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Ventiladores: conceptos básicos

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alt En este artículo vamos a hablar de los conceptos básicos relacionados con los ventiladores de un ordenador, ya que es una de las principales fuentes de ruido. Hablaremos de las principales partes de un ventilador, de los diferentes tipos de ventiladores, y sobre todo, qué es lo que hay buscar en un ventilador para refrigerar un ordenador de forma silenciosa.

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Índice:



Partes básicas de un ventilador

Un ventilador de ordenador consta de varias partes: el motor, la circuitería de control del motor, el conector, el rotor (las aspas) y el marco del ventilador. Aquí se puede ver la imagen de un ventilador desmontado:

Se puede apreciar que en el centro del marco del ventilador está sujeto el motor. El rotor se sujeta al motor del ventilador mediante algún sistema de cojinetes, de los que puede haber varios tipos. Concretamente el de la figura se corresponde con un cojinete de casquillo o "sleeve bearing".

Cojinetes

Los tipos de cojinetes más importantes que se pueden encontrar son los siguientes:

  • Cojinete de casquillo ("sleeve bearing"): Uno de los rodamientos más utilizados debido a su bajo coste de fabricación, consiste en la utilización de dos superficies lubricadas convenientemente. Este tipo de rodamiento es uno de los más silenciosos, pero es poco duradero en comparación con otros. El lubricante puede secarse o las superficies pueden deformarse, y esta degradación se acelera en presencia de altas temperaturas de funcionamiento. Al deteriorarse el ventilador incrementa su ruido. Un ventilador de estas características tiene un tiempo medio de vida de unas 30.000 horas a 50ºC. Son en general los ventiladores más adecuados para un SilentPC, con el inconveniente de que hay que cambiarlos al cabo de unos pocos años (2-5, dependiendo del uso). También son sensibles al funcionamiento en horizontal, donde pueden disminuir sus prestaciones. Ejemplos de ventiladores con este tipo de rodamientos son los Nexus Silent Case Fan y los Scythe Slip Stream

  • Rodamiento de bolas ("ball bearing"): Uno de los cojinetes más utilizados en ventiladores más antiguos, o muchos de los ventiladores que se encuentran en fuentes de alimentación. El rodamiento consiste en una hilera de bolas que giran etre el eje y el motor, selladas en una carcasa metálica. Podemos encontrar ventiladores con dos rodamientos de bola (rodamiento doble de bola o "dual ball bearing"). Son más costosos de fabricar, pero son más duraderos y resistentes a las temperaturas, y no tienen problemas de funcionamiento en horizontal. El inconveniente es que son bastante más ruidosos que los anteriores. El tiempo medio de vida ronda las 70.000 horas a 50ºC. Ejemplos de este tipo de rodamiento podemos encontrar en los ventiladores Enermax de la serie UC-FAB.

  • Cojinete de fluído ("fluid bearing"): Este tipo de cojinete, que suele ser bastante más caro de fabricar, tiene un funcionamiento similar al cojinete de casquillo, pero en lugar de estar simplemente lubricados los materiales, se añade una zona con aceite (u otro fluído) a presión, que "autoestabiliza" el eje del rotor. Este tipo de ventiladores son muy duraderos, con hasta 150.000 horas de tiempo medio de vida. No son tan silenciosos como los de casquillo, pero siguen siendo bastante silenciosos. Al igual que los ventiladores de rodamiento de bolas no son sensibles al funcionamiento en horizontal. Ejemplos de estos ventiladores son los Scythe S-Flex (con el sistema de cojinete S-FDB, "Sony Fluid Dinamic Bearing") y los Noctua (con el sistema de cojinete SSO, "Self Stabilising Oil").

Marco del ventilador

El marco es el elemento principal del ventilador, ya que sirve tanto para al anclaje del propio ventilador como de soporte para el motor, e incluso de guía del flujo de aire. Adicionalmente, el marco suele indicar el sentido del movimiento de las aspas del ventilador y el del movimiento del aire a través del mismo. Esta información suele venir indicada con flechas en un lateral y, normalmente, el ventilador sopla hacia el lado donde se encuentran los soportes del motor del ventilador:


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El marco suele tener 4 orificios en las esquinas para atornillarlo al ordenador (en realidad 8, ya que los tiene en ambas partes, como se puede ver en la foto del ventilador de arriba), o para servir de sujeción en los anclajes de los disipadores. A veces, el marco tiene las esquinas cerradas y puede suponer un problema, ya que hacen falta tornillos más largos o bien lo hacen incompatible con la instalación en determinados sistemas. Esto sucede por ejemplo con los ventiladores Nexus:



En este caso se puede solucionar cortando las esquinas, como se propone en ese hilo del foro de SilentPCReview (al cual pertenece la foto anterior).

