etc.

El término transductor, estaría más orientado a denominar a aquel dispositivo, cuya principal característica es la de convertir, durante el proceso de medida, un tipo de energía en otro diferente, el cual es el utilizado finalmente para la medida, pudiendo ser además este proceso reversible.
Esta conversión es perjudicial en mayor o menor grado según los casos, por que también en mayor o menor grado, esa conversión de energía está influyendo en la variable que precisamente estamos midiendo. Aunque en la práctica, lo que suelo ver es referirese a todos ellos como sensores.


Un ejemplo sería el transductor de tipo turbina que he utilizado para medir el caudal que circula por el circuito, el cual, inevitablemente restringe el paso del agua de forma importante, afectando precisamente la misma variable que quiero medir, el caudal. Aparte del freno que supone para el flujo de agua su propia carcasa, parte de la energía cinética del agua es utilizada para mover la comentada turbina. Y no sólo al caudal, sino que también y debido a ese mismo freno, también modifica los valores de presión estática medibles en el circuito, pudiendo en según qué casos, alterarla negativamente si no se tiene en cuenta a la hora de realizar ciertas mediciones.
Un caso contrario a lo comentado, sería por ejemplo aquellos termómetros llamados pirómetros, que basados en la medida de la emisión electromagnética del objeto, como pueda ser el infrarrojo, permite conocer a distancia su temperatura sin interferir con el mismo. Y un ejemplo de reversibilidad, se tendría con los sensores piezoeléctricos, los cuales cuando son sometidos a un esfuerzo mecánico, pueden producir internamente, una señal de bajo voltaje y cuando al contrario, cuando en según qué casos se les aplica cierta tensión, son capaces de deformarse produciendo algún tipo de desplazamiento o vibración como pueda ocurrir con algún tipo de transductores de ultrasonidos.

Elementos que lo componen.

Este Sistema de Adquisición de Datos, lo componen los siguientes elementos:

  • Un Datalogger comercial o registrador de datos, conectable a un Pc con su propio software, cuyo componente interno principal es el comentado convertidor Analógico/Digital.
  • Una caja de construcción propia, con la electrónica de alimentación y acondicionamiento de la señal correspondiente.
  • Los respectivos sensores de temperatura, caudal, presión u otro tipo de sensores que se quieran utilizar.

    El Datalogger.

    El Datalogger o registrador de datos, es junto con el software del mismo fabricante, el equipo principal del sistema. El fabricante es Pico Technology y el modelo es de los más sencillos del catálogo. En concreto es el ADC11/10.
    Es un aparato bastante pequeño y sencillo, aunque no por ello precisamente barato, por que después de tener que repararlo tras una avería, pude ver que su interior es realmente simple y ningún componente de su interior justifica ese precio, aunque también es cierto que no hay que pagar aparte por el Software.
    Internamente el componente electrónico principal es el convertidor Analógico/Digital, el cual llegué a sustituir para hacer algunas pruebas. Su conexión con el PC en este modelo concreto se realiza mediante el puerto paralelo, del cual toma su alimentación y por lo tanto no es necesario alimentarlo externamente.

    Se pueden medir con él, tensiones contínuas y alternas hasta los 2,5V y frecuencia . Su resolución es de 10Bits, tiene una exactitud del 1% FSD (deflexión a fondo de escala) y puede tomar 15.000 muestras por segundo.
    Mediante la aplicación software que posee y como veremos más adelante, permite realizar calibraciones por software para ajustar o calibrar la respuesta de un sensor, ya sea de forma lineal o no, con la ventaja de no tener que hacerlo mediante hardware, facilitando enormemente ésta tarea.
    Posee 11 canales de entrada, es decir, se pueden conectar y trabajar a la vez, con hasta 11 sensores si fuera necesario y para explicar su funcionamiento de una forma sencilla y simplificada, se puede decir que simplemente se limita a medir tensiones o frecuencia, de forma similar a como lo podríamos hacer con un sencillo polímetro, por cada uno de esos 11 canales de entrada. Aunque lógicamente la diferencia está, en que en este caso se pueden almacenar los valores pertenecientes a esas medidas realizadas, para poder posteriormente consultarlas, presentarlas en pantalla en tiempo real e igualmente poder representar gráficamente esos valores, exportarlos a una base de datos, etc.

    Entre otros factores esta resolución de 10Bits del convertidor analógico digital, junto con la tensión máxima de entrada medible por el equipo, que en este caso son 2,5V, nos indicaría la cantidad de valores posibles que ponemos tener a la salida del convertidor, con el que se realiza el muestreo de la señal de entrada, a mayor número de valores, menor será la variación de tensión de entrada apreciable por el equipo y mayor será por tanto la resolución.
    Estos datos por lo tanto, nos estarían indicando que capacidad tenemos de poder apreciar o no, una pequeña variación de la magnitud física que estamos midiendo. La resolución anteriormente comentada.
    Para realizar el cálculo que necesitamos para saber que resolución podremos obtener, hay que dividir la tensión máxima de entrada o la de fondo de escala, por 2 elevado al número de Bits del convertidor -1. En este caso tendríamos los 2,5V/ 1024-1 = 2,4mV. Los 1023 serían la máxima cantidad de muestras que toma el convertidor de la tensión de entrada cuando ésta también es máxima.
    De esta forma, si por ejemplo un sensor de temperatura ofrece una tensión de 1,5V a la entrada del convertidor, el convertidor habría realizado, 1.5V/0.00244V/paso, sólo 614 muestras de las 1023 posibles si fueran 2,5V y cuanto mayor sea el número de muestras que realicemos independientemente del nivel de salida que nos ofrezca el sensor, menor será la variación de la misma que podremos apreciar, mejorando la resolución y la capacidad de poder medir menores diferencias de temperatura, presión, etc.
    Por esa razón es conveniente, que la señal o tensión de entrada al convertidor, sea amplificada si es necesario, para ajustar su rango de respuesta tanto al mínimo como al máximo, con el rango de entrada del convertidor, es decir, los 2,5V máximos comentados para que de esta forma, se pueda conseguir la resolución necesaria si la tensión ofrecida por el sensor, no es los suficientemente alta para ello.
    De igual manera que por ejemplo, un sensor como el de presión utilizado en las pruebas, ofrece una tensión de 266,6mV/PSI (266mV o 0,703 m.c.a), podré calcular que mínima variación de presión podré apreciar realizando estos cálculos.
    De todas formas, como veremos especialmente en el apartado de temperaturas, es la práctica y la calibración lo realmente válido en éste sentido y como también veréis, la amplificación también tienes sus inconvenientes.

    El Software.

    Función también importante es la que cumple el software a utilizar, por que es el que nos va a poder permitir aprovechar convenientemente el hardware disponible. Operar y/o almacenar los datos provenientes del convertidor y representarlos en la pantalla de nuestro PC de forma conveniente y entendible, exportar/importar datos, configuraciones, etc.
    Pertenece al propio fabricante del Datalogger, aunque posee drivers para poder utilizar otros programas si lo deseamos, como puede ser el Software Labview de National Instruments.

    Consta básicamente de dos aplicaciones llamadas PicoLog y Picoscope y aunque podría ser mejorable en unos cuantos apartados a nivel funcional y también ser algo más estable, en términos generales cumple bastante bien con el propósito. Características importantes del software que facilitan el trabajo serían las siguientes:

  • Posibilidad de poder hacer calibraciones sean o no lineales mediante parejas de valores o ecuaciones.

  • Poder realizar formulaciones con los valores de entrada provenientes de los sensores de uno o más canales. Es decir, se pueden realizar determinadas operaciones matemáticas entre esos valores, para poder calcular por ejemplo, diferencias de presión y temperatura, entre distintos canales de entrada que pudieran estar situados en diferentes puntos del sistema de refrigeración o realizar cálculos más complejos, como puede ser calcular mediante la formulación correspondiente, la cantidad de calor en agua a la salida del bloque, la que cede el agua al radiador, el valor de resistencia térmica del sistema, velocidad del flujo de agua en un determinado punto y con ella aproximar qué tipo de flujo podemos tener en un determinado momento, potencia hidráulica disipada en una determinada sección o generada por la bomba, etc. Y todo ello en tiempo real.

  • De la misma forma, también se pueden crear canales de parámetros calculados que yo llamaría virtuales, en los que se nos ofrece el resultado de esas operaciones como si fuera un canal más de entrada de un sensor real y poder ver por ejemplo, ya sea temperatura, caudal o presión en las unidades del sistema de medida que uno quiera. Es decir, poder ver por ejemplo, un mismo valor de temperatura en ºC, ºK, Fº o si es de presión poder ver el valor en P.S.I, Kg/cm², Pascales, Bares o cualquier otra unidad que se quiera igualmente en tiempo real.

  • También se tiene la posibilidad de ajustar, cada cuanto tiempo queremos realizar la toma de una lectura, entre los distintos canales desde un mínimo de 1ms. Aunque normalmente el tiempo que suelo utilizar es de un segundo, según que queramos medir o percibir, tendremos que elegir un tiempo de lectura determinado. En cuanto a la temperatura, es la del procesador la que puede variar más rápidamente sobre todo en el momento del arranque del ordenador, a partir de ahí, la variaciones son más suaves pero contínuas mientras estamos trabajando con casi cualquier aplicación. En estas situaciones, es posible necesitar un tiempo de lectura menor, pero en general, en el resto del sistema las variaciones de temperatura son bastante lentas y terminan por estabilizarse al poco tiempo. Debido entre otras cosas al relativo alto valor de calor específico del agua.
    En cuanto al caudal y mientras no modifiquemos el circuito, éste lógicamente se estabiliza rápidamente una vez en marcha la bomba, pero no ocurre lo mismo con los valores de presión estática en todo momento y lugar, es decir, aunque ciertos valores si permanecen más o menos estables mientras sea estable el caudal, en determinados puntos varía de forma importante fluctuando sus valores dependiendo del tipo de bomba que estemos utilizando.

  • Se puede igualmente calcular valores promedios, máximo y mínimos de una sucesión de medidas. El poder calcular un valor promedio de un determinado número de medidas aisladas, puede ser de importancia en algunas ocasiones, como por ejemplo durante una calibración entre otras. Se puede por ejemplo, tomar un valor de medida cada segundo, durante una hora y obtener un promedio o un valor máximo o mínimo de entre todos esos 3.600 valores medidos. En muchos casos, es más conveniente por la razón que comenté de mejorar la precisión, si se toman valores promedios. Cuantos más valores se tomen en una misma medida en las mismas condiciones, en principio menos error cometeremos durante una calibración por ejemplo. Esta posibilidad me fue muy útil cuando estuve calibrando la respuesta del sensor de caudal.
    Como ejemplo de lo comentado, os pongo unas imágenes para que lo podáis ver.
  • En la imagen podéis ver la ventana principal de la aplicación Picolog. En esta ventana se configura la aplicación y se pueden ver lo canales que están configurados y activada su visualización, ya sean canales de entrada reales como los canales virtuales de parámetros calculados. Canales en ese momento configurados y visibles, se pueden ver algunos indicando la temperatura de distintos puntos del circuito, otros en cambio indican la diferencia de temperatura entre algunos de los anteriores. Aunque en ese momento no estaba la bomba en funcionamiento, también se pueden ver datos de caudal en diferentes unidades, l/h, l/min, m³/h. Datos de presión en mH2O, bares, kg/cm², PSI, atmósferas, etc.
    Como ya comenté, otros cálculos que se pueden realizar en tiempo real y que también se pueden visualizar por que lo configuré con ese fín, son por ejemplo en este caso, la cantidad de calor expresado en watios que aporta el bloque al agua que lo refrigera (no tanto la generada íntegramente por el procesador debido a las lógicas pérdidas) o que se disipa en el radiador teniendo en cuenta la diferencia de temperatura del agua entre sus entradas y salidas y el mismo caudal que los atraviesa y que podéis ver con la letra "W". También en "E-W bomba", puede verse también expresada en watios, la energía mecánica perdida o que genera la bomba, para mantener un caudal determinado a través del circuito. La energía ahí expresada, está calcula en base a una diferencia de presión y un caudal determinados y que se pueden estar midiendo simultáneamente con otros canales. De esta forma, también se puede calcular la energía mecánica disipada en un bloque de agua u otro elemento conociendo la diferencia de presión comentada entre los dos extremos de ese ese tramo o componente.

    En estas dos capturas, se puede ver lo que podría ser una disposición típica de trabajo mientras se realizan pruebas. Además de la ventana principal, normalmente puede ser necesario visualizar la ventana en donde se recopilan los datos y que ha ido recolectando la aplicación ordenados por canales y por tiempos. También la ventana en donde son representados gráficamente, esos datos y que permite mediante el cursor del ratón, poder visualizar los datos numéricos exactos en el punto concreto en donde colocamos el cursor, en cualquier lugar de la ventana o gráfica.

    En estas imágenes se puede ver la configuración de los diferentes canales, sean reales como los virtuales comentados anteriormente. Si bien con limitaciones, se pueden calcular muchos parámetros siempre que conozcamos la formulación a utilizar y dispongamos de los sensores necesarios.

    De izquierda a derecha podéis ver la configuración de un canal de parámetros calculados, los canales virtuales que comenté, con el que calculo la diferencia de presión entre dos canales diferentes, es decir, mediante una simple resta de valores entre los canales de entrada en los que tengo conectados dos sensores de presión. Concretamente en esta captura los canales 2 y 11.

    En la siguiente, la configuración de un canal de entrada de presión, concretamente el canal 1 y la formulación necesaria para que el programa me interprete el nivel de tensión proveniente del sensor, con los valores de presión que en esta pantalla quiero adjudicarle a ese canal. A diferencia de los sensores de temperatura, en este caso el ajuste no lo he hecho mediante parejas de valores al no querer ajustar la falta de linealidad que pudiera tener el sensor, despreciando la falta de exactitud y linealidad que pudiera tener el sensor con respecto a los datos del fabricante. Posteriormente comprobé los valores obtenidos con un manómetro de columna.

    En la siguiente, un canal de temperatura. En concreto es el canal de temperatura de agua de entrada al bloque de agua. En este caso, al contrario que le anterior, he utilizado una serie de parejas de valores con el fin de ajustar su linealidad en todo el margen de medida. Cuantas más parejas de valores se pongan, más ajustada será la respuesta del sensor con la del sensor utilizado como referencia. Obviamente, si el sensor tuviera una linealidad perfecta, no harían falta esta serie de parejas de valores y se podría utilizar una fórmula matemática concreta como en el caso del sensor de presión. Concretamente con una de las parejas de valores, yo le estoy indicando al programa, que cuando llegue a medir un valor de tensión representado por el término de la izquierda de la pareja de valores, me indique o represente una temperatura indicada con el valor de la derecha. Los múltiples valores intermedios de tensión/temperatura que puedan existir, los calcula el programa automáticamente con relación a estos emparejamientos.

