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Adquisición de datos y refrigeración líquida.

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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.

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