Rotor

Existen muchos diseños diferentes de rotores. Se pueden clasificar fundamentalmente en dos grupos:

  • Ventiladores Radiales o Centrífugos: Este tipo de ventiladores tienen las palas normalmente planas y con forma de "radios" (como una rueda de paletas), permitiendo que el flujo de aire sea perpendicular al eje del ventilador. Un ejemplo de ventilador radial:

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    Este tipo de ventiladores se utiliza habitualmente en tarjetas gráficas, disipadores de chipsets de placa base, o extractores "blower" de ranuras PCI. Para generar un flujo decente de aire necesitan funcionar a velocidades muy altas, por lo que suelen generar bastante ruido, y no son apropiados para un PC silencioso. Por esta razón no hablaremos más de este tipo de ventiladores. Existen alternativas para estos ventiladores, por ejemplo, en tarjetas gráficas podemos encontrar multitud de sistemas de refrigeración que no utilizan ventiladores radiales (incluso las hay pasivas) o podemos realizar alguna modificación para utilizar un ventilador axial, en placas base se pueden utilizar soluciones pasivas (disipadores más eficientes sin ventilador) o un "blower" de ranuras PCI puede ser construido con un ventilador axial.

  • Ventiladores Axiales: Este tipo de ventiladores mueven el aire en dirección paralela al eje del ventilador (o perpendicular al marco, según como se quiera ver). Son mucho más apropiados para un PC silencioso, se pueden construir en muchísimos tamaños diferentes y existen multitud de diseños diferentes del rotor con diferente número, tamaño y forma de las aspas. Algunos ejemplos:

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    Como curiosidad, los ventiladores que aparecen en esta foto son todos de 12cm, y son los modelos (de izquierda a derecha, y de arriba a abajo): Scythe Slip Stream, Noctua NF-P12, Nexus Real Silent Case Fan, Scythe S-Flex, Noctua NF-S12 y Tacens Ventus.

Motor

En la siguiente foto se puede apreciar cómo es un motor de un ventilador, que básicamente es un electroimán:

Al lado opuesto del electroimán suele estar la circuitería de control, que puede ser muy sencilla como en el ejemplo de la izquierda de la siguiente imagen, o bastante complejo, pudiendo incluso contener en ocasiones un microcontrolador completo:

Un esquema básico de la circuitería de control tiene un esquema similar a uno de estos:



Se puede ver que en cualquiera de los dos hay dos elementos importantes: el electroimán (en la parte derecha, "coils") y un sensor Hall (en la parte izquierda, "Hall Sensor"). El electroimán es el motor en sí, que se puede ver en las fotos anteriores. El sensor Hall es un dispositivo que permite detectar la velocidad de giro del ventilador

El esquema de la izquierda se corresponde con un ventilador de 3 pines (GND, +V, TACH), en el que GND y VCC son entradas a este circuito, y TACH es una salida:

  • GND es la referencia o masa del circuito,
  • +V es la alimentación que alimenta tanto el sensor Hall como el electroimán del ventilador, y
  • TACH es el sensor de velocidad del ventilador (valor que calcula el bloque Sensor Hall).

El esquema de la derecha se corresponde con un ventilador más avanzado de 4 pines con control PWM (GND, +V, TACH, Drive), en el que GND, VCC y Drive son entradas, y TACH es una salida:

  • GND es la referencia o masa del circuito.
  • +V es la alimentación, que en este caso alimenta el sensor Hall, y además sirve para dar corriente al electroimán
  • TACH es el sensor de velocidad del ventilador (valor que calcula el bloque Sensor Hall), exactamente igual que en el esquema anterior.

  • Drive es una señal de control, generalmente una señal PWM, que combinada con la alimentación que proporciona +V, proporciona la alimentación necesaria al electroimán del ventilador.

Se puede apreciar que la forma más simple de combinar, en el esquema de la derecha, +V y Drive es mediante un simple transistor, como el Jfet de canal N de la figura, que funciona a modo de interruptor: cuando drive está a nivel alto (12V) impide el paso de +V, y cuando drive está a nivel bajo (0V) entonces permite el paso de +V. Es decir, es la entrada Drive la que controla exactamente cuándo está conectado y cuando no +V al electroimán.