    En la última de la derecha, un ejemplo de conversión de presión de m.c.a, a atmósferas de presión y la formulación necesaria, en este caso una simple multiplicación. Cambiando esa multiplicación por ejemplo, se podrían hacer conversiones a otras unidades de presión que quisiera pudiéndolas visualizar igualmente en tiempo real.

    La aplicación comentada llamada Picoscope, es bastante útil en el sentido de que su función es la de ejercer de sencillo osciloscopio. El ancho de banda es muy pequeño y tiene algunos inconvenientes, pero para ciertas cosas que veremos más adelante ha sido muy útil. Esta imagen corresponde a una captura de pantalla del mismo, realizada mientras hacia una prueba que explicaré más adelante. Sin entrar en mayores detalles, podéis ver que se puede visualizar un sencillo osciloscopio de hasta 4 canales y diferentes medidores, Vcc, Vdc, dB´s, frecuencia y un analizador de espectro.

    Acondicionamiento de la Señal.

    Dentro del llamado proceso de acondicionamiento de señal o señales provenientes de los sensores hacia el Datalogger, entrarían cuando fueran necesarias, el amplificado o atenuación de la señal, filtrado de la misma, adaptación de impedancias, excitación de los sensores con la alimentación necesaria, linealización, aislamiento o filtrado de picos de tensiones en las alimentaciones, etc.
    La construí con el propósito de fijar en ella, una fuente de alimentación de + - 15V necesarios para alimentar los distintos sensores con sus respectivos reguladores de tensión y la electrónica encargada de adaptar la salida de los mismos, a la entrada del convertidor, principalmente mediante amplificación con amplificadores operacionales e igualmente poder instalar también todo el conexionado y cableado de los distintos componentes, sensores incluidos, mediante conexiones hembras de tipo Jack estéreo doradas de 3,5mm.

    Con respecto a la utilización de los amplificadores operacionales, el modelo elegido fue el OP177 de Analog Devices, uno por cada canal de entrada. Se pueden ver en las imágenes los condensadores de filtrado de tensión de alimentación y las respectivas resistencias con las cuales se determina la ganancia del mismo según sus valores.
    Después de realizar los cálculos pertinentes, el factor de amplificación para todos los canales rondaba el x6, para conseguir la resolución necesaria mediante la amplificación de la que he estado hablando. Excepto para el canal de medida de temperatura para el sensor situado bajo el procesador Athlon XP y el simulador o banco de pruebas, el cual fue algo inferior.
    Sobre los amplificadores operacionales existe información suficiente en la red, así que explicaré poco sobre ellos. Nada más comentar, que según configuremos su conexionado, podremos conseguir ajustar fácilmente la ganancia de la amplificación con las necesidades requeridas y también si nos conviene, podremos realizar con ellos y de ahí su nombre, determinadas operaciones con sus tensiones de entrada. Sumas, restas de tensiones etc. Para utilizarlos de la manera que más nos convenga. Se podría de esta forma por ejemplo, medir directamente una diferencia de presión o de temperatura entre los valores ofrecidos por dos sensores instalados en diferentes lugares del circuito, sin necesidad de software y utilizando para ello, un polímetro que midiera la tensión resultante equivalente, a medir una diferencia entre dos niveles de presión o de temperatura.

    Aquí podéis ver distintas fases de la construcción de la caja comentada. No tiene mucho que explicar, únicamente que decidí para hacer la circuitería, una placa ya agujereada e hilo de cobre para hacer las conexiones a modo de pistas. Pese a su mediocre estética, es perfectamente funcional, el tiempo de realización es mínimo y además tiene la ventaja de poder hacerse modificaciones de forma rápida y sencilla, soldando o desoldando lo que haga falta, aunque por suerte apenas fue necesario. La circuitería es bastante simple y repetitiva y aunque pueda parecer lo contrario, no es complicado realizarla y menos aún comprobarla antes de la primera prueba.

    Sensores.

    Voy a hablaros a continuación sobre el uso de los sensores utilizados, pero antes me parece imprescindible explicar por que es útil medir estas tres variables, temperatura, caudal, presión y la relación que existe entre ellas, cuando lo que queremos es estudiar, aunque sólo sea de manera superficial como comenté, el funcionamiento de un sistema de refrigeración líquida y en general el de cualquier otro circuito hidráulico de similares características.

    En cuanto al porqué medir temperatura en un sistema de refrigeración, sea o no líquida, tiene poco que explicar. Muchos usuarios de ordenadores, no saben siquiera que pueden llegar a conocer la temperatura de los componentes de los mismos y tampoco tiene porqué interesarles especialmente, para muchos de ellos, mientras que el ordenador les siga funcionando es suficiente y esto es perfectamente comprensible. Pero cuando tenemos instalado un sistema de refrigeración líquida o simplemente nos preocupamos por instalar un disipador de mejor calidad, se supone que por lo menos en algo nos ha de preocupar la temperatura de nuestros componentes. Pero aunque sea la variable más importante a medir cuando se intenta verificar la efectividad de un sistema de refrigeración y lógicamente habitualmente lo único que se mide, es frecuente que no se corresponda la preocupación por hacer una buena instalación y adquirir los componentes de un sistema de refrigeración líquida adecuados y con frecuencia caros, con la preocupación de asegurarse de que estamos haciendo una buena medida de la misma o como mínimo, ser conscientes de lo deficiente que es o puede llegar a ser para por lo menos tenerlo en cuenta.

    Otro motivo también importante, es que si la refrigeración está basada en la conducción de calor y esta a su vez implica la existencia de una diferencia de temperatura sin la cual no existiría, (algo similar ocurre entre corriente/tensión eléctrica y caudal/diferencia de presión) el que podamos medir estas diferencias de temperatura entre distintos puntos del sistema de refrigeración, nos permitirá deducir junto con algo de experiencia y sobre todo lógica, que en el caso de apreciar una falta de efectividad del mismo, en qué componente o componentes podemos tener un problema de instalación, mal uso o simplemente deducir que no hemos acertado con la elección del mismo.
    La mayor o menor cantidad de calor a evacuar y por tanto a disipar y la mayor o menor capacidad del sistema para hacerlo de forma eficaz, por parte de sus componentes y la efectividad de sus uniones térmicas, incluida por supuesto la que pueda tener el agua con el resto de componentes, serán los que determinen esas diferencias de temperatura que puedan existir entre esos mismos componentes o elementos del sistema, incluida como digo la de la propia agua.

    En cuanto al caudal, después de la temperatura podría ser la variable más importante a tener en cuenta. Entendiendo por caudal, como la cantidad de un fluido, agua en nuestro caso, que siendo expresado en unidades de volumen, discurre a través de la totalidad del circuito de refrigeración o cualquier sección del mismo, durante un determinado periodo de tiempo.
    Lógicamente en un sistema de refrigeración de este tipo, el agua y por lo tanto el caudal, son un eslabón imprescindible en la cadena de transporte del calor, entre los componentes que lo generan y el radiador que lo disipa al aire ambiente, puesto que es ésta, la que viene a unir térmicamente los componentes encargados de hacer de intercambiadores de calor, ya sea en un sentido o en otro, como son principalmente el bloque de agua que introduce el calor en el sistema y el radiador el encargado de expulsarlo. Bien podríamos calificar el agua, como el único componente móvil de un sistema de refrigeración líquida.

    Por esta razón, el poder concretar qué cantidad de agua fluye por nuestros componentes y cómo influye en la eficacia de los mismos, ya sea de forma global o individual por componente, es un factor importante para poder tomar ciertas conclusiones. Podremos relacionar por ejemplo, el caudal que discurre por un bloque o radiador con su mayor o menor eficacia. O por ejemplo también, podremos apreciar el freno al flujo de agua que supone utilizar un determinado bloque, radiador o cualquier otro elemento con respecto a otro, comparando los diferentes valores de caudal que nos permite cada uno de ellos cuando realizamos las medidas en unas determinadas condiciones.

    El intentar mantener el mayor caudal posible dentro de unos límites útiles, prácticos y razonables, no sólo supone por definición, el implicar en el intercambio térmico una mayor cantidad de agua en el proceso durante un determinado periodo de tiempo, sino que también implica y es una factor importante, una mayor velocidad del flujo en todo el circuito con las ventajas y desventajas que ello supone.
    Una ventaja importante del aumento de caudal, es la mejora del intercambio térmico por convección que ocurre en el interior de componentes como son el bloque y el radiador. En el caso del bloque, este debe de trasmitir al agua una cantidad relativamente importante y concentrada del calor generado por el procesador y es ésta mayor velocidad del flujo, la que influye positivamente en la reducción de la llamada en mecánica hidráulica, capa límite.
    Características del fluido que influyen en la transmisión de calor por convección son su conductividad térmica, calor específico, así como también otras propiedades físicas como su densidad, viscosidad y velocidad del flujo. Igualmente por producirse inicialmente la transmisión de calor por conducción, la cantidad de calor disipado también va a depender de la diferencia de temperatura de las paredes del bloque y radiador, con la temperatura del agua o aire que los refrigera.

    La viscosidad, que se manifiesta cuando un fluido se encuentra en movimiento y que puede verse alterada por la misma temperatura, podría definirse como la resistencia que opone un fluido a su flujo, movimiento o deformación, al aplicar sobre él una determinada fuerza.
    Entre otros factores esta viscosidad, es la causante de la aparición de esta llamada capa límite comentada, de restricciones debido a la fricción y de que podamos medir debido a ellas, diferencias de presión de las que más adelante hablare. Entendiendo como restricción, la oposición o resistencia que por distintos motivos, generan todos y cada uno de los elementos del sistema, al flujo de agua generado por la bomba, incluida la producida en el seno del mismo líquido refrigerante debido a la comentada viscosidad.

    Esta llamada capa límite y también térmica al fin al cabo, se forma cuando un fluido como en nuestro caso el agua, al circular sobre una superficie sólida, la viscosidad de la misma y la fricción, ya sea ésta producida entre el fluido y la superficie sólida, como entre las propias moléculas que forman el agua, provoca que la velocidad del fluido disminuya cuanto más cerca se encuentre éste de la superficie de contacto, llegando incluso a un punto en el que las moléculas en contacto directo con la superficie sólida se encuentran detenidas.
    Desde esta superficie en la que el agua se encuentra en contacto directo con el fluido y en donde la transmisión de calor se produce por conducción, hasta el punto en donde prácticamente el flujo no se ve afectado por la fricción y su velocidad es próxima a la máxima, es lo que formaría la comentada capa límite.
    En el interior de esta misma capa límite, el fluido en su interior se desplaza como digo a distintas velocidades y es esta mayor o menor velocidad del fluido debido a un aumento o disminución del caudal, la que provoca igualmente una mayor o menor velocidad en el transporte de la energía desprendida por la superficie, aumentado o disminuyendo de esta forma, la transferencia de calor al aumentar o disminuir el diferencial térmico entre el fluido cercano a la superficie y la misma superficie a refrigerar.

    Es decir, esta capa y su espesor hace las veces de aislante térmico y aunque la viscosidad y la restricción asociada a ella, se deja notar en cualquier lugar del circuito, su estado cobra importancia desde el punto de vista térmico y por tanto de la refrigeración, cuando ésta se sitúa en el interior del bloque y radiador, al ser estos los elementos principales de intercambio térmico.
    En el radiador esto se cumple doblemente, al estar este a la vez en contacto y existir intercambio térmico tanto con el agua de su interior como con el aire en su exterior, aunque a diferencia del interior del bloque, la superficie útil del radiador en contacto con el aire y el agua para transmitir prácticamente la misma cantidad de calor, es mayor.

    Como he comentado, el intentar disminuir esta capa límite aumentando el caudal dentro de unos límites prácticos, tiene sus beneficios en lugares en donde se produce el intercambio térmico, pero también tiene una contrapartida negativa y es que inevitablemente, a éste aumento de caudal le corresponde un aumento de la velocidad del flujo y por tanto, también un aumento de la restricción debido a una mayor fricción y en lugares o componentes como los tubos de conexión por poner un sólo ejemplo, en donde no es necesario ese intercambio térmico, no tiene ninguna contrapartida positiva, puesto que la única utilidad de los mismos es la de transportar el agua de la forma más eficiente posible, desechando la escasa disipación proporcionalmente hablando que se lleva a cabo en ellos.
    Un ejemplo en este sentido, es que sería como mínimo poco práctico, esforzarse en instalar un tubo con un diámetro interior de paso excesivamente holgado ( a igualdad de caudal, menor velocidad y por lo tanto, menor restricción con respecto a otro tubo con diámetro de paso inferior) o cuidar su colocación al máximo para evitar restricciones, si luego alguno de nuestros bloques, radiador u otro componente son restrictivos de forma importante.
    Si sólo una pequeña parte de la restricción total del circuito recae en estos tubos de conexión, el que intentemos disminuirla, aumentando por ejemplo su diámetro de paso interior o colocación, tendrá una consecuencia prácticamente nula en la mejora de la misma, del caudal y menos aún en la mejora de las temperaturas.
    Si ocurre lo contrario, es decir, si por ejemplo tenemos unos tubos de conexión, con un diámetro interior inadecuadamente pequeño con respecto a las posibilidades de la bomba y resto de componentes del circuito y recae por ese motivo en ellos, una parte importante de la restricción total del circuito. Con un aumento de su diámetro y/o montaje adecuado, podremos disminuir de forma apreciable la restricción total del circuito, aumentar con ello el caudal y muy posiblemente según condiciones, mejorar en mayor o menor medida la temperatura de nuestros componentes.
    En cualquier caso esa bajada de la restricción será beneficiosa para el funcionamiento de nuestra bomba e incluso podremos utilizar una bomba más modesta para obtener los mismos resultados iniciales en cuanto a caudal y temperatura en componentes.
    Esto es trasladable al resto de los componentes y accesorios que podamos tener montados, bloques, radiadores, codos, bifurcaciones, indicadores/medidores de caudal etc.
    Es importante tener en cuenta este tipo de detalles, para poder montar un sistema equilibrado en su conjunto, según sean nuestras necesidades y/o gustos particulares.

