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Regulación de ventiladores

Índice

Introducción

La mayoría de ordenadores domésticos llevan ventiladores para refrigerar varias partes del sistema y habitualmente funcionan a su máxima velocidad siempre que están encendidos. Sin embargo en muchas ocasiones no es necesario que estos ventiladores emitan tanto aire dado que los componentes que refrigeran no lo necesitan siempre. Hay cierta costumbre entre tuneadores de PC a poner potenciómetros o conectar los ventiladores a 7V, pero no se aconsejan este tipo de soluciones porque el usuario no es consciente en todo momento de las necesidades de refrigeración del sistema.

En esta sección presentamos una solución simple y barata a este problema. Los componentes y conexiones necesarias tienen el mismo coste que la instalación de un potenciómetro, pero su funcionalidad es mucho más valiosa y segura para el PC. Con un transistor, una resistencia NTC y un potenciómetro se puede montar un regulador automático que ajuste la velocidad del ventilador según la temperatura. El coste de los componentes no llega al euro, pero la reducción de ruido y larga vida de los ventiladores aporta mucho más valor al PC.

Esquemas

Se exponen dos esquemas posibles, la utilización de uno u otro dependerá del transistor que tengamos a mano o encontremos en la tienda. El de la izquierda utiliza un transistor PNP modelo BC327 o BC328 y el de la derecha un NPN modelo BC337 o BC338. Ambos funcionan igual de bien y utilizan la misma resistencia NTC y potenciómetro. Solo se ha de construir uno de los dos esquemas por ventilador.

Regulador basado en transistor PNP  Regulador basado en transistor NPN

El transistor tiene que ser el modelo indicado porque tiene la ganancia y capacidad de corriente adecuadas para conseguir un buen rango de regulación. Cualquier otro transistor podría no funcionar adecuadamente.

La NTC dependerá de lo que podamos conseguir pero puede servir cualquiera con una resistencia a temperatura ambiente entre 4k y 22k. Según la NTC utilizada el valor del potenciómetro será:

NTCPotenciómetro
4k7 a 8k2470
10k a 15k680
18k a 22k1k

La única calibración que necesita el circuito es el ajuste del potenciómetro, que ajusta la sensibilidad a la temperatura, a mayor sensibilidad el ventilador girará más rápido con menos calor. Aumentando el valor del potenciómetro se aumenta la sensibilidad y viceversa. Aumentando la sensibilidad se consigue reducir la temperatura a costa de mayor ruido, por lo tanto se deberá ajustar para que el elemento refrigerado trabaje a una temperatura razonable en los instantes que disipa más calor.

Con el circuito ajustado adecuadamente, a temperatura ambiente el ventilador se detendrá completamente. Según aumenta la temperatura el voltaje aplicado al ventilador subirá hasta su arranque, momento en el que según el calor generado seguirá aumentando las revoluciones o reducirá su velocidad según se enfría el disipador. Si el calor generado es bajo es probable que se pare en poco rato.

Es muy importante realizar una buena prueba aplicando un proceso que maximice el calor generado por el elemento a refrigerar durante un par de horas y asegurarse que no se sobrecalienta. Si ocurriese bastaría subir la sensibilidad del circuito. Igualmente importante es asegurarse de sujetar la NTC al disipador de manera que no pueda desprenderse de ninguna forma y haga un buen contacto térmico.

Notas

Es vital e imprescindible que la NTC haga un buen contacto térmico con el disipador del elemento a refrigerar. La mejor forma de lograrlo es uniendo una de sus patillas y su cuerpo al disipador, aislando eléctricamente la patilla si es necesario. Cuidado porque a veces el disipador podría estar conectado a masa o a algún otro lugar.

Para su montaje es aconsejable aunque no necesario soldar las conexiones, es posible doblar los terminales en forma de espiral para que se mantengan unidos. Mucho cuidado a no hacer falsos contactos o cortocircuitos ya que se podría petar el PC sin reparación posible.