Por supuesto, esto es un esquema básico, que puede ser mejorado con circuiterías adicionales para mejorar la detección de velocidad a partir del sensor Hall, o para atenuar la señal PWM e incluso convertirla en un voltaje constante, o que añadan diferentes elementos de protección, etc. Dependiendo de qué circuitería quiera añadir cada fabricante se pueden obtener ventiladores de mayor o menor calidad.

Existen otros esquemas de ventiladores aparte de estos dos que se han mostrado como ejemplo. Por ejemplo, las fuentes enermax modu82+ y pro82+ utilizan un esquema similar al de cuatro pines del esquema de la derecha, pero utilizan un sistema de "doble voltaje". En lugar de tener las entrada de +V y drive para conectar 12V y una señal PWM, tienen dos entradas +V1 y +V2 para conectar dos niveles de voltaje diferentes, +12V y otro diferente. El de 12V va conectado al IC Hall, mientras que el segundo se conecta directamente al electroimán, evitando la necesidad de atenuar la señal PWM. Este sistema es una de las razones por las que estas fuentes son actualmente las más fuentes con ventilador más silenciosas del mercado.


Tipos de ventiladores:

Los ventiladores se pueden clasificar de múltiples formas según diferentes características, como sentido de flujo (que ya hemos visto antes), tamaño, conectores y circuitería, etc. Veamos algunos de los diferentes tipos de ventiladores que podemos encontrar.

Tamaño

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Existen muchos tamaños diferentes de ventiladores (en milímetros, ancho x largo x profundidad): 80x80x25, 80x80x38 92x92x25, 120x120x25, 120x120x38, 140x140x25, etc.

En general, un ventilador de mayor tamaño mueve más aire a igualdad de velocidad (revoluciones por minuto o "rpm") que uno de menor tamaño. Esto significa que para mover una misma cantidad de aire el ventilador más grande necesita girar a menor velocidad, lo que habitualmente se traduce en menor ruido

Sin embargo, un ventilador de mayor tamaño también necesita un motor más grande, y por lo general más ruidoso. Por esta razón hay que buscar un tamaño óptimo. Actualmente, con los motores utilizados en los ventiladores, el tamaño óptimo está en 120x120mm. Existen muchos ventiladores silenciosos en el mercado en estos tamaños (Scythe, Nexus, Noctua, Papst, etc.), mientras que son mucho más difíciles de encontrar en otros tamaños. Por esta razón, al elegir por ejemplo una caja para nuestro ordenador, es interesante buscar una que tenga huecos para ventiladores de 12cm, ya que son los que más posibilidades nos ofrecen para construir un PC silencioso.

PWM vs. Voltaje

Como hemos visto anteriormente, el motor del ventilador dispone de una circuitería interna. Ésta circuitería se puede utilizar para regular la velocidad del ventilador. Existen dos formas fundamentales de regular esta velocidad:

  • Voltaje: Se puede variar la velocidad de un ventilador disminuyendo el voltaje de entrada al electroimán. Un menor voltaje generará un campo electromagmético de menor fuerza y provocará que el motor gire más despacio. Ésta es la forma más sencilla de regulación de velocidad de un ventilador.

  • PWM: Se puede regular la velocidad de un ventilador conectando al electroimán un voltaje a pulsos en lugar de un voltaje constante. Los pulsos de voltaje se conviernten en "empujones" al electroimán, y al reducir el tiempo que se está aplicando fuerza sobre el electroimán, se reduce efectivamente la velocidad del mismo. Estas señales a pulsos se conocen como señales PWM ("Pulse Width Modulation"). Una señal PWM tiene dos características importantes:

    - Frecuencia: Las señales PWM que se utilizan para regular ventiladores son normalmente ondas cuadradas periódicas de 12V, como las de la figura:


    Se puede apreciar que la señal se repite continuamente. El tiempo de cada repetición (nivel alto más nivel bajo de señal) se conoce como periodo de la señal. El inverso de este tiempo es lo que se conoce como frecuencia y se mide en hercios. Por ejemplo, si el periodo de la señal es de 50us. (microsegundos), entonces la frecuencia correspondiente de esa señal es 1/50ns = 20 KHz (kilohercios). La frecuencia de la señal PWM no afecta en absoluto a la velocidad de un ventilador, pero puede afectar en otros aspectos que veremos más adelante.