    Si imprescindible es tener un caudal adecuado, de igual manera lo es otra variable a medir que posibilita su existencia y determina su cuantía. Y ésta es la presión o diferencias de presión, que genera la bomba en contraposición a la restricción del circuito.
    De esta manera, un componente concreto podrá ser más o menos restrictivo dependiendo del caudal que queramos hacer pasar por él, por que la velocidad del flujo, es una de las variables que más influyen en la producción de la misma y ésta aumenta al aumentar el caudal o disminuir la sección de paso interna del componente.
    La presión es una variable que puede tener toda o ninguna importancia a efectos prácticos en la refrigeración, por que dependerá a que nos estemos refiriendo cuando hablemos de ella. Que por cierto, se hace mucho.
    Aunque la capacidad de generar presión por una bomba y por tanto, su capacidad de mantener un caudal aceptable o necesario pese a las restricciones en nuestros sistemas, es algo básico e imprescindible para conseguir una refrigeración aceptable, no debemos de asociar siempre y en cualquier caso, una medida de presión estática mayor en un punto o puntos determinados de un sistema de refrigeración en comparación con la existente en otro u otros puntos, a una mayor eficacia debido a ello, de un componente determinado o un conjunto de ellos. El no hacer esta distinción, suele ser un error habitual e importante, por que a parte de su desconocimiento, el cual no tendría mayor inconveniente en sí mismo, si puede llegar a condicionar la propia instalación de los componentes, con la posibilidad de complicarlo innecesariamente y no dar más preferencia a otros aspectos que realmente sí son importantes, como el poder realizar una instalación cómoda y de fácil mantenimiento, independientemente por ejemplo del orden de conexión de los componentes.

    La presión manométrica que podamos medir en cualquier punto de un sistema de refrigeración líquida, no es otra cosa que la consecuencia de una restricción generada por un componente o conjunto de ellos, al flujo creado por la bomba. Y la distinta distribución de los múltiples valores de presión que podamos medir y su cuantía, serán consecuencia de la distinta distribución u orden de instalación de los distintos elementos que componen el circuito.
    Por lo tanto, la razón de realizar este tipo de medidas, es que la medida de los distintos niveles de presión o caída de presión medibles entre distintos puntos del mismo, resultará ser una herramienta útil para conocer cuánto de restrictivo es un elemento o componente concreto, tramo determinado del circuito o la de todo un sistema al completo, según la situación de los puntos que hayamos elegido para la medida de la presión estática o manométrica.
    Aparte también, con esos datos podremos realizar cálculos más complejos junto con otros valores que podamos medir como ya he expuesto anteriormente. Calcular con esos valores, el caudal que pueda circular por un determinado tramo del circuito. También podremos por ejemplo, cuando medimos o calculamos la diferencia de presión manométrica que existe entre la entrada y la salida de la bomba, hacernos una idea de la restricción total del circuito y qué presión estática está generando la bomba en ese momento, para contrarrestar esa restricción que generan la totalidad de los componentes, pudiendo ofrecer de esta manera según sus características un determinado caudal. Y en el caso de que la restricción del circuito fuera máxima, es decir, cuando el caudal que circulase por el circuito fuera cero, el resultado de esa diferencia de presión manométrica, equivaldrá a la máxima presión estática que pueda generar la bomba y que de ésta manera podremos medir.

    Independientemente de otras variables, podéis daros cuenta de su importancia, cuando por ejemplo se quiere estudiar la eficacia de un bloque o conjunto de ellos, relacionando eficacia-restricción y por lo tanto la posible conveniencia de una bomba determinada según el resto de elementos que tengamos. Por que toda aquella restricción sumada a la que estrictamente necesitemos para conseguir nuestros propósitos, será lógicamente innecesaria si queremos conseguir de nuevo ese sistema equilibrado

    Es importante saber que en un circuito de refrigeración líquida, temperaturas, caudal, sección de paso de los componentes, velocidad del flujo de agua, restricción y por lo tanto, los distintos niveles de presión manométrica que se puedan medir en cualquier punto del mismo, están inevitablemente relacionados entre sí y determinados a su vez, por esos mismos componentes instalados y su orden de instalación. Algo similar ocurre en electrónica entre la relación existente en un circuito eléctrico entre resistencia, caída de tensión y corriente eléctrica e igualmente en lo concerniente a la propia conducción de calor.
    Si he conseguido explicarme bien, podréis ver, que el comprender esta sencilla relación entre éstas variables, nos puede ayudar a elegir los componentes adecuados según nuestros gustos, analizar y solucionar posibles problemas de cualquier tipo que nos podamos encontrar, si va a merecer la pena realizar algún cambio en el mismo y en general a tomar decisiones teniendo un conocimiento más acertado de lo que realmente ocurre en nuestros sistemas de refrigeración.
    En la segunda parte volveré a hablar de lo comentado exponiendo ejemplos prácticos.

    Sensores utilizados. Temperatura.

    Material destacable utilizado finalmente y/o para hacer pruebas y para calibración:

    • Multímetros Fluke 45 y Wavetek 35XL
    • Fuentes de alimentación Thurlby Thandar TSX 1820 e ISOTECH IPS603.
    • Sensores LM35 CZ y DZ.
    • Amplificadores operacionales OP177.
    • Cableado de doble hilo blindado.
    • Conectores hembra/macho dorados tipo Jack estéreo de 3,5mm.
    • Tubo de cobre de 12mm de diámetro interior.

    Una definición de temperatura que me parece interesante por que explica en parte la naturaleza de la misma, es aquella que la define como la energía cinética media de las partículas, átomos o moléculas, que constituyen un cuerpo.
    Los efectos de la temperatura y por tanto la posibilidad de medirla se hace patente de muchas formas distintas. Algunas formas de medirla están basadas en la variación de presión, dilatación (típico termómetro), variación de longitud de onda del espectro electromagnético radiado (pirómetros), variación de la frecuencia de un cristal, resistencia eléctrica, etc. De esta manera las formas de apreciarla, medirla y por tanto, los tipos de sensores utilizables y termómetros muy variados.
    En el caso que nos ocupa, para la toma de temperaturas primeramente tuve que plantearme cual de los distintos tipos de sensores era el más adecuado al uso que le iba a dar. Que tuviera un precio aceptable dado el número de canales a utilizar, facilidad de manejo, tamaño adecuado y en cuanto a su respuesta eléctrica, que fuera lo más compatible posible con el Datalogger.

    De entre los tipos de sensores más habituales que podemos llegar a utilizar y entre los que estuve sopesando su uso, son aquellos que varían su resistencia eléctrica al variar su temperatura. Dos ejemplos de sensores de tipo resistivo serían las RTD (Resistance Temperature Detector) dentro de las cuales unas muy utilizadas son las PRT (Platinum Resistance Thermometers) y los Termistores, tanto PTC (Positive Temperature Coefficient) como NTC (Negative Temperature Coefficient).
    Una configuración típica de las RTD sería la de una fina lámina o enrollamiento metálico de níquel, aleaciones del mismo metal, cobre o platino puro para las más precisas, estables y caras, pudiéndose encontrar, con valores de resistencia y de sensibilidad diferentes. Como características positivas tienen la precisión, linealidad y estabilidad en el tiempo.
    Alguna prueba estuve haciendo con un multímetro Fluke 45 y una PRT (PT-100) de clase B de platino bastante barata y aunque la sensibilidad puede variar según modelos, ésta concretamente ofrecía 100 Ohmios a los 0ºC, (de ahí la denominación de PT100) y a partir de esa temperatura, cada ºC aumenta su resistencia 0,384 Ohmios.

    Como podéis imaginar con ese coeficiente de temperatura, para poder obtener una resolución cercana a los 0,01ºC, se hace imprescindible apreciar con claridad variaciones de resistencia realmente pequeñas, lo cual no está al alcance de cualquier instrumento de medida y el hacerlo de forma más o menos artesanal y para tantos canales puede ser realmente complicado si no se excita y acondiciona su respuesta convenientemente debido a que el convertidor Analógico-Digital del que hemos hablado, no pose la resolución adecuada. Buscaba fiabilidad ante todo.
    La simple resistencia eléctrica del cable de cobre de conexión puede alterar la medida de forma importante y aunque existan configuraciones para evitar estos problemas, también lo hacen los precios de las mismas.

    Los termistores como las NTC comentadas, también pueden encontrarse con valores de resistencia diferentes, pero estos en cambio están formados por óxidos metálicos semiconductores y son las que normalmente poseen los termómetros utilizados en informática.
    De forma generalizada tienen la ventaja de ser muy sensibles a la variación de temperatura y en contra por lo general también, falta de linealidad.
    Algo común a ambas, es que necesitan de una corriente de excitación precisa, estable y limitada, para limitar precisamente en lo posible, el auto calentamiento del mismo sensor por efecto Joule, para falsear con ello lo menos posible la medida.

    Otro tipo de sensor también muy utilizado son los denominados Termopares, que estando basados en el efecto Seebeck, en vez de ofrecer una resistencia a la corriente, crean en cambio una muy pequeña fuerza electromotriz proporcional a la temperatura a través de una unión bimetálica. Son relativamente baratos y pueden funcionar bajo un amplio margen de temperaturas.
    Aparte de su baja inmunidad al ruido, la desventaja más importante de los mismos para poder utilizarla es su baja sensibilidad. Para un rango de temperaturas bastante amplio como pudiera ser de 0 a 100ºC su respuesta es de escasos milivoltios.
    En definitiva, que por complicación, precio, multiplicado además por el número de sensores necesarios para cada uno de los canales, que serían unos 7, finalmente decidí no utilizar ninguno de estos dos tipos de sensores de temperatura. Aunque no obstante tengo que decir, que existen circuitos integrados de diferentes fabricantes que facilitan su uso, ofreciendo para este tipo de sensores como las RTD y los Termopares, la correspondiente excitación, linealización etc.
    Está claro que la solución a la mayor parte de los problemas que he tenido, pasa por invertir aún más dinero en todo, pero esto para mí es simplemente un pasatiempo, nunca mejor dicho y no una necesidad.

    Dadas las dificultades para realizar la faena de forma artesanal y con garantías de hacerlo de forma económica y sobre todo fiable, finalmente decidí utilizar otro tipo de sensores que hasta ahora no he nombrado y son los basados en circuitos integrados creados específicamente para esta función y que elaboran distintos fabricantes de componentes electrónicos.
    Existe una gran diversidad de los mismos creados para ofrecer diferentes funciones, algunos ya incorporan en el propio sensor un convertidor analógico/digital, otros incorporan funciones de termostato programable, alarma, pueden estar calibrados también con relación a diferentes escalas termométricas, etc.

    Este tipo de sensores, como del que hablaré más adelante por que es el que finalmente utilicé, ofrecen unas ventajas importantes a la hora de utilizarlo para estos menesteres y una de ellas es lo poco exigentes que son a la hora de alimentarlos. A su favor también tienen, su más que aceptable coeficiente de temperatura, mucho más adecuada para el Datalogger que las anteriores, calibración realizada de fábrica, que según para que sea su uso, puede llegar a ser suficiente sin ser necesario realizar un calibrado del mismo.
    La única duda inicial que tenía por aquel entonces, es si la lectura de salida de tensión del LM35, era lo suficientemente estable con relación a la variación de temperatura, como para poder medir una variación de 1 microvoltio sin problemas de estabilidad. Esa tensión de 1µV, era la que necesitaría medir para poder apreciar resoluciones próximas a las centésimas de grado.
    Finalmente así fue, estuve midiendo la salida de tensión de uno de ellos con el multímetro Fluke 45 y aprecie una salida muy estable del mismo independientemente incluso del nivel de tensión de alimentación, decidiendo finalmente utilizar éste modelo entre los muchos de este tipo como he comentado disponibles y entre los cuales hice alguna prueba también.

    Muchos de estos sensores se fabrican de igual forma que el resto de componentes, como puedan ser los transistores con sus diferentes encapsulados. Está calibrado mediante láser y su funcionamiento se basa en la variación de ciertas características que ofrece la unión de algunos semiconductores, como pueda ser un simple diodo o transistor con la variación de su temperatura. Se caracterizan por ofrecer una respuesta muy lineal, dato importante como veremos más adelante.

    Al igual que el resto de componentes, también se les puede encontrar con diferentes encapsulados, diferentes resistencias térmicas de los mismos y por lo tanto, diferentes formas de reaccionar ante una variación de temperatura, como por ejemplo tener una mayor o menor inercia térmica. Esto puede y de hecho tiene importancia para determinadas medidas, en las que es necesaria una rápida respuesta del sensor. El tamaño también puede ser un factor importante, cuanto más pequeño sea, menor será su inercia térmica y sobre todo nos será más fácil introducirlo o colocarlo en lugares estrechos o pequeños.

    Tras ver las características de diversos sensores basados en circuitos integrados como el AD22103 y AD22100, finalmente decidí utilizar uno de los más comúnmente utilizados como es el LM35 de Nacional Semiconductor en dos versiones diferentes, el LM35CZ y el LM35DZ de peores prestaciones que la versión anterior. Pinchando en el link, podréis ver su hoja de características o Datasheet de los distintos modelos que ofrece el fabricante.

    LM35CZ Y LM35DZ.

    A partir de ahora sólo hablaré de estos dos modelos del LM35, con estos fue con los que fabrique las sondas para el sistema de medida y es lo más interesante de este apartado, por que a parte de lo que he dicho hasta ahora, parte de esta información la podéis utilizar para haceros vuestros propios termómetros de forma muy sencilla utilizando por ejemplo una simple pila, un multímetro o polímetro sencillo y uno de éstos sensores.

    Para realizar las sondas, utilice modelos de la versión DZ, más baratos y fáciles de conseguir y un LM35CZ, más caro aunque con mejores características el cual utilicé para calibrar los anteriores. No tenía sentido utilizar para todas las sondas los LM35CZ, ya que aunque posea mejores características, perdería gran parte de estas características al tener que necesariamente calibrarlos igualmente.
    Estos sensores sólo tienen tres terminales: masa, positivo de alimentación y un tercero cuya tensión con respecto a masa, es proporcional a la temperatura a la que se encuentre. Pueden ser alimentados desde los 4V a los 30V de corriente contínua.
    Las características más importantes como podéis ver en la hoja de características para la versión CZ, son las siguientes:

    • Exactitud mínima garantizada en el 100% de la producción y en todo el rango de escala que va de los -40ºC a los 110ºC de 3,5ºC.

    • Linealidad máxima de - + 0,5ºC y típica de - + 0,2ºC en todo su rango de operación.

    • Salida típica de 10,0mV/ºC. Es decir, que por cada º C que suba o baje su temperatura, la tensión de salida también subirá o bajará 10mV y así sucesivamente.

    Por ejemplo, a los 25ºC tendríamos una tensión a su salida de 25 x 10mV= 250mV, a los 30ºC 300mV y así sucesivamente y nos ofrecería tensiones negativas por debajo de los 0ºC si lo alimentamos convenientemente. Luego entonces, si obtenemos un lectura de tensión en su salida de 235,1 milivoltios (mV) (0,2351V) teniendo en cuenta los factores de error, equivaldría a estar midiendo 23,51ºC, es decir, podría en principio poder llegar a medir resoluciones próximas a las centésimas de grado, que es el propósito inicial al que he estado intentando acercarme. Como podréis ver en la segunda parte del artículo con las pruebas prácticas, es necesario obtener una resolución mínima cercana a los 0,01ºC para poder apreciar ciertos detalles en el funcionamiento de un sistema de refrigeración líquida. Como por ejemplo el poder calcular la cantidad de calor que cede el bloque al agua o el radiador al aire o simplemente poder apreciar cambios en el sistema que supongan variaciones ínfimas de temperatura.
    El problema es que ni tan siquiera el propio Datalogger ni el multímetro más sencillo que tengo, son capaces de poder apreciar variaciones de tensión tan pequeñas. Únicamente el Fluke 45 utilizado para las calibraciones, no tiene problemas para poder apreciar ese 1µV.


    Inicialmente con el Datalogger, sólo pude obtener según recuerdo una resolución de unos 0,06ºC, es decir, podría medir diferencias de temperatura en pasos de 0,06ºC, lo cual fue poco para mis propósitos. ¿ Solución? Pues la solución y con estos mismos componentes, pasa por la amplificación cuyo procedimiento explicaré a continuación.
    Con este sistema de medida, relaciono una respuesta eléctrica de un sensor, con la magnitud física que estoy midiendo, luego entonces, si yo amplifico la respuesta eléctrica ofrecida por el sensor a consecuencia de su respuesta a la magnitud a medir, tengo la posibilidad de poder apreciar gracias a esa amplificación, pequeñas variaciones que inicialmente sin ella, no se podrían apreciar.
    Si recordáis lo que comente sobre el acondicionamiento, una de las posibilidades era la amplificación, bueno pues para ello utilice 11 amplificadores operacionales entre la salida de los sensores y la entrada al Datalogger, para amplificar la señal convenientemente de cada uno de los 11 canales.
    Si ese µV, equivalente como hemos visto a más o menos una centésima de grado, lo amplifico lo suficiente, el Datalogger ya si sería capaz de apreciar esa pequeña variación inicial de 1µV, correspondiente a su vez, a una pequeña variación de temperatura de aproximadamente 0,01º C.
    Ya sólo tendría que realizar mediante software, una calibración en el respectivo canal, en el cual le indicaría, que cada vez que llegue a apreciar una mínima variación de nivel de tensión a su entrada, varias veces mayor a ese 1µV, fuese equivalente a ese 0,01ºC. Del cálculo continuo para la conversión, de los diferentes valores de tensión medibles a valores de temperatura por cada uno de los canales, se encarga el propio programa.


    ¿Problema de la amplificación? Pues obviamente si amplifico la respuesta del sensor dándole valores más altos para una misma variación de esa magnitud, tengo el problema de poder agotar rápidamente el margen de medida de tensión del Datalogger, que os recuerdo era de un máximo de 2,5V, es decir, que si en el ejemplo anterior obtengo 235,1mV a la salida del sensor y amplifico la tensión y los multiplico aproximadamente por un factor de x6 como realmente hice, obtendría 1.410,6mV a la salida del amplificador o entrada del Datalogger (1,4106V pero ya no serían 141,06ºC, sino que mediante el calibrado obtendría en pantalla 23,51ºC), siguiendo de esta manera, podría llegar a los 500mV medidos (50ºC) y obtener a la salida de la amplificación, 3.000mV (3V), como veis esos 3V superarían la máxima tensión medible por el sistema situada en los 2,5V. No podría en este caso llegar a medir 50ºC.

    Solución de nuevo, pues ajustar ese margen de medida de tensión, a los valores útiles de medida de temperatura en según qué lugares vayamos a realizarla. Por ejemplo, en este caso decidí poder medir valores de temperatura de entre los 15ºC y los 40ºC.
    En mi casa en condiciones normales, ya sea invierno o verano, es difícil que haya menos de 15ºC y más de 30ºC, luego entonces el margen de temperatura entre aire/agua y por supuesto agua/agua es muy amplio salvo claro está, el sensor que mide la temperatura del procesador, en el cual el factor de amplificación es menor, perdiendo algo resolución, muy poco en la práctica y dejando el límite en unos 55ºC. Margen también suficiente en condiciones normales. Esto en cuanto al LM35 instalado bajo el Ahtlón XP, en el A64 como podréis ver, el método de medida es diferente y carece de esa barrera.


    El factor de multiplicación de la tensión de salida de los sensores mediante los operacionales, se determina mediante un par de resistencias de un valor determinado. No fue en mi caso necesario encontrar resistencias de valores muy exactos o utilizar potenciómetros, por que la calibración la realicé posteriormente mediante software. De no ser así, la tolerancia en el valor de las resistencias que compremos, será un punto importante a tener en cuenta.

    Sondas.

    Para hacer las sondas simplemente conecté los LM35 a unos cables de dos hilos apantallados de los utilizados comúnmente en conexiones de audio, soldando antes una resistencia a la salida del sensor para prevenir la capacitancia del propio cable según aconseja el propio fabricante. Después de comprobar que no afectaba a las medidas decidí dejarla.
    Esas soldaduras las envolví en epoxy para aislarlas junto con parte del cable. Y el otro extremo le conecte a un conector Jack estéreo de 3.5mm, con conexiones doradas para mejorar en lo posible el contacto o por lo menos hacerlo más fiable en el tiempo.
    De estas sondas construidas, tuve que hacer dos versiones por que la primera se veía muy influida por la temperatura exterior al tubo de cobre en contacto con el cable en su entrada al mismo, de hecho cuando tocaba con la mano la entrada del cable por el tubo, sólo el cable, la temperatura subía apreciablemente varias centésimas, introduciendo de esta manera un error enorme, a la hora de calcular por ejemplo la cantidad de calor que cede el bloque al agua a su paso por el mismo. La variación en los cálculos creo recordar que fueron incluso de varias decenas de watios. Para evitarlo tuve que introducir un buen trecho de cable del sensor, por el propio interior del tubo que forma la sonda.

    Aquí podéis ver las dos fuentes de alimentación utilizadas y encima de una de ellas, el mulímetro Fluke 45. Sin este último hubiera sido imposible realizar las calibraciones convenientemente.

    Los conectores Jack utilizados para las conexiones entre los sensores y la caja a la izquierda, en el centro un LM35 ya soldado al cableado y la resistencia para evitar la capacitancia del mismo.

    Calibración.

    Los sensores a calibrar fueron 7 LM35DZ (el resto hasta los 11, dedicados a la medida de presión y caudal) y debido a su relativa falta de exactitud y linealidad, esta calibración es necesaria para poder apreciar las pequeñas diferencias de temperaturas que se pueden medir en un sistema de refrigeración líquida. No tanto por la diferencia que pueda existir entre la temperatura del agua y la del aire utilizado para refrigerar el radiador, es decir la ambiental, la cual puede ser fácilmente apreciable ya que suele ser de varios grados centígrados, sino la diferencia de temperatura del agua que se puede dar en distintos puntos del circuito, la cual si puede ser realmente escasa y difícilmente apreciable y menos aun medible, con los modestos termómetros digitales convencionales utilizados comúnmente en informática. Esta diferencia de temperatura y más concretamente, entre la que pueda existir entre las entradas y salidas de bloque de agua y radiador, será más difícil de apreciar, cuanto mayor sea el caudal o menor sea el calor aportado por el/los componentes a refrigerar, ya que una misma cantidad de calor, la producida por el procesador por ejemplo, la absorbe una mayor cantidad de agua, elevando lógicamente en menor medida su temperatura y viceversa. El calor específico del agua tampoco ayuda en este sentido.

    Los puntos en donde mayor es esa diferencia de temperatura, son entre la entrada y salida del bloque y la entrada y salida del radiador, por ocurrir principalmente en estos dos componentes, el intercambio térmico. Es decir, los lugares de entrada y salida del calor generado por los componentes en el sistema.
    Para que os hagáis una idea, diferencias típicas en condiciones normales que he podido medir durante las pruebas en un Athlon XP, pueden ser unos 0.09-0.1ºC y en los momentos de más consumo, acercarse a los 0.2ºC, pero como digo, esa diferencia de temperatura dependerá, tanto del caudal de agua, como del consumo o calor disipado por el procesador y demás componentes si los hubiera.
    De ahí todo el proceso de amplificación que he explicado anteriormente para conseguir mayor resolución. De no calibrarlos, estando a la misma temperatura todos ellos, cada uno de ellos me estaría indicando una temperatura muy diferente pese a los ajustes de fábrica y sobre todo cuando lo que ese quiere es apreciar una resolución lo más cercana a los 0.01ºC, para poder calcular por ejemplo y sin demasiado error, que aun así lo hay, la cantidad de calor en agua al paso del bloque o radiador. Por que además de intentar realizar medidas con esa resolución por cada uno de los canales, además es necesario mediante calibrado, intentar igualar la respuesta de todos ellos en todo el margen de medida de temperatura, es decir, ajustar la linealidad de todos ellos a la del sensor utilizado a modo de referencia, lo cual no es fácil y lleva su tiempo conseguirlo. Esto es necesario puesto que aunque tenga el modelo CZ una falta de linealidad típica de tan sólo 0,2ºC en todo su rango de medida, es lo suficientemente alta como para influir, a la hora de poder apreciar diferencias pequeñas de temperatura próximas a los 0,01ºC en todo el margen de medida deseado.

    Sólo comentar al respecto, un par de pruebas que pude hacer con relación a esa resolución conseguida después de la amplificación. Pude llegar a apreciar por ejemplo, lo que aumenta la temperatura del sensor simplemente acercando la palma de la mano a unos 6-7cm del mismo, o como aumenta también su temperatura estando éste situado debajo del procesador y únicamente acercando la yema de un dedo al núcleo sin llegar a tocarlo.
    Teniendo en cuenta la resistencia térmica del sensor, es algo que no me esperaba apreciar tan fácilmente. En concreto el encapsulado del sensor es el TO-92 (180ºC/W) que podéis ver en el Datasheet que comenté. A los sensores les hice un rebaje para disminuir en lo posible esa resistencia térmica y conseguir con ello, mejorar su respuesta frente a las variaciones de temperatura.

    Cuando se calibra un sensor como es el caso, se debe de intentar igualar su respuesta, a la respuesta ofrecida en las mismas condiciones de medida, por otro sensor o instrumento de similares o superiores características y que utilizamos a modo de referencia o patrón. En este caso, la medida patrón me la daría un LM35CZ y el multímetro Fluke 45. Este buen multímetro, realmente viene a hacer lo mismo que el sistema de adquisición de datos, es decir, medir tensiones pero con una mayor resolución y exactitud, Es decir, a la hora de medir temperaturas con este sistema de medida, no iba a tener mayor exactitud que la que me pudiera ofrecer el conjunto LM35CZ y multímetro al utilizarlos como referencia para la calibración.
    Pese a la relativa falta de exactitud del LM35CZ, lo realmente importante no es que el conjunto de los sensores me indiquen una temperatura que en el peor caso pueda ser de unos - +0,4 ºC con respecto al valor real de temperatura, sino que todos los sensores que se vayan a instalar, me indiquen la misma en todo el rango de entre 15-40ºC en el momento de la calibración, para luego posteriormente instalarlos en los diferentes lugares del sistema.

    Para la calibración hice lo siguiente. Una vez aislados los sensores para poder sumergirlos en agua y conectados al Datalogger por el canal correspondiente, lo que hice fue unirlos y sumergirlos en un bidón de agua a una profundidad determinada. Entre los 7 LM35DZ para las sondas, coloqué el LM35CZ y me hice una tabla para comparar los valores que me daba el Fluke 45 y el que me daba el sistema con cada uno de los sensores LM35DZ a diferentes temperaturas dentro del rango de los 15-40ºC.

    Esto que puede parecer sencillo, me llevo un par de días o tres entre verificaciones y problemas. Hubo un par de ellos que los tuve que sustituir por que no había manera de calibrarlos y el proceso en sí de calibración es lento al tener que esperar a que se estabilicen e igualasen las temperaturas, tanto del agua como de las sondas en el rango de temperatura comentado de entre los 15º C hasta los 40º C.
    Los resultados finales después del calibrado fueron mejores de lo que me esperaba. La diferencia máxima de temperatura entre cualesquiera de los 7 sensores calibrados en todo el rango de temperatura de entre los 15ºC hasta los 40ºC fue de 0,03ºC,
    Entre algunos de ellos 0,01ºC-0,02ºC y algunos emparejados justo a la centésima en todo ese rango de temperatura, que son lo que escogí para instalarlos en la entrada/salida del bloque y la entrada/salida de agua del radiador, que es en donde es necesario conseguir una mejor calibración y resolución a la hora de medir diferencias de temperatura.
    Haciendo un seguimiento por comparación entre la lectura de tensiones ( µV a µV) entre la lectura del milímetro y la lectura del sistema, puedo también afirmar que la resolución conseguida a falta obviamente de tener un termómetro preciso y comprobarlo realmente, es muy cercana a los 0,01ºC.
    De hecho, me resultó interesante ver como descendía de forma relativamente rápida y continua, la temperatura del bidón en lo que sería centésima a centésima de grado.
    Posteriormente también es algo que pude apreciar cuando conecto en serie dos sensores al paso del agua, prácticamente están los dos a la centésima de grado. Poder apreciar esos detalles es lo que interesa.
    La conclusión final que puedo comentaros con respecto a las temperaturas, es que la mejora entre medir de esta forma y utilizar el típico termómetro digital de sonda plana, no es ni siquiera comparable, ya sea por número de sensores y por tanto puntos posibles de medida, como por la exactitud y sobre todo resolución conseguida con cada uno de ellos. Aparte del poder trabajar con los datos acumulados, generar gráficos con ellos, etc.

    Encapsulado de las patillas del sensor a base de macarrón termoretráctil relleno de epoxy.

    Realizando las calibraciones.

    A la izquierda, ventana con los valores de calibración para uno de los canales, concretamente el nº 3. En las dos siguientes, capturas de pantalla con los valores de temperatura mientras calibraba los sensores sumergidos en agua.

    Cada uno de los cambios en el rizado de la gráfica, representa la variación de temperatura del procesador de estar en espera, a ejecutar un programa como el explorador del mismo Windows, el Explorer, etc. La mayor subida final, corresponde a la ejecución del programa CPUBurn. El sensor se encontraba en parte inferior de un Athlon XP, por tanto es de esperar, que en caso de que hubiera correspondido a la lectura del diodo interno del procesador, esas variaciones hubieran sido más importantes y sobre todo más rápidas como veréis más adelante.

    Posterior colocación en el interior del tubo de cobre. La relativa gran distancia entre la entrada y la colocación del sensor en un extremo del tubo, fue para evitar como ya he comentado, que afectara la temperatura externa lo menos posible a la temperatura del propio sensor, como me paso con la primera versión que realicé y que se puede ver en la foto de la derecha.

    Sensores utilizados. Caudal.

    Material utilizado finalmente y/o para hacer pruebas y para calibración:

    • Multímetros Fluke 45 y Wavetek 35XL.
    • Fuentes de alimentación Thurlby Thandar TSX 1820 e ISOTECH IPS603.
    • Sensor de caudal modelo Turboflow 173939 de Gems Sensors
    • Circuito de alimentación para el sensor.
    • Conectores hembra/macho tipo Jack Estéreo de 3.5mm dorados.
    • Adaptadores.