    - Ciclo de trabajo ("duty cycle"): La proporción del tiempo que está la señal a nivel alto con respecto al tiempo que está a nivel bajo en cada periodo es lo que se conoce como ciclo de trabajo. Esto es lo que realmente afecta a la velocidad del ventilador. Un regulador PWM de velocidad de un ventilador lo que hace realmente para variar la velocidad es variar el ciclo de trabajo.

    Más información interesante sobre el control PWM (y más bastantes más cosas relacionadas con control de ventiladores) se pueden encontrar en esta web, Cpemma (la imagen anterior de la señal PWM está sacada de dicha web).

    Veremos a continuación los diferentes tipos de ventiladores según su conector, y veremos en qué afectan estos dos modos de regulación de velocidad a cada uno de los tipos de ventiladores.

Conectores de los ventiladores

Ya hemos visto en el apartado referente al motor que hay dos elementos importantes, el sensor Hall y el electroimán, y hemos visto dos esquemas diferentes, uno con 3 entradas y otro con 4 entradas. Además acabamos de ver dos formas diferentes de regular los ventiladores, mediante la reducción de voltaje o la utilización de pulsos de voltaje (PWM). Estos elementos y características son los que van a diferenciar los tipos de ventiladores y sus conectores:

Ventiladores de 2 pines

Estos ventiladores suelen prescindir el sensor Hall y no permiten conocer la velocidad del ventilador. El conector tiene únicamente dos pines, GND y VCC. Es habitual ver un conector "molex" de 4 pines en este tipo de ventiladores (lógicamente con sólo dos cables conectados, correspondientes a GND y VCC:

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También podemos verlos con un conector estándar como los que utilizan los ventiladores de 3 pines que veremos a continuación, pero en este caso con sólo dos de los cables conectados. Incluso se pueden ver con otros conectores diferentes, en casos de tarjetas gráficas o chipsets de la placa base pueden llevar conectores más pequeños (foto cortesía de Gnomo555).

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Se puede regular la velocidad de estos ventiladores, contrariamente a lo que a veces equivocadamente se piensa. Estos ventiladores lo único que no tienen es un sensor Hall, por lo que sí que es cierto es que aunque regulemos el ventilador no podremos conocer a qué velocidad está girando sin una medida externa. La regulación del ventilador se puede hacer de dos formas:

  • Variando el voltaje que se conecta en el pin VCC. Puesto que VCC está conectado directamente al electroimán, reduciendo este voltaje se reduce también la "fuerza" del campo electromagnético que se genera para movel el electroimán, y permite reducir la velocidad efectiva del ventilador.
  • Conectando una señal PWM en el pin VCC. Igualmente, al estar VCC conectado directamente al electroimán, se reduce la velocidad del ventilador al llegar el voltaje a pulsos.

Ventiladores de 3 pines

Estos ventiladores sí incluyen el sensor Hall. El conector tiene tres pines, GND, VCC y sensor, habitualmente de colores negro, rojo y amarillo, respectivamente, aunque puede ser diferente en algunos ventiladores. VCC se conecta al mismo tiempo al sensor Hall y al electroimán. El pin sensor es la salida del sensor Hall que proporciona la velocidad del ventilador.

El conector habitual es el siguiente:

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P1 Negro GND
P2 Rojo +12 V, +5 V, o fuente de voltaje
P3 Amarillo Sensor de velocidad (RPM)

Se pueden regular estos ventiladores exactamente de la misma forma que la que se ha visto para ventiladores de 2 pines, es decir, variando el voltaje en el pin VCC o conectando una señal PWM en el mismo pin.

Un problema en este tipo de ventiladores al regularlo de cualquiera de estas maneras, es que no sólo se varía el voltaje conectado al electroimán (bien bajándolo o bien mediante pulsos), sino que se varía también el voltaje de entrada a los circuitos de control (sensor Hall). Esto hace que no funcionen bien a un voltaje más bajo del nominal (en el caso de reducción de voltaje), o bien apagándose/encendiéndose continuamente (en el caso PWM). Esto podría reducir la vida de los circuitos de control, sobre todo en el caso PWM con señales de alta frecuencia, aunque lo cierto es que rara vez se ha visto un ventilador romperse por estos aspectos.