    Empezaré repitiendo, que para medir el caudal que circula por nuestro sistema, debemos de poder determinar la cantidad de fluido en unidades de volumen de agua, que discurre por una sección determinada del mismo en un determinado periodo de tiempo. Aunque en ocasiones ese flujo también puede verse expresado en unidades de peso por tiempo, en vez de volumen.

    Existen muchos tipos de sensores, transductores o medidores de caudal basados en muy variados principios de funcionamiento y de precio también variado.
    Algunos por ejemplo, tienen la ventaja de no tener partes móviles ni restringir el paso del agua y por lo tanto, no influir en la misma medida de caudal que queremos realizar, produciendo una pérdida de carga prácticamente nula. Algunos de este tipo están basados en la diferente propagación de haces de ultrasonidos según el desplazamiento de la corriente de agua o bien basados en la Ley de Faraday, induciendo un campo magnético en el mismo flujo de agua.
    Otros en cambio están basados precisamente en la pérdida de carga generada por ellos mismos, la cual a su vez produce una diferencia de presiones proporcional al caudal que lo atraviesa. Con la medida de esa diferencia de presiones, es posible determinar el caudal que los atraviesa. Realmente cualquier elemento del sistema o conjunto de ellos va a producir este efecto, siendo por lo tanto susceptible de ser utilizado para éste propósito.
    Basados en otros principios diferentes y para ir más al grano, destacaría los dos modelos que he utilizado para realizar las pruebas y medidas.
    Uno es un sensor denominado de turbina y otro es un rotámetro de área variable. Por precio y simplicidad, sobre todo el rotámetro, pueden ser una buena opción para realizar medidas de caudal.
    En el rotámetro, la indicación del caudal es visualizado en una línea con la correspondiente escala, de forma similar a como podemos observar la temperatura en un termómetro y lo he utilizado en última instancia para la verificación de las calibraciones del sensor tipo de turbina, el cual ya si dispone de una salida de señal eléctrica utilizable por el sistema de adquisición de datos y es el que he utilizado para hacer las medidas y del que hablaré a partir de ahora.
    Como se puede ver en la imagen de más abajo, está formado por un conducto con forma de tubo de sección variable y graduado, en cuyo interior se encuentra una pieza llamada flotador. El de la foto tiene una bola metálica, aunque también pueden encontrarse con otras formas y construidos de otros materiales. Este instrumento debe de instalarse en posición vertical y el sentido del flujo de aire o líquidos, debe de ir de abajo hacia arriba. El empuje del flujo y su cuantía, va a determinar la altura a la que suba el flotador compensando o no la fuerza de la gravedad y por consiguiente, vamos a poder determinar en la escala graduada el caudal que pasa a través suyo. En última instancia lo utilice para verificar la correcta calibración del sensor de caudal con el cual la confirmé.

    El sensor de turbina está basado en el giro libre de una pequeña hélice o turbina interna, cuya velocidad de giro es proporcional al caudal que la atraviesa. Dependiendo de los modelos, este giro es detectado bien mediante la interrupción de un haz de luz, producido por la misma turbina con su giro o bien mediante la utilización de un sensor interno de efecto Hall.

    Este transductor de caudal utiliza concretamente un sensor de efecto Hall, y el principio de funcionamiento es similar al utilizado por los ventiladores con control del número de revoluciones. Este sensor interno está alojado en la carcasa del mismo sensor y cuando éste detecta el paso cercano de un pequeño imán alojado en una de las paletas del rotor o turbina, ofrece mientras esto ocurre, una tensión determinada a la salida eléctrica del mismo y por tanto del transductor de caudal.
    De esta forma, el sensor interno va generando una serie de pulsos cuya cantidad en el tiempo, estará determinada por la velocidad de giro de la turbina y ésta velocidad a su vez, estará determinada por el caudal que lo atraviesa. Por lo tanto, sólo nos queda medir esa cantidad de pulsos mediante un frecuencímetro por ejemplo, para poder determinar con ello el caudal.

    De entre los sensores de este tipo que tenía accesibles, no había ninguno que me gustará especialmente, la mayoría son bastantes restrictivos y me hubiera gustado utilizar otro con mayor resolución (mayor número de pulsos por litro) y rango de escala, pero es lo que tenido más a mano. Como también ya he comentado, según cómo se realicen las medidas y con qué motivo, el tema de la restricción del sensor de caudal puede ser un problema importante si no se tiene en cuenta su restricción, por que éste va a influir primeramente en el caudal que precisamente queremos determinar, disminuyéndolo, a la vez que también modificará lógicamente los distintos niveles de presión estática que podamos medir.
    A continuación explicaré un poco más en profundidad las características de éste modelo concreto.

    El rango de caudal que es capaz de apreciar está entre los 1 y los 15 l/min (60 - 900l/h) y ofrece 2.200 de los pulsos anteriormente comentados por litro. La caída de presión según el caudal que pase a través suyo, la podéis ver en este link con el archivo PDF del fabricante.
    El rango de frecuencia de operación va de los 37Hz a los 550Hz, luego entonces únicamente es necesario contabilizar esta frecuencia de alguna manera y deducir con ello el caudal.
    Afortunadamente el Datalogger, también posee un frecuencímetro, por lo cual sólo es necesario realizar una calibración y configurar un canal para que realice una conversión de frecuencia en la unidad que yo le quiera especificar, ya sean l/hora, l/min m3/hora o cualquier otra unidad de caudal que quiera o necesite para realizar algún cálculo, aunque lo habitual es que lo veáis expresado en litros por hora (l/h) o bien en litros por minuto (l/min).

    Fotos del sensor de caudal con su conector y el mismo con las conexiones al tubo de cobre, durante una prueba de calibración

    Antes de utilizarlo de ésta manera y para intentar conseguir más resolución, utilicé un conversor de frecuencia en tensión como el LM2917 que al final deseché, pero es una opción que se puede utilizar a falta de tener un frecuencímetro y poder leer el resultado de la medida del caudal en voltios a través de un simple y barato multímetro o polímetro como se puede ver en la foto. Existen otros modelos de conversores de éste tipo más precisos. Abajo podéis ver una foto de la prueba.

    Inicialmente seguí el patrón de calibración del fabricante, pero no me coincidía con mis mediciones, así que de nuevo tocaba realizar una calibración. El proceso de realización de esa calibración es bien sencillo pero se hace bastante pesado.
    Utilicé para ello, un cubo de unos 12l de capacidad y dos barreños, uno de gran tamaño y otro algo más pequeño.
    La calibración la hice de la siguiente manera. La bomba la puse en el cubo de agua estando éste lleno, he hice pasar el agua del mismo al barreño más grande a través del sensor de caudal. El pequeño lo utilicé para llenarlo de agua justo cuando arrancaba la bomba. A los pocos segundos y una vez que el caudal ya estuviera estabilizado para que de ésta manera, falsear lo menos posible la medida con los tiempos muertos durante el arranque de la bomba. A los pocos segundos como digo, pasaba el tubo al barreño de mayor tamaño hasta que el cubo de agua se vaciase. En el instante en que realizaba esa operación, comenzaba a hacer mediciones de frecuencia con el Datalogger, una medición cada segundo durante los pocos minutos que tardase el trasvase. A la vez que con un reloj, cronometraba ese tiempo de llenado.
    De esta forma hice la calibración utilizando para los correspondientes cálculos, el promedio de Hz medidos, los segundos del trasvase y los litros trasvasados, utilizando para ello una jarra graduada. Posteriormente esa calibración fue verificada con el rotámetro coincidiendo exactamente.
    Al igual que hice con los sensores de temperatura, tuve que realizar la calibración para diferentes caudales y así ajustar la respuesta del sensor entre los caudales mínimos y máximos consegibles con la bomba que fuera a utilizar. Es decir, si recordáis, compensar la posible falta de linealidad en la respuesta del sensor. Por esta razón el proceso de calibrado se me hizo bastante pesado, al tener que realizar calibraciones para distintos caudales.
    Detalle apreciable, es la diferente velocidad de vaciado del cubo de agua según el nivel de agua que haya por encima de la bomba, debido a la variación de la presión hidrostática de la que hablaré más adelante, por lo cual el caudal no es constante.

    En estas dos imágenes, puede apreciarse la diferente respuesta eléctrica del sensor de caudal a distintos caudales.

    Con el programa Picoscope, no sólo se pueden medir los Hz correspondientes, a los diferentes pulsos eléctricos ofrecidos por el sensor de efecto Hall, sino que también se pueden visualizar como se puede ver en las imágenes, la diferente anchura del trazo, corresponde al mayor o menor tiempo que permanece el pequeño imán que posee la turbina interna, frente al sensor de efecto Hall de la carcasa del propio sensor. A más caudal, más rápido gira la turbina interna, más Hz podemos medir a su salida y menos tiempo permanece el sensor de efecto Hall, bajo la influencia del pequeño imán.

    El ajuste entre el número de Hz y los litros, se especifica en el programa mediante las parejas de valores que podéis ver en esta imagen, en el que hago corresponder un número de Hz, con los litros horas que yo le indique con respecto a la calibración realizada de antemano. También en el caso del caudal, los valores intermedios de Hz y caudal asociado, los calcula la aplicación automáticamente.

    Para que comparéis, os pongo una gráfica generada por un ventilador de un disipador equipado con el terminal para poder supervisar su giro. El disipador es el Ninja Plus y a la frecuencia que podéis ver en la imagen, corresponde a un giro de unas 1080 rpm. A 1260 rpm indica unos 45 Hz. También podéis ver marcado el periodo en la onda generada por el sensor de efecto Hall del ventilador, la cual, igualmente es utilizada por los componentes de la placa base para determinar su velocidad de giro.

    Sensores utilizados. Presión.

    Material utilizado finalmente y/o para hacer pruebas y para calibración:

    • Multímetros Fluke 45 y Wavetek 35XL
    • Fuentes de alimentación Thurlby Thandar TSX 1820 e ISOTECH IPS603.
    • Sensores de Presión modelos 26PC y 40PC (modelo definitivo) de Honeywell.
    • Conectores hembra/macho tipo Jack de 3,5mm dorados.

    Pudiendo definir la presión, como la cantidad de fuerza ejercida sobre una superficie determinada, cuando realizamos una medida de presión en un punto concreto, lo hacemos tomando como referencia, la existente en otro punto con igual o distinto nivel de presión, pasando a tomar de esta forma, una denominación distinta según sea la referencia que hayamos tomado.
    Habitualmente estos niveles que nos sirven de referencia, son la presión atmosférica o la total ausencia de esta, el valor de cero absoluto. La presión atmosférica, barométrica, absoluta y vacío absoluto, toman éste último como valor de referencia. Pero lógicamente los valores que nos interesan, son aquellos que toman como referencia la presión atmosférica local y cuando esto ocurra y sea superior a esta, estaremos midiendo la presión manométrica o relativa y presión de vacío o vacio relativo, cuando el valor de presión sea inferior, usándose comúnmente el manómetro para realizar esa medida.
    En nuestros sistemas y en condiciones normales, prácticamente el único lugar en el que vamos a poder encontrar un ligero vacío, será a la entrada de la bomba debido a la ligera succión que realiza. La cuantía de este ligero vacio dependerá también del orden o forma en el que conectemos los componentes, pudiendo llega a tener un valor relativamente importante, siempre dentro lógicamente de los límites impuestos por la propia capacidad de la bomba.

    Esta presión atmosférica, no es más que la fuerza ejercida por la atmósfera a todo cuerpo u objeto inmerso en ella, debido al propio peso de la misma producida por la atracción gravitatoria, cuyo valor normalizado es de 101,32 KPa, 10,33 m.c.a. o lo que es lo mismo, una atmósfera (atm)
    Casos extremos de presión, tanto por su defecto como por su exceso, serían el vacío absoluto y la presión inimaginable que podemos encontrar en el núcleo de las estrellas… pero no nos vayamos tan lejos o nos quemaremos, sigamos con el rollo ;)

    Una unidad de presión habitualmente usada es la derivada de las unidades básicas del Sistema Internacional de Medida, llamada Pascal (Pa), el cual equivale a aplicar una fuerza de un Newton sobre un metro cuadrado de superficie, con sus respectivos múltiplos y submúltiplos.
    Otras unidades utilizadas según los distintos sistemas de medida y aplicaciones son por ejemplo los kg/cm², los P.S.I (Libras por pulgada cuadrada) para el sistema Inglés. El Bar, una equivalencia de una unidad de presión del Sistema Cegesimal, los mm de columna de mercurio, los mH2O y los m.c.a (metros de columna de agua), etc. Esta última unidad, los m.c.a, es la unidad que usaré a partir de ahora para indicar las medidas de presión que realice. Los fabricantes de bombas suelen utilizar esta unidad a la hora de expresar la presión máxima alcanzable con sus modelos y por tanto, la que más se suele utilizar en refrigeración líquida y supongo que por lo tanto, más familiar para vosotros. Aparte, también es una escala bien adaptada a los niveles de presión que nos podrmos encontrar en nuestros sistemas, tanto máximos como mínimos y de fácil comprensión a la hora de tomar referencias, puesto que relaciona un nivel de presión determinado con una altura o distancia, expresada en metros o sus submúltiplos.

    En el caso de la medida de presión en un sistema de refrigeración líquida para ordenadores y teniendo en cuenta el tipo de bombas que se suelen utilizar, nos encontraremos habitualmente y en condiciones normales, con unos niveles de presión manométrica muy escasos. Para hacerse una idea y por poner un ejemplo cercano, nos podremos encontrar niveles de presión bastantes veces inferior a los niveles que podemos encontrarnos en los grifos de nuestras casas y similar o un poco superior según las circunstancias, a la presión que podáis generar con vuestros propios pulmones simplemente al soplar. Así que podéis olvidaros de la posibilidad de romper algún componente debido a éste motivo.
    Y ya que digo lo de los grifos de casa, un comentario que os puede ser útil. Si algún día por probar la estanqueidad de algún componente de vuestro sistema, se os ocurre conectarlo a un grifo, no utilicéis para ello el máximo de presión que tangáis disponible en los mismos, es decir, no obstruyáis completamente su salida de agua, por que fácilmente será muy superior a la que puedan aguantar sobre todo la bomba y radiador sin romperse o deformarse. Quizás esta prueba estaría más indicada para probar los bloques, pero andaros con cuidado por que algunos me da la impresión que no lo aguantarían y puede ser peligroso para vuestra integridad personal, el que se rompa una tapa de acrílico por ejemplo, cuando tengamos en el interior del bloque una presión de varios kg/cm2. No es necesario y es contraproducente presurizar nada en un circuito de refrigeración líquida para ordenadores pese a los consejos que he llegado a leer, a si que cuidado.


    La presión hidrostática hace referencia a la presión ejercida por un líquido o fluido estático, a un objeto inmerso en él o sobre las paredes que lo retiene debido a su propio peso. Y me referiré a la presión estática y dinámica, a las generadas cuando ese fluido se encuentre en movimiento formando un flujo, las cuales forman parte del nivel de presión total medible o calculable en nuestros sistemas o cualquier otro circuito similar.
    En el caso de la presión estática y al igual que la presión hidrostática, esta se ejerce y es transmitida, a través del mismo seno del fluido, pudiéndose de esta manera utilizar un manómetro para medir ese nivel de presión en el interior de un determinado componente, a través de un tubo u orificio llamado piezométrico. Esta presión por lo tanto, ejerce una fuerza de forma perpendicular al sentido del flujo de agua, como la que puede ejercer sobre las paredes de los tubos de conexión o cualquier otro componente. Tendrá normalmente un valor positivo en los conductos por donde se impulse el líquido, es decir, en casi todo el trayecto que ocupará nuestro sistema de refrigeración y podrá tener un valor negativo, produciendo una ligera depresión, en los conductos de aspiración que en mayor o menos medida se puede generar en las inmediaciones de la entrada de nuestras bombas.
    La presión dinámica, está relacionada con la energía cinética del agua, la cual está determinada por la velociad del flujo y la densidad del fluido, pudiéndose utilizar para su medida el llamado tubo de Pitot, siempre que tengamos en cuenta el componente de presión estática que podremos estar midiendo.

    La presión hidrostática, es la causante de que podamos medir en diferentes puntos del circuito, distintos niveles de presión al estar simplemente estos situados a distinto nivel o altura debido al propio peso del agua e independientemente de que la bomba esté o no en funcionamiento. Esto comentado no quiere decir que cuando la bomba esté funcionando, se vaya a mantener esa misma diferencia de presión entre esos puntos, por que eso dependerá también de que componentes tengamos, bomba incluida y la disposición de los mismos.

    Al ser esta diferencia de presión equivalente a la diferencia de nivel expresada en metros, si la unidad elegida son los m.c.a, os podéis imaginar que puede llegar a ser importante en cuanto a su valor si la comparamos con otros niveles que podemos encontrar, pero en términos prácticos, si la bomba está situada en la parte inferior del mismo, no influye en otra cosa que no sea el de mejorar el cebado de nuestra bomba y por tanto también el drenaje de aire de nuestro circuito, en el momento del llenado del mismo,
    Las bombas comúnmente utilizadas en refrigeración líquida no son autocebantes, es decir, en el proceso de llenado de agua del sistema, la bomba por sí sola no es capaz de generar el vacío necesario (por la existencia de holguras, diferente densidad agua/aire, etc.) para ir purgando el aire, ya sea el de su propio interior como lógicamente menos aun, el del resto del circuito. Necesitan para ello, tener su interior continuamente inundado de agua, para que de esta forma el impulsor de la bomba pueda generar el empuje necesario sobre el agua, para entonces ya sí, ir progresivamente purgando el aire de todo el circuito hacia el depósito por ejemplo, si lo tenemos instalado.
    Por esta razón, no es conveniente instalar la bomba en un lugar o de tal forma que éste llenado se dificulte y el depósito en caso de utilizarlo, conviene que esté lo más cercano a su entrada para mejorar y facilitar ese llenado comentado, respetando a la vez, los diámetros interiores de paso de tubos, entradas y salidas de agua de un componente a otro. Aun después del llenado y purgado de aire, también mejoraremos el funcionamiento de nuestra bomba con este detalle y muy posiblemente su vida útil.

    Como ya he comentado, cuando realizamos una medida de presión estática en cualquier punto del interior de nuestro circuito, tomando como referencia la presión atmosférica local, estaremos midiendo la presión manométrica o relativa, es decir, se toma el valor de presión atmosférica como valor 0, empezando a medir la sobre-presión o valores de presión inferior con relación a la misma (vacío).
    Por lo tanto, lógicamente todos los valores de presión que os ofrezca, serán de este tipo o bien de presión diferencial, que como su nombre indica, hace referencia a una medida de presión resultante de la diferencia de dos valores de presión situados en puntos diferentes, es decir, a la diferencia de valor entre dos medidas de presión manométrica halladas en diferentes puntos.
    Estos valores de presión diferencial, pueden estar relacionados con sensores capaces de medir presión de esa forma, al poseer cada sensor, dos entradas o puertos diferentes por los que medir presión y ofreciendo a su salida una respuesta eléctrica proporcional a esta diferencia.
    En mi caso los valores de presión diferencial manométrica son calculados mediante software, utilizando dos o más sensores de presión monopuerto, cuya referencia es la presión atmosférica. Aunque en realidad estos mismos sensores, ya de por sí también están realizando una medida de presión diferencial, al realizar internamente una comparación entre la presión a medir entrante por su único puerto y la misma presión atmosférica.

    Los valores de presión diferencial, como ya comenté, son importantes en el sentido de que nos va a indicar según su valor, el nivel de restricción de un determinado tramo o el de la totalidad del sistema según donde coloquemos los sensores e independientemente de los elementos de los que conste, tubos, bloques, radiadores, etc.
    Todo el rollo que he estado contando sobre los distintos niveles de presión y que en su mayoría no sirve para otra que para complicarnos la vida, a no ser que queremos realizar cálculos que muchos de vosotros y yo mismo, ni nos molestaremos en realizar, viene a cuento por que os puede ser útil, a la hora de poder medir la presión manométrica a través del orificio o tubo llamado piezométrico. Este pequeño tubo debe de tener unas características concretas, un diámetro determinado dentro de unos límites y sobre todo estar instalado perfectamente perpendicular al sentido del flujo del agua, por todo aquello que he comentado de que la presión estática se manifiesta de forma perpendicular al sentido del flujo y la presión dinámica en el mismo sentido del flujo. Por esta causa, esta última podría influir en la medida, si ese tubo piezométrico no está convenientemente instalado perpendicularmente en relación al flujo del agua.

    En las fotos podéis ver, que simplemente utilicé tubo de cobre de 10mm de diámetro interior para realizar lo que se podrían llamar las sondas, pegando allí con epoxy, el susodicho tubo piezométrico. Asegurándome con un calibre la mejor alineación y perpendicularidad posible con respecto a lo que sería el eje longitudinal del tubo de cobre. En el extremo superior de este tubo piezométrico, le conecté un estrecho y corto tubo de silicona, en el cual a su vez, introduje el puerto del sensor de presión propiamente dicho.
    Yo he utilizado un sensor para la medida de presión, pero vosotros sin mayores problemas, podéis conectar en este tubo piezométrico, otro tubo de una determinada longitud a modo de manómetro de columna, con el fin de poder medir igualmente el nivel de presión manométrica en m.c.a. en un punto o puntos determinados o bien conocer la altura de impulsión de vuestra bomba si queréis medir la capacidad de generar presión de la misma. Siempre y cuando tengáis el tubo en posición vertical y perpendicular al suelo y claro está, tengáis los metros de tubo suficientes para que el agua no se salga del tubo y os pongáis perdidos de agua ;) Tampoco os debe de extrañar si veis que el nivel de presión oscila, es normal en según donde situéis el manómetro de columna y la bomba que estéis utilizando en ese momento.

    Aunque inicialmente hice alguna prueba con un modelo de sensor de la marca Honeywell más sencillo y barato como los de la serie 26PC. Finalmente elegí uno mucho más sencillo de utilizar aunque más caro, como es el de la serie 40PC. La respuesta de éste sensor está internamente compensada y amplificada y su respuesta es linealmente proporcional al aumento de presión que se comunique por su único puerto de medida. Es decir, que no es diferencial en el sentido menos estricto de la palabra.

    Sensor de la serie 26PC sin salida amplificada. La de la foto fue la primera prueba que hice.

    Sensores de la serie 40PC. El sensor propiamente dicho es el componente con forma cúbica. El resto es el regulador de tensión y condensadores de filtrado de alimentación para el mismo regulador y el sensor.

    Para la conexión entre el pequeño tubo y el sensor he utilizado tubo de silicona, es lo ideal por que se adapta perfectamente a los contornos y no es necesario utilizar ni abrazaderas ni sujeción alguna.

    Una chapa, cinta aislante y un poco de silicona, me sirvió para poder proteger el circuito de posibles golpes y derrames de agua.

    El sensor de la serie 40PC, consta de un diafragma y cuatro elementos piezoresistivos. Al estar este diafragma entre los dos medios a medir, es decir, en este caso el aire exterior al sistema, el cual se encuentra a la presión atmosférica y el medio en el cual queremos hacer la medida, como en este caso, el interior del sistema de refrigeración con sus respectivos niveles de presión, dicho diafragma se deformará en mayor o menor medida, con respecto a esos diferentes niveles de presión que exista entre sus dos caras, provocando de esta manera que su movimiento altere el valor de los elementos piezoresistivos, produciendo a su vez, los diferentes niveles de tensión a la salida del mismo sensor.

    Tiene un tiempo de respuesta máximo de 1ms, tiempo de respuesta bastante rápido y típico de los sensores piezoeléctricos y como veréis en la segunda parte del artículo, en determinadas pruebas que podréis ver, se pueden llegar a medir cosas bastante curiosas. Recientemente he querido comprobar la respuesta dinámica del sensor a variaciones rápidas de presión como ocurre con el propio sonido.
    El resultado de la comprobación, lo podéis ver en las siguientes gráficas, en las comparo tonos de audio a diferentes frecuencias generadas con un Cd de pruebas de sonido, con una señal procedente del sensor de presión, el cual situé en la salida Bass Reflex de un bafle de un equipo de música. Esta salida para el que no lo sepa, es simplemente un conducto con unas determinadas medidas, que comunica el interior con el exterior de la caja con el fin de mejorar el rendimiento en las bajas frecuencias de audio. De esta forma si al altavoz oscila con una determinada frecuencia, debe de transmitir al aire diferencias de presión medibles por el sensor a esa misma frecuencia de propagación. Es decir, a grandes rasgos, he usado el sensor de presión a modo de micrófono para ver hasta que punto es rápida o no su respuesta, a las variaciones de presión producidas por el altavoz para comprobar de esta manera, si tiene algún tipo de inercia mecánica interna, como pudiera ocurrir con el diafragma interno del sensor.

    Este es el bafle que utilice para la prueba y al que en su salida Bass Reflex, le pegué la media caja de plástico que primero me encontré y a ésta, un pequeño tubo el cual uní al sensor de presión.

    En la imagen de la izquierda se puede ver comparada en el tiempo, la señal de audio de salida de un reproductor de Cd ´s, con la señal ofrecida por el sensor de presión situado en la salida Bass Reflex del altavoz. Se puede apreciar como terminan las dos señales simultáneamente y esto es más evidente en la ampliación que podéis ver en la imagen de la derecha. Terminando las dos al mismo instante aunque con el lógico desfase.

    En esta gráfica podéis ver representada en la parte superior, la voz del que va anunciando en el Cd los distintos tonos. Aunque en la zona inferior existe bastante ruido, apenas si se puede intuir que el sensor de presión responda mínimamente.

    En este grupo de imágenes y con los diversos medidores disponibles por la aplicación Picoscope, se puede ver comparada igualmente la señal de audio (azul) con la señal proveniente del sensor de presión (rojo). Aparte, también con los dos medidores frecuencia, uno para cada canal, se puede ver que la frecuencia de ambas señales coincide hasta los 125Hz. A los 250Hz, el sensor de presión ya no es capaz de seguir convenientemente las variaciones de presión correspondientes a esta frecuencia o por lo menos dar un nivel de salida suficiente.

    Otros sensores.

    Otros sensores que se pueden utilizar con más o menos utilidad y con los que he hecho alguna prueba, son un sensor de campo magnético, de humedad, vibración, un simple micrófono etc. Quizás en la segunda parte incorpore alguna práctica con ellos o escriba algo aparte si merece la pena.
    En la imagen inferior se puede ver gráficamente el valor de campo magnético, captado por el correspondiente sensor en las cercanías de una bomba como la de la imagen. El campo lo genera el bobinado del motor síncrono que tienen las típicas bombas de acuario como la de la foto, una Sicce Nova. La señal de salida del sensor no ha sido amplificada y son significativas, la ventana del medidor de frecuencia indicando los Hz y la ventana del osciloscopio con la forma de onda producida.

    También en su día compré un sensor de humedad y una galga extensiométrica. En la foto de la izquierda podéis ver el sensor de humedad. Aparte de poder utilizar el sistema como higrómetro, tuve la curiosidad también de intentar averiguar lo que influye la humedad ambiental, en la disipación de calor por parte del radiador. Como una de tantas cosas, se quedó en proyecto.

    A la derecha podéis ver una galga extensiométrica. Su funcionamiento se basa, en que una pequeña deformación longitudinal de la misma, produce un ligero cambio en su resistencia eléctrica, pudiéndose utilizar para medir fuerzas o deformaciones en los objetos a los que previamente se le haya fijado. Me la compré inicialmente con la intención de poder medir la fuerza de apriete de los bloques, pero finalmente pocas pruebas hice con ella.

    Otros elementos.

    Verificación del sistema.

    Una vez terminado la mayor parte de este sistema, quise comprobar si realmente iba a conseguir lo que tenía previsto desde un principio. Es decir, ser capaz de poder medir o cuantificar, aunque sólo fuera aproximadamente, la cantidad de calor que se transvasa, cede o comunican entre sí, los diferentes elementos del sistema a través del agua. Principalmente bloques de agua y radiadores.
    Para conseguirlo, es necesario también conseguir medir caudal y sobre todo temperatura, con una exactitud y resolución adecuadas. De tal forma que deben de coincidir lo más posible, la cantidad de watios consumidos en la resistencia, con los watios calculados en base a dos medidas como son el caudal y diferencia de temperatura entre la entrada de agua y salida de la misma en el simulador. A falta de tener un buen termómetro como referencia, es una forma más de comprobar el sistema, sobre todo en cuanto a resolución y calibración.

    En este caso, el bloque es simulado con una resistencia eléctrica sometida a una tensión determinada, de tal manera que la resistencia transforma un consumo eléctrico determinado en calor. En el caso del agua, con una capacidad calorífica determinada, el cálculo para determinar la cantidad de calor en el agua expresado en W, lo he hecho multiplicando el caudal en l/hora, por la diferencia de temperara en ºC y por 1,16222.

    Si hacéis los cálculos, podréis ver que un error de tan sólo 0.01ºC en la medida de la diferencia de temperatura entre la entrada y salida del bloque o del artilugio en cuestión, supone cometer un error de cálculo de unos 3W. Sería inviable utilizar un termómetro de los utilizados normalmente en informática con sonda plana, el error cometido puede ser fácilmente equivalente al del propio consumo del procesador. Por consiguiente, cuanto mayor sea el caudal o menor el aporte de calor por parte del bloque, más delicado será ese cálculo puesto que la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida disminuye, poniendo en apuros la misma resolución de la medida. En el caso del radiador, ocurre algo similar.