El principal problema es que, para evitar problemas en el caso de regularse mediante PWM, se suele utilizar una señal de baja frecuencia (precísamente para no dañar la circuitería de control), y si es inferior a 20kHz puede quedar en el rango auditivo humano. En este caso, podemos escuchar ruidos de "cliqueo" del ventilador a la frecuencia de la señal PWM generada.

Ventiladores de 4 pines PWM

Estos ventiladores incluyen también el sensor Hall, pero además tienen dos entradas diferentes para la alimentación de los circuitos y el control PWM. Como hemos visto anteriormente al hablar del motor, en el esquema de la circuitería de ventiladores de 4 pines PWM, el sensor Hall (y el resto de circuitería de control) están permanentemente alimentados con 12V, y el electroimán se controla con el cuarto pin, al que se conecta una señal PWM de alta frecuencia.

El estándar de funcionamiento de estos ventiladores está especificado en este documento. El esquema de pines es el siguiente, aunque muy pocos fabricantes siguen el esquema de colores fijado en el estándar:

P1 Negro GND
P2 Amarillo +12 V
P3 Verde Sensor de velocidad (RPM)
P4 Azul Control PWM (Pulse-width modulation)

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La principal ventaja de estos ventiladores sobre los de 3 pines es que toda la circuitería de control está permanentemente funcionando al voltaje nominal. Esto permite poder conectar una señal PWM de alta frecuencia para el control del electroimán, ya que no afecta en este caso dicha frecuencia a la circuitería de control. Al conectar señales PWM de alta frecuencia, superiores a la frecuencia máxima que podemos escuchar (normalmente superiores a 20KHz), se consigue un ventilador más silencioso, exento de ruidos de "cliqueo".

Además tienen la opción de que al ser independiente la señal de control (PWM) de la señal de alimentación (+12V), se pueden incluso construir atenuadores que conviertan la entrada al electroimán en un voltaje intermedio (sin pulsos), pudiendo conseguir un funcionamiento más suave del motor (equivalente a la regulación por voltaje). Esto es opcional, y no creo que sea fácil verlo en los ventiladore PWM que hay en el mercado

En la práctica cuesta encontrar ventiladores PWM de 4 pines que sean realmente de calidad. Hay muchas más opciones de encontrar ventiladores silenciosos actualmente en 3 pines.

Conectores de las placas y reguladores

Algunos ventiladores, denominados autoregulados, llevan incluída su propia circuitería de regulación de velocidad según temperatura (incluyen una resistencia sensible a temperatura que actúa como divisor y permite varíar el voltaje a la entrada del ventilador). Pero lo más normal es que los ventiladores se regulen de forma externa. Los 3 tipos de ventiladores que hemos visto de 2,3 y 4 pines se conectan habitualmente a placas base o rehobuses que contienen los mecanismos para poder regularlos (normalmente las placas utilizan PWM, mientras que podemos encontrar rehobuses con cualquiera de los dos métodos, voltaje o PWM). Estos reguladores suelen tener también conectores de 2, 3 o 4 pines para conectar los diferentes ventiladores. Veamos qué tipo de ventiladores pueden regularse en cada uno de estos conectores.

Conectores de 2 pines:

Los conectores o reguladores de ventiladores más sencillos sólo necesitan utilizar 2 pines para conectar las entradas GND y +V de un ventilador (masa y el voltaje conectado al electroimán). No utilizan un tercer pin para monitorizar las rpm del ventilador. Un ejemplo de uno de estos conectores de 2 pines se puede ver en la siguiente foto (cortesía de Gnomo555):

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El regulador más sencillo que se puede encontrar es el conector molex de las fuentes de alimentación, ya que puede proporcionar directamente voltajes de 5V, 7V y 12V. El conector molex de la fuente tiene 4 pines: 12V (amarillo), GND (negro), GND (negro), 5V (rojo). Utilizando el adaptador adecuado, cualquier ventilador de 2, 3 o 4 pines se puede regular de esta forma. El adaptador simplemente tiene que conectar adecuadamente los voltajes adecuados en los dos pines del ventilador. Por ejemplo, conectando los cables negro y rojo de la fuente en GND y +V se consiguen 5V, conectando los cables negro y amarillo se consiguen 12V, y conectando el rojo y el amarillo se consiguen 12V. Estos adaptadores se pueden comprar, o hacerlos uno mismo, ya que no es complicado.