    Este es el artilugio que construí a toda prisa y que debido a las mismas, fácilmente podía haber fracasado por lo improvisado de su construcción. Por suerte fue suficientemente válido, aunque si hubiese tenido más paciencia creo que hubiese conseguido mejores resultados. En la imagen de la derecha también podéis ver más o menos el esquema eléctrico que seguí para las conexiones.

    Simplemente está formado por dos tapones de P.V.C, en cuyo interior está la resistencia eléctrica alimentada a 220V, de un valor predeterminado y por supuesto, debidamente aislada del agua. Cuidado al manipular agua con tensiones tan altas si alguno se le ocurre hacer algo similar o no hacerlo si tenéis la más mínima duda, puede ser muy peligroso. Utilicé esta tensión para evitar una corriente excesiva que al utilizar 12V por ejemplo, puede hacer que los mismos cables de conexión, consuman su parte de energía falseando la medida e incluso poner en apuros el propio multímetro por la corriente excesiva. De esta forma creo recordar que el consumo con los 220V fue sólo de escasos mA y para medir la corriente con precisión, importante para poder precisar su consumo en potencia, volví a contar con la inestimable ayuda del multímetro Fluke 45.

    Datos acumulados durante las medidas con el simulador en el que anoté algunas cosillas.
    No me esperaba que con lo improvisado del asunto llegara a conseguir estas medidas y para colmo no recuerdo si tenía instalado un radiador para estabilizar la temperatura del agua.

    Banco de pruebas.

    Llámese banco de pruebas, simulador o como se le quiera llamar, el artilugio lo construí, con la intención de intentar comprobar si era posible realizar pruebas de bloques en un simulador de forma más o menos fiable. Y también para algo aun más interesante si cabe, como es el intentar aproximar el consumo real de un determinado modelo de procesador

    La forma de hacerlo, viene a ser similar a lo anteriormente explicado aunque con otros elementos. Y es volver a comparar la cantidad de calor en agua a la salida del bloque, estando este instalado tanto sobre el procesador, como sobre el banco de pruebas, sabiendo de antemano que consumo eléctrico le estoy suministrando a la resistencia de este último y deduciendo de ésta manera por comparación, que consumo puede estar produciendo aproximadamente el procesador. Y digo aproximar por que las pérdidas de calor en un caso y otro lógicamente no son exactamente las mismas.
    También es otra forma de testear el mismo sistema de medida, aunque en este caso sustituyendo el simulador por un bloque y procesador.

    El núcleo simulado como podéis ver en las fotos, es el de un Athlon XP. A día de hoy y desde que lo terminé, pocas pruebas he hecho con él y no puedo constatar nada sobre su fiabilidad en el tiempo, que pudiera tener a la hora de probar bloques. Si para la segunda parte realizo pruebas con el mismo, ya comentaré algo al respecto. Construir algo que realmente simule perfectamente un procesador con garantías de fiabilidad en el tiempo, la reproducibilidad que comenté, ya sea desde el punto de vista de la medida de temperatura, texturas de superficies, conductividad térmica, forma de generar calor, etc. Se me antoja como mínimo muy difícil por no decir imposible. Aunque también pienso que incluso utilizando un procesador para las mismas, sobre todo los actuales con el IHS, tampoco lo garantiza y que cada sistema de hacer pruebas tiene sus ventajas e inconvenientes o usos apropiados o inapropiados según que queramos averiguar con las pruebas.

    Sobre su construcción no hay mucho que explicar que no se pueda apreciar con las fotos, que por cierto, podéis verlas de dos versiones diferentes que construí. Inicialmente, mi intención con la primera versión, fue la de utilizar un sensor de fuerza cuya respuesta pudiera ser leída por el propio sistema, pudiendo registrar también la fuerza de apriete del bloque.

    El poder medir esta fuerza con la se sujeta el bloque y a ser posible en qué condiciones se hace, es un factor muy importante, pese a que se suele hablar poco o nada sobre él. Si esta fuerza no se realiza adecuadamente, ni el bloque con el diseño interno más eficiente que podamos tener o que se pueda fabricar, valdrá para nada si éste no hace el contacto adecuado con el procesador. E igualmente ocurrirá con el resto de elementos del sistema que tengamos, bomba, radiador, su ventilación, etc. Puesto que es este contacto el primer eslabón de la cadena de transporte del calor, desde el procesador hasta el aire ambiente. Si en cambio es habitual leer en los foros especializados sobre la importancia de otros factores que tienen, dentro de unos márgenes, menos capacidad de influir en las temperatura finales que se puedan conseguir en el procesador, ya sea un modelo de bomba con más o menos presión disponible, más o menos caudal, modelo de radiador, ventiladores utilizados e incluso diferentes bloques que instalemos, etc.

    Este contacto puede ser fácilmente el más delicado de entre los que influyen en el transporte del calor entre procesador y aire ambiente, ya que la densidad de calor que pasa a través de ese contacto es la más alta y es susceptible de influir enormemente en la temperatura del mismo procesador, si este no es el adecuado. Fácilmente las pequeñas diferencias de rendimiento que puedan existir entre distintos bloques de diseño interno muy diferente, pueden verse alteradas o invertidas por este motivo. Algún caso ya he comprobado yo personalmente con los pocos bloques comerciales que tengo disponibles.
    En principio es de esperar o por lo menos lo aparentan, que los fabricantes de bloques utilizan los sistemas de sujeción adecuados, pero en algún que otro modelo se podría haber mejorado.
    En este sentido, también el uso de un tubo de conexión excesivamente rígido combinado con una sujeción mejorable, puede perjudicar este contacto.

    Si alguno de vosotros tiene la intención de construirse su propio bloque, deberíais de cuidar escrupulosamente este tema. Aunque también es cierto que con la incorporación del IHS en el caso del A64, pienso que debe de ser menos crítico en comparación con el anterior modelo XP, que es con el que he estado haciendo pruebas. Tanto desde el punto de vista del contacto físico como del contacto térmico, aunque visto lo visto también el mismo IHS deja que desear en cuanto a su planicidad. En fin...

    Volviendo al asunto del banco de pruebas, un problema que tuve al utilizar el sensor de fuerza comentado, fue que la máxima fuerza medible por el sensor es de sólo 1,5 kg/f, frente a la fuerza de apriete de los bloques, la cual varía según el modelo de bloque, pero en cualquier caso es fácilmente unas 10 veces superior a esos 1.5 kg/f e incluso bastante más según los casos. Para terminar de complicar las cosas, el recorrido del sensor durante la medida es prácticamente nulo, lo cual es una ventaja por que simula de mejor manera un procesador manteniendo las distancias de la sujeción de los bloques, pero también por otro lado, no existe margen de distancia para amortiguar una fuerza que no es capaz de medir el sensor y que fácilmente puede llegar incluso a estropearlo, siendo necesario mantener una proporcionalidad entre la fuerza de apriete del bloque y respuesta de salida del sensor.

    Con la chapa de acero inoxidable, junto con los agujeros que tiene y con la posición que elegí para sujetar el soporte con muelles, conseguí tener la torsión apropiada que me sirvió para amortiguar convenientemente la mayor fuerza ejercida por el apriete del bloque, ajustando esa fuerza a la capacidad de medida del sensor y al comentado recorrido. En el soporte de muelles se puede, además de poder regular la distancia al sensor, la fuerza de los mismos con el fin de poder realizar ajustes y calibraciones.

    Aunque fue de construcción un tanto complicada, conseguí con él una sensibilidad y resolución enormes, aunque desgraciadamente no ocurrió lo mismo con la repetibilidad. Es decir, no siempre conseguía con el mismo bloque la misma fuerza de apriete. Después de lo cual y al no parecerme lo suficientemente fiable, decidí no intentar mejorarlo, empezar de nuevo e intentar la opción más segura. Lo que dio paso a la segunda versión

    1ª versión.

    2ª Versión.

    Para esta segunda versión utilice el mecanismo de pesado de una simple báscula normal de baño al completo, sensores, LCD, circuitería y hasta las pilas de alimentación. Unos trozos bastante pesados de hierro y cobre los utilicé para comprobar que medía correctamente. Lo bueno de éste sistema es que el recorrido en este caso de los sensores de la báscula es también muy pequeño, ideal para evitar excesivas variaciones de distancia entre la resistencia que simula el procesador y los puntos de sujeción del bloque. Esto es importante para no variar la fuerza de apriete de los bloques.

    Podría haber intentado conectar la salida de la circuitería de la báscula, al sistema de medida, pero no merece la pena la complicación y con verlo en la pantalla es más que suficiente.

    Creo que no es necesario explicar con detalles su construcción, en las fotos se ve bastante bien el proceso. De todas formas, si queréis saber más acerca del mismo, os remito al foro en donde explico más detalles sobre este tema.

    Sensorización de procesadores

    AMD Athlon XP.

    En este modelo de procesador, utilice uno de los sensores LM35DZ calibrados pegado en la parte inferior del mismo y es el único con el que estuve haciendo pruebas más amplias en su día. Actualmente tengo un Athlon 64 el cual lo tengo sensorizado de distinta manera.
    El cableado lo pasé a través del socket como se puede ver en las fotos y para disminuir la resistencia térmica del encapsulado lo rebaje con una lima. Una vez instalada bajo el procesador, conseguí con ello una buen sensibilidad, hasta el punto como ya he comentado, de que aproximando la mano al procesador, no tardaba mucho tiempo en apreciar el aumento de temperatura sin tan siquiera llegar a tocar el núcleo.

    Poco más que decir, os pongo eso sí unas cuantas fotos junto con algunos comentarios al respecto.

    Se puede ver el LM35DZ pegado con epoxy conductor al procesador y en la siguiente, el distinto cableado que probé para pasarlos por debajo del Socket. Por curiosidad, también por aquél entonces intente medir la respuesta del diodo interno de ese XP con relación a la temperatura, con el montaje que podéis ver en la foto de la derecha.

    AMD Athlon 64.

    En este modelo decidí utilizar dos métodos distintos para medir su temperatura. Una de ellas es la utilización de la típica sonda plana habitualmente utilizada para medir la temperatura en los distintos componentes informáticos y por otro, utilizar el sensor que internamente posee el procesador. Más concretamente un diodo mediante un hardware independientemente a la propia placa base.

    En cuanto a la sonda plana, esta decidí instalarla en la parte inferior del procesador, entre los pines del procesador y la utilicé con el fin de tener una referencia independiente de los valores que pudiera dar la placa base y la que pudiera medir a través de la lectura del diodo interno. Os pongo unas fotos junto con algunos comentarios sobre su instalación.

    Como desde un principio tenía pensado conectar el cableado para lectura en el mismo Socket, lo desarme para hacer ahí las conexiones. Aquí tenéis ya el Socket desarmado

    El hilo de cobre que se puede ver es del utilizado en el bobinado de transformadores, tiene un diámetro de 0,1mm y está recubierto de un barniz aislante que impide en este caso que haga contacto eléctrico con los pines del procesador y entre ellos mismos. Ese barniz es relativamente resistente mecánicamente hablando y mientras no exista un rozamiento contínuo que lo elimine, es poco probable que pueda existir un cortocircuito. Aun así les apliqué un baño adicional de barniz aislante, tanto al cableado como al mismo sensor el cual lógicamente no estaba protegido. Lleva ya unos meses instalado y de momento no he tenido ningún problema ni espero tenerlos.
    En las fotografías de arriba podéis ver los conectores coaxiales y el cableado apantallado que le puse al procesador, uno de ellos está conectado al termistor y el otro al diodo del procesador. Utilicé esos conectores con el fin de poder facilitar el montaje y desmontaje del procesador. En esos conectores irían conectados tanto el termómetro tipo Compunurse por un lado, como por otro, la electrónica externa encargada de excitar el diodo interno del procesador para su lectura con el Datalogger.

    El sensor propiamente dicho, es el pequeño componente de color oscuro que podéis ver hacia el final de la sonda. Lógicamente es imprescindible eliminar la protección para que pueda caber entre los pines. Aunque el barniz protector comentado inicialmente impide la soldadura, éste quedará eliminado cuando le apliquemos calor con el soldador en no mucho tiempo. Esto será menos efectivo cuanto más grueso sea el hilo de cobre y será necesario rasparlo a partir de cierto diámetro.

    Es aconsejable soldar primero un cable y después del otro para tener bien sujeto el sensor en todo momento. A igual que también es muy aconsejable utilizar un fluidificante (flux) para la soldadura por que la facilita enormemente. Una lupa, mucha luz y buen pulso, tampoco hay que despreciarlos :)

    Para las soldaduras un tanto delicadas, bien sea por que el componente electrónico u otro elemento fuera pequeño y/o sea necesario no pasarle mucha cantidad de calor para que adquiera la temperatura suficiente para soldarlo, suelo utilizar un hilo de cobre u otro metal que tenga a mano, afilado incluso si es necesario (cable no por que pierde rigidez), enrollado en la punta del soldador. De esta forma se puede soldar sin peligro de calentar demasiado la NTC de la sonda por ejemplo u otro componente SMD o como podéis ver en la foto, soldarle a un pin de un procesador, un hilo de cobre de 0,1mm. Si se carece del soldador o estación de soldadura adecuados, es una buena opción y además bien barata. Hasta un imperdible he llegado a utilizar.

    Con el grosor del hilo y la distancia a la punta del soldador, se puede ajustar esa cantidad de calor. Sin ese enrollamiento, con la potencia de ese soldador y con su punta relativamente gruesa, hubiera sido casi seguro que se hubiese desoldado el pin por completo casi al instante y si lo toco físicamente lo más mínimo seguro. De hecho desoldé también de esta forma patilla a patilla, el propio conversor Analógico/Digital SMD del Datalogger, cuando quise hacer pruebas con otros conversores diferentes.

    Ahora voy a hablaros del proceso que llevé a cabo para medir la temperatura del procesador a través del diodo interno que posee el procesador.
    Un diodo, componente utilizado comúnmente en electrónica y constituido interna y básicamente por diversos materiales semiconductores, tiene la característica de que cuando se le polariza de forma directa y como ocurre en este caso con una corriente limitada y constante, recae entre sus dos terminales una diferencia de tensión determinada por el material semiconductor y la temperatura a la que se encuentre. En el caso de éste diodo y a temperatura ambiente, ésta tensión viene a ser de unos 0,7V y tiene un coeficiente de temperatura bastante lineal, de unos -2mV/ºC, es decir, a más temperatura que se encuentre, menor es la diferencias de tensión medible entre sus dos terminales. Dicho esto, podéis deducir entonces que únicamente es necesario medir esa caída de tensión, para poder calcular con ello la temperatura a la que se encuentra el diodo y con ello la de sus proximidades, es decir, la del resto del núcleo del procesador que es la que nos interesa tener controlada.

    Aunque la situación de un sensor determinado no garantiza lógicamente la exactitud en una medida, las ventajas de utilizar este sensor interno son decisivas desde el punto de vista de la idoneidad de su situación, en contraposición a la colocación de sensores externos al núcleo. Cuanto más alejado se encuentre el sensor de la fuente de calor que queremos tener controlada, mayor será la diferencia de temperatura medida con respecto a la misma y por tanto también el error y se apreciarán también en menor medida, variaciones rápidas de temperatura pudiendo llegar a ser estas en un momento dado inapreciables.

    La circuitería y el proceso de medida son bastante sencillos. Básicamente he utilizado para la misma un regulador de tensión de 5V y nuevamente un amplificador operacional OP177 en modo diferencial. Con esta configuración, el amplificador lo que hace es restar las dos tensiones que se encuentren en sus entradas, ofreciendo a su salida la diferencia de ambas amplificada.
    Esas dos tensiones son, por un lado la tensión proveniente del diodo, variable entre unos 700mV, hasta unos 850mV según su temperatura y la otra es una tensión fija y determinada de un valor tal, que cuando se opere la resta por parte del operacional, me ofrezca a su salida una tensión positiva resultante de la resta de estas dos tensiones. Importante es que el resultado de esta resta antes de la amplificación, sea lo más pequeña posible para poder aumentar el rango de medida o bien la resolución resultante posteriores a la amplifación según nuestras preferencias. El porqué no mido simplemente la tensión que recae en el diodo y realizo una resta entre tensiones y posterior amplificación, es con el fin de aumentar la resolución, ya que el coheficiente de temperatura del diodo es muy bajo y el margen de tensiones de más o menos unos 100mV, (750-850mV por ponerle unos márgenes máximos y mínimos de temperatura) no son suficientes para obtener una resolución aceptable.

    Como ejemplo os puedo decir, que estando el diodo a una temperatura de 38,68ºC, en el mismo recae una tensión de 776,57mV, a las entradas del operacional 784,31 y 783,37mV respectivamente y a la salida del operacional, después de haber sido realizada la resta y posterior amplificación de tensiones o entrada del Datalogger, 1,074V.

    Aunque inicialmente utilice el circuito integrado LM4140 a modo de referencia de tensión para realizar el circuito, finalmente decidí utilizar un simple regulador de tensión como el LM7805, consiguiendo con él, tensiones suficientemente estables incluso después de la amplificación. Recordar que durante la amplificación, se amplifica tanto la corriente contínua como la alterna en forma de ruido. Hay que tener en cuenta las recomendaciones de los fabricantes y utilizar los condensadores de filtrado de alimentación pertinentes.

    Circuitos montados, cableado y conexiones con el Athlon XP que utilicé a modo de pruebas en la foto de la izquierda. A la derecha, las mismas pero en el Athlon 64.

    En la de la izquierda se puede apreciar la nueva soldadura con nuevos cables por que el conector me dio un problema de contacto, posiblemente al mancharse con la silicona conductora o de hacer demasiadas conexiones y desconexiones durante las pruebas. En la de la derecha cuando estuve calibrando el sensor interno con uno de los LM35 de los canales ya calibrados.

    Mediante esta calibración y en el poco tiempo que llevo de pruebas, he podido ver que la temperatura ofrecida por la placa base a través del programa Everest, no es todo lo lineal que debería. No creo que tanto por el sensor por que es del mismo tipo, si no por la respuesta de o bien la electrónica de la placa base encargada de hacer la conversión o bien del propio software utilizado. El caso es que el software me indica menos temperatua que el sistema de medida, cuanto más altas son las temperaturas.

    Voy a contaros también un problema que tuve, (más por ingnorancia mía que por otra cosa) por si alguno intenta hacer algo parecido y le ocurre algo similar.
    Una vez montado todo el circuito y calibrado sin mayores problemas, procedí a instalar el procesador en la placa base pinchándolo en el Socket. En ese momento ocurrió algo que no me esperaba y que no me gustó y es que apreciaba una variación de un par de grados sólo con pinchar el procesador y además los valores de tensión y por tanto de temperatura, no resultaban estables. Me resultó bastante chocante que el procesador subiera su temperatura de esta manera simplemente con instalarlo en el Socket y más aún, cuando posteriormente quitaba la alimentación de la misma placa base. Lo primero que pensé, aunque me parecía extraño, fue que se introducía ruido al sistema a través del cableado que pudiera producir la placa base, fuente de alimentación etc. No lo vi lógico, por que igualmente existen pistas que comunican la circuitería encargada de la lectura de temperatura para la placa base, con el diodo del procesador e igualmente deben de ser vulnerables al ruido. En ese momento hice una prueba a lo bestia, cogí el teléfono móvil y me hice una llamada al fijo, lo acerqué a la zona del procesador y puede comprobar que lógicamente afectaba a la medida. Inmune desde luego que no era, pero obviamente no emite de la misma manera un emisor específico como es un teléfono móvil, aunque sólo sean miliwatios, al ruido eléctrico que pueda producir cualquier componente de un ordenador. Revisé los condensadores de filtrado de las alimentaciones, las masas de tensión y desenchufé el procesador del Socket y lo dejé encima del mismo, el ruido desaparecía y la temperatura volvían a su lógica.

    En ese momento deseché que el ruido lo pudiera producir el resto de la electrónica del ordenador y lógicamente deduje que lo producía internamente el procesador cuando únicamente éste estaba anclado al Socket, tuviera o no alimentación. Me llevé un pequeño disgusto después de comprobar que de cualquiera de los filtros que ponía en unos y otros lugares, aunque reducía el problema no llegaba a solucionarlo. Lógicamente desconocía cómo iba conexionado ese diodo internamente.
    Como hago otras veces con temas de ruidos y masas, se me ocurre tocar con la mano la masa de alimentación del diodo en uno de los conectores coaxiales, el ruido en ese momento se atenuó y me llevé una cierta alegría por ello. El paso siguiente fue unir eléctricamente el chasis de la caja, con la masa de alimentación del diodo. El ruido desapareció por completo y el valor de tensiones y temperaturas volvieron a su cauce.

    La conclusión que llegué, es que aunque toda la circuitería desde el mismo diodo hasta el Datalogger tuviera las masas adecuadas, el negativo de alimentación del diodo debía de conectarlo también a masa, pero no a la del ordenador con el que hago las medidas que sí existía, sino al chasis del ordenador en el cual estoy realizándolas. Así de simple fue la solución y así de grande la metedura de pata por mi parte.
    Posteriormente he estado leyendo archivos PDF de AMD y efectivamente leí algo con relación a ese problema y otros que nos pudiéramos encontrar. No hay nada mejor que leerse las instrucciones de los fabricantes de componentes, os lo aconsejo siempre. El problema es que el idioma no siempre lo facilita.

    Estas son dos imágenes en las que podéis ver el ruido generado del que he estado hablando y la otra la inexistencia de este. Podéis ver las enormes diferencias en los dos casos después de la amplificación, a la entrada del Datalogger, al dar masa o no al diodo. Las ventanas que se pueden ver son respectivamente de arriba a abajo, tensión continua, alterna, frecuencia, dB´s y un sencillísimo analizador de espectro. La tensión continua es únicamente la válida a la hora de realizar la conversión en temperatura.

    Ahora podréis ver unas imágenes de las primeras pruebas que he hecho con el montaje terminado. En ellas se puede apreciar la variación de temperatura del procesador cuando este realiza determinadas tareas como la ejecución de determinados programas y cuyos ejemplos explicaré a continuación.

    Estas dos gráficas se han generado con sendos arranques del Explorador del Windows. Se puede ver la similitud de las mismas

    Igualmente cuando se arranca el navegador Firefox, se generan estas otras dos gráficas siendo igualmente similares.

    En este caso es el programa de correo Thunderbird.

    Para arrancar el Photoshop necesita más trabajo y de ahí la mayor temperatura alcanzada y la gráfica generada.

    En la foto de la izquierda podéis ver la gráfica generada con la ejecución del programa de testeo CPUBurn en prioridad high. Y en la derecha, un detalle de la anterior en donde se puede apreciar algo mejor, las pequeñas variaciones de las que a su vez está formada la gráfica anterior.

    Comentaros por curiosidad, un detalle a cerca de la gráfica de la izquierda. Esta gráfica como os podéis imaginar, la generan valores numéricos de temperatura que el Datalogger recoge cada determinado periodo de tiempo. El tiempo que he escogido para la recolección de esos valores de temperatura en este caso es de 1 milisegundo. Luego entonces cada milisegundo se emparejan valores de temperatura y tiempo y a partir de ellos se genera la gráfica que podéis ver. Bueno pues en un determinado rango de valores que están representados por la zona más vertical de la línea, representa a su vez el mayor aumento de temperatura por unidad de tiempo. Concretamente, este aumento de temperatura llega a ser en un momento determinado, de 9,32ºC en un tiempo de tan sólo 91 ms (milésimas de segundo). También igualmente la disminución de temperatura es muy rápida. La verdad es que aunque me esperaba un rápido aumento, choca un poco que sea de esta cuantía cuando no se ha visto antes algo similar.

    Dada la alta densidad de componentes electrónicos en un núcleo de procesador, consumo de todos ellos y rapidez de funcionamiento, supongo que será algo de esperar, pero sería interesante probar con distintos modelos de procesador, con o sin IHS, tensiones de alimentación, velocidad de reloj del procesador, etc y ver su respuesta térmica.

    Esta respuesta tan dinámica en la variación de la temperatura del procesador, no es posible apreciarla con otras formas de medir temperatura más convencionales, ya sea con la instalación de la típica sonda en el lateral del procesador, núcleo y menos aún en el IHS o en su parte inferior, por la resistencia térmica que existe entre esos puntos y el foco de calor. Mediante la BIOS o un determinado programa se puede tener acceso a ese mismo diodo, pero ya sea por razones de hardware o software, tampoco es posible apreciar esta variación tan rápida, el refresco de la visualización de todas ellas es muchísimo más lento y además por supuesto tienen menos resolución.
    Ciertamente para el estudio de un sistema de refrigeración líquida, no es necesaria esta capacidad, puesto que simplemente nos vale con poder medir valores de temperatura estables en el tiempo o promedios, pero si es de gran utilidad para hacernos una idea del proceso de generación de calor en el interior del procesador y lo que influye la lejanía de la situación del sensor, con respecto al punto en donde es generado ese calor. Cuanto más alejado estén y diferente resistencia y calor específico de los materiales sean los que los une, más amortiguadas se verán estas variaciones y más difíciles o imposibles serán de apreciar en un momento dado.

    Ya que hablo del tema, os voy a explicar también lo que se puede apreciar en el funcionamiento de un termómetro tipo Compunurse (como el de la foto de abajo) a través del Datalogger y su modo de interaccionar con el sensor NTC o sonda plana.

    Supongo que muchos de vosotros tenéis o habéis tenido un termómetro similar. Incialmente, viendo la forma de representar en pantalla la temperatura en un termómetro de éste tipo, os podéis fijar en que la indicación de la temperatura no se actualiza de forma contínua, sino cada cierto tiempo. Y al parecer no es por casualidad. Aunque se podría llegar a pensar que la comunicación entre sonda y termómetro puede ser contínua pese al refresco de pantalla, efectivamente van parejos o se producen al unísono, tanto la lectura del valor de resistencia de la NTC (de unos 10Kohms) por parte del termómetro, como la representación en pantalla del valor de temperatura resultante de esa lectura de resistencia. Os voy a poner unos ejemplos bastante ilustrativos.

    En esta imagen podeís ver dos gráficas diferentes, la de la parte superior la genera la lectura de la temperatura del procesador mediente el diodo interno y la gráfica de abajo son las pulsaciones de tensión que genera el termómetro para la lectura de la resistencia de la sonda plana. Habéis leido bien, pulsaciones. Es decir, el termómetro cada 4 segundos aproximadamente, hace conducir una corriente determinada a través de la sonda plana durante algo más de una décima de segundo y bien sea mediante la tensión que recae en ella o bien mediante la corriente que circule a través suyo, determina la temperatura a la que se encuentra puesto que el valor de su resistencia varía con la temperatura.
    Podéis fijaros que coinciden los valores de mayor o menor tensión que recae en la sonda y medidos por el Datalogger, con los valores de temperatura expresados en la gráfica superior mediante la lectura del diodo. Recuerdo que la sonda plana se encuentra bajo el procesador como se puede ver en imágenes anteriores de sensorización del A64.

    Aquí se ven un par de los pulsos que va generando el termómetro. Supongo que la razón de este funcionamiento a base generar pequeños pulsos y no pasando corriente de forma contínua a través del sensor, es para aumentar la autonomía de la pila. Entre pulso y pulso transcurren unos 4150ms, poco más de 4 segundos, la anchura del pulso como ya he dicho es de unos 136 ms y la tensión del mismo no llega a los 0.9V pero están reducidos para poder medirlos, originalmente es algo más.

    Este es uno de los pulsos individuales de lectura. Todos tienen la misma forma, curioso.

    Y ya para terminar, que mejor que con el encendido del Pc a la izquierda y el apagado del mismo en la de la derecha :)

    Es de esperar que las gráficas que se puedan generar, dependerá del sistema operativo, programas instalados y demás. Por lo menos la gráfica generada en el apagado es similar a otras pruebas. Sería interesante saber a qué procesos concretos del sistema y programas corresponden esas subidas y bajadas de temperatura.

    FINAL

    Por fin, hasta aquí todo lo que me ha parecido interesante contar. Y menos mal que suelo hablar mucho menos de lo que escribo, por que sino, no habría quien me aguantase.
    Seguro que me he dejado cosas interesantes por contar por no recordarlas y otras que aunque recuerde, no las cuento para no rayar en la pesadez más absoluta con esta primera parte y así dejar algo para la segunda, la cual espero que os resulte más interesante que esta... Aunque todo es posible :)

    Aun así, para aquellos valientes que no hayan tenido suficiente con este artículo y no hayan seguido éste hílo que abrí en su día en el correspondiente foro de electrónica, titulado con el mismo nombre que este que estáis leyendo, os animo a visitarlo para leer en él cosas que aquí no he contado y viceversa o preguntarme allí las dudas, comentarios o mejoras de este artículo que creáis oportunas. Si lo preferís, también podéis utilizar ésta dirección de correo para hacerlo.

    Estaréis de acuerdo conmigo en que esto que he escrito es mejorable en todos los sentidos, pero tal y como dije, pese a los errores y deficiencias que pueda tener, espero que por lo menos parte de él os haya resultado útil o interesante.
    Sólo me queda despedirme de vosotros hasta dentro de....bueno, mejor no digo cuando por que no hago más que pillarme los dedos con las fechas ;)



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