Además de éste, se pueden encontrar otros reguladores de dos pines, bien por voltaje o por PWM, pero lo normal es que se utilicen al menos 3 pines, utilizando el tercer pin del sensor de velocidad para reportar las rpm del ventilador.

Conectores de 3 pines

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Estos son los conectores más habituales que se pueden encontrar en placas base y rehobuses. El tercer pin lo puede utilizar la placa/rehobús para monitorizar la velocidad del ventilador. Los otros dos (pin 1 y pin2) son los habituales de GND y +V para regular el ventilador, de cualquiera de las dos formas que conocemos, por voltaje o por PWM.

En este conector se pueden conectar obviamente ventiladores de 3 pines de forma directa. Como se ve en la foto, el conector tiene una pestaña para que sólo sea posible conectar el conector de una única forma posible, y coincidan los pines GND, +V y sensor del ventilador, con los pines GND, +V y sensor de la placa.

También se pueden conectar ventiladores de 4 pines (igual que antes, la pestaña del conector fuerza que sólo sea posible conectarlo de una única manera). En este caso, el cuarto pin del ventilador (PWM) quedará al aire, quedando conectados únicamente GND, +V y sensor:

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Se puede regular un ventilador de 4 pines de esta manera. Si recordamos cómo es la circuitería de un ventilador de 4 pines PWM, +V está conectado tanto a la circuitería del ventilador, como al electroimán a través de un transistor. Este transistor en este caso estará permanentemente conduciendo, por lo que el comportamiento del ventilador será exactamente igual que el de un ventilador de 3 pines (+V está conectado directamente tanto a la circuitería como al electroimán.

Conectores de 4 pines

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Los conectores de 4 pines son cada vez más habituales en las placas base de los ordenadores actuales. Tienen 4 pines que se corresponden con uno de los dos esquemas siguientes:

  • GND - 12V - sensor - PWM
  • GND - +V - sensor - GND

El primero de los esquemas está pensado para conectar un ventilador de 4 pines, quedando una correspondencia perfecta entre pines. La placa generará un voltaje de 12V en el segundo pin y regulará el ventilador a través de una señal PWM

Con este esquema, si conectamos un ventilador de 3 pines, funcionará al máximo de su velocidad (al quedar conectados 12V en la entrada +V del ventilador. Igual que en casos anteriores sólo hay una única forma posible de conectar un ventilador de 3 pines en un conector de 4, debido a la pestaña de este último:

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El segundo de los esquemas está pensado para conectar ventiladores de 3 pines, y además regularlos. Esta segunda configuración es equivalente al funcionamiento de un conector de placa de 3 pines como el que hemos visto en el apartado anterior.

Normalmente, las placas utilizan el primero de los esquemas para ventiladores de 4 pines, y por tanto se pueden conectar ventiladores de 3 y 4 pines, pero sólo se pueden regular los de 4.

Algunas placas, pueden tener algún conector que permita poder seleccionar entre el primero de los esquemas y el segundo. Contienen un hardware adicional (multiplexores para poder seleccionar en los pines 2 y 4 la entrada correspondiente) y un software adicional en la BIOS para poder seleccionar entre una opción y otra. Es decir, podemos seleccionar qué tipo de ventilador queremos regular, de 3 pines o de 4 pines. Normalmente esto suele estar (cuando está) únicamente en los conectores "CPU_FAN". En las placas ASUS que tienen esta opción (por ejemplo mi Asus P5W DH Deluxe la tiene), podremos ver en la BIOS una opción denominada "CPU Q-FAN Mode" que podremos seleccionar como "DC" para el segundo esquema o "PWM" para el primer esquema. Otro ejemplo, en placas Gigabyte que tienen esta opción (mi placa Gigabyte GA-P45-UD3R), se denomina en la BIOS como "CPU Smart Fan Mode", y las opciones son "Auto", "Voltaje" o "PWM".

En el caso de las placas base, en lugar de la BIOS para configurar los conectores, se puede utilizar algún software para cambiar la configuración. Un software que se puede utilizar es el programa Speedfan, que además sirve para configurar automáticamente la forma en la que la placa base controla los ventiladores. En este artículo se encuentra una guía del Speedfan.

Ruido generado por ventiladores


Después de conocer las características básicas de los ventiladores, podemos ir finalmente a lo que nos interesa, el ruido producido por los ventiladores. El ruido en un ventilador está generado generalmente por los siguientes factores (ordenados por orden de importancia):

  • Turbulencia: El mayor ruido que produce un ventilador es debido al ruido de las turbulencias y rozamiento del aire que mueve. Este ruido es inevitable. Hay dos factores que influyen fundamentalmente en este tipo de ruido: el diseño del rotor del ventilador, que puede ayudar a generar menos turbulencias, y la cantidad/velocidad de aire que mueve el ventilador.

    Es decir, para evitar este tipo de ruido deberemos buscar ventiladores con un diseño eficiente del rotor, y además tratar de hacerlos funcionar a la menor velocidad necesaria... para eso precisamente hemos hablado de todos las formas de regular la velocidad de un ventilador.

    También hay que considerar el tamaño del ventilador. Como hemos comentado en el apartado referente a los marcos de ventiladores y su tamaño, a una misma velocidad de giro cuanto mayor es el ventilador más aire mueve éste. Al tener mayor tamaño, esa misma cantidad de aire estará más repartida en el espacio, y por tanto producirá menor ruido de turbulencias. Es decir, conviene buscar los ventiladores lo más grandes posibles desde este punto de vista. Aunque como también hemos comentado, hay un límite, porque en ventiladores demasiado grandes empiezan a influir otros factores como el ruido del motor, y por tanto hay que buscar un equilibrio. Actualmente este equilibrio se encuentra en los ventiladores de 120mm, ya que es muy difícil encontrar ventiladores silenciosos de 140mm y mayores.

  • Vibración: Otra forma de generar ruido de un ventilador es por su vibración, normalmente generada por un desequilibrio en el rotor. Un ventilador al vibrar produce ruido en sí, pero si además está sujeto a otro elemento, por ejemplo la caja del ordenador, entonces puede transmitir estas vibraciones y éstas amplificarse.

    Hay ventiladores que vibran más y otros que vibran menos, pero este tipo de ruido se puede eliminar prácticamente por completo si se utilizan tornillos de goma u otra solución para "desacoplarlos" de la caja o elemento al que estén sujetos. De esta forma, la goma absorbe sus vibraciones y al mismo tiempo no se transmiten.

  • Rodamiento motor y rozamiento: El propio motor del ventilador puede producir ruido, bien porque la circuitería produce ruido, o bien por el rozamiento de los propios rodamientos del ventilador.

    Aquí la solución es obviamente tratar de elegir ventiladores que tengan el mínimo ruido de motor. Elegir ventiladores con rodamiento de casquillo, por ejemplo, suele asegurar menor ruido de esta parte del ventilador

Un factor que puede afectar al ruido de un ventilador es la presión a la que se encuentra sometido. Un ventilador funcionando en vacío es más silencioso que un ventilador que tiene que "hacer fuerza" para mover una misma cantidad de aire. Por tanto ventiladores que se encuentren en cajas de ordenador muy restrictivas al flujo de aire (con pocas aperturas, o con cables desorganizados y elementos que entorpezcan el flujo, o situados frente a un filtro o disipador) serán más ruidosos y es un factor a tener en cuenta.

Hay ventiladores que se comportan mucho peor que otros en situaciones de mayor presión. Por ejemplo, los ventiladores Noctua NF-S12 son ventiladores con un problema serio ante este tipo de condiciones

Otro factor que influye son los objetos que se encuentran cerca de un ventilador. Un ventilador que tenga una rejilla o un disipador justo delante, producirá un mayor ruido de turbulencia de ruido. Por muy bien que esté diseñado el ventilador para crear las mínimas turbulencias posibles, si ponemos un objeto delante cambiamos totalmente las condiciones de funcionamiento.

Por último, hay un ruido que es característico de los ventiladores controlados por PWM, sobre todo de los que utlizan frecuencias bajas. En este modo de control, para variar la velocidad se aplican al motor pulsos de corriente; estos pulsos hacen que el electroimán aplique fuertes impulsos al rotor, que a su vez provocan tensiones en el material del mismo y pueden originar chasquidos y vibraciones. Por ello, los ventiladores específicos para PWM suelen estar reforzados para evitar estos problemas, o llevar una circuitería adicional que amortigue los impulsos.

dB en ventiladores

Ya hemos visto qué produce ruido en un ventilador. Normalmente el ruido total del ventilador, al igual que en general el ruido de los diferentes elementos, se mide en dBA. Como vimos en este otro artículo sobre PCs silenciosos en general, hay que tener mucho cuidado con cómo se interpretan las medidas SPL en dBA.

Por tanto, no recomiendo el mirar las medidas de los fabricantes para comparar ventiladores, ya que cada uno utiliza una referencia distinta (distancia de la medida, ruido de fondo para las medidas, etc.). Las mejores medidas para comparar ventiladores son las que podemos encontrar en las reviews de las diferentes páginas web, ya que utilizan una misma referencia para todos. Mi favorita para estas comparaciones es SilentPCReview. Quizá en un futuro podáis encontrar en "La Web del SilentPC" comparaciones realizadas por mí... :)

Un ventilador vs. varios ventiladores

Si queremos un PC silencioso, ya tenemos claro que necesitamos ventiladores suficientemente grandes (para minimizar el ruido de turbulencia) y que estén regulados a la menor velocidad posible. Además tienen que ser ventiladores de calidad con escaso ruido de motor, y aser posible desacoplados de la caja o elemento al que van sujetos con gomas que absorban las vibraciones y eviten su transmisión.

La siguiente pregunta es: ¿Cuántos ventiladores necesitamos?, y asociada a esta pregunta también nos cuestionaremos si es mejor tener muchos ventiladores a baja velocidad, o pocos ventiladores a una velocidad mayor.

En general, la respuesta es que es mejor tener más ventiladores a baja velocidad que menos ventiladores a alta velocidad. En realidad, se puede probar matemáticamente que la suma de dos ruidos exactamente iguales y completamente sincronizados en frecuencia incrementa el ruido en 3dBA: si suponemos dos ruidos de magnitudes R1 y R2, tales que R1 = 2* R2 (o sea uno es el doble que el otro) y sus correspondientes valores pasados a db, db(R1) y db(R2), se tiene que:

db(R1) - db(R2) = 10 * log2 ~ 3dB

En la práctica, los ruidos de dos ventiladores no son iguales, habrá frecuencias que se compensen unas con otras, por lo que el ruido adicional que se percibe al añadir un ventilador suele ser inferior a esos 3dBA. Es más, cada ventilador que añadamos, en general añade menos ruido que el anterior.

En cambio, duplicar el flujo de aire que mueve un ventilador supone normalmente un incremento importante en su velocidad y ruido producido, en general en más del doble (es decir, más de 3dBA).

Por tanto, teniendo en cuenta lo anterior, es peor poner un único ventilador moviendo una cierta cantidad de aire, que poner dos moviendo cada uno de ellos la mitad. El ruido de los dos ventiladores combinados será bastante inferior al ruido del otro él solo, moviendo en ambas situaciones la misma cantidad de aire. Para comprobar esto, utilicemos un ejemplo real:

Consideremos un ventilador, por ejemplo un Scythe Slip Stream 1200. Si nos fijamos en los datos obtenidos por SilentPCReview de este ventilador, podemos fijarnos que para mover 24CFM se tiene un ruido de 18dBA, y para mover 46CFM (que ni siquiera llega al doble), el ruido es de 28dBA, un incremento de nada menos que 10dBA. Sabemos que dos de estos ventiladores moviendo 24CFM mueven el doble de aire (en realidad incluso un poco más), y el incremento de ruido será inferior a 3dBA.

Por supuesto, hay que buscar un equilibrio entre el número de ventiladores a utilizar y la velocidad de estos, ya que al añadir ventiladores se está incrementando el ruido.

También hay que mencionar que, además de estas consideraciones matemáticas utilizando los dBA, hay que decir que lo que percibimos nosotros no es exactamente lo que dicen los dBA. Como ya se ha comentado anteriormente, los dBA no contienen información de la frecuencia de la señal, y nuestro oído y cerebro pueden interpretar de diferente manera sonidos que tengan las misma medida en dBA y parecer uno más ruidoso que otro, al ser de una frecuencia más perceptible al oído humano. Lo importante es que la práctica corrobora lo que hemos comentado en el análisis anterior, y dos ventiladores hacen menos ruido que uno sólo, suponiendo que en ambas situaciones se mueva la misma cantidad de aire

Ventiladores recomendados:

En este artículo se han visto los conceptos básicos de funcionamiento de ventiladores, y qué es lo que afecta al ruido que hacen. Esto es sólo el principio, en un próximo artículo "Ventiladores Recomendados", se mostrará una selección de los ventiladores más silenciosos del mercado, con características, enlaces a reviews y análisis, opiniones, etc. Estará pronto disponible, aún queda mucho trabajo por hacer en esta web.

 
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