Dado que el transistor se calienta durante su funcionamiento es recomendable colocarlo en el flujo de aire del ventilador, especialmente la conexión entre el transistor y la NTC dado que de lo contrario el transistor calentará la NTC y se acelerará el ventilador. Es aconsejable alargar la conexión con un cablecillo que pase por el flujo de aire para impedirlo.

Si no se encuentra el valor adecuado para la resistencia NTC, es posible formar otros valores conectándolas en serie o paralelo. En serie su valor se suma:

Resistencias en serie

y en paralelo sigue esta fórmula:

Resistencias en paralelo

Estas fórmulas sirven para cualquier número de resistencias aunque se muestren tres. Por ejemplo con dos de 47K en paralelo conseguimos una de 22K, dos de 2K en serie hacen una de 4K. Es probable que no encontremos todos los valores que deseamos en la tienda, se pueden comprar varias de los valores que tengan disponibles y formar el valor deseado conectándolas en serie y/o paralelo.

Cuando se monta la NTC en el disipador, es importante que no reciba el aire del ventilador porque la engañaríamos. Ha de estar a la temperatura del disipador sin influencias externas que falseen la temperatura.

Mucho cuidado de no cortocircuitar las patillas de la NTC, no hay nada que limite la corriente máxima que puede pasar por la base del transistor y se destruiría.

Funcionamiento del circuito

Las resistencias NTC se caracterizan por variar su resistencia según la temperatura a la que se someten, más concretamente la resistencia baja según sube la temperatura. En el circuito expuesto la resistencia NTC y el potenciómetro forman un divisor resistivo que polariza la base del transistor. Adecuadamente calibrado, a temperatura ambiente la tensión aplicada en la base del transistor es de unos 0,5V, insuficiente para que la unión base-emisor conduzca y por lo tanto el ventilador permanece parado. Cuando se calienta la NTC su resistencia baja y la tensión aplicada a la base del transistor sube hasta los 0,6V, momento en el que la unión base-emisor empieza a absorber corriente. Cuanto más se caliente la NTC más se reducirá su resistencia y más corriente se inyectará por la base del transistor.

Cuando el transistor trabaja en su zona lineal se comporta como un amplificador de corriente. La corriente que dejará pasar el transistor hacia el ventilador será la corriente que se inyecta por la base multiplicada por su ganancia (entre 100 y 300 para el modelo utilizado). Así, controlando una corriente muy pequeña, es posible controlar la velocidad del ventilador, esto nos permite utilizar NTC pequeñas que son más baratas y fáciles de conseguir.

Hay que tener en cuenta que la corriente que cruza la NTC es entre 2 y 3 veces la corriente necesaria para saturar el transistor, por este motivo el potenciómetro absorbe parte de esta corriente y permite conseguir un buen rango de ajuste de sensibilidad.

Cuanto menor sea el valor de la NTC y el potenciómetro más empinada será la curva velocidad-temperatura, es decir es preferible utilizar una NTC de 4k7 que una de 22k. Con NTC de más de 22k la curva es demasiado plana y se corre el riesgo que el ventilador no acelere suficiente a altas temperaturas mientras que con valores menores de 4k se corre el riesgo que circule demasiada corriente por la NTC y se autocaliente, causando una avalancha que destruiría el circuito.

Montaje en la CPU

A continuación montaremos el sensor en el disipador del procesador, para ello realizamos las conexiones según el esquema, cortando el cable del ventilador donde más nos convenga. La siguiente imagen muestra el conexionado de un transistor PNP BC327:

Conexionado

La longitud del cable verde que une la NTC y el transistor impedirá que el transistor caliente la NTC, este cable se colocará en el flujo de aire del ventilador.

La siguiente imagen corresponde a otro prototipo con un transistor NPN BC337, el cable amarillo soldado en el terminal central del transistor pasa entre las ranuras del disipador hasta llegar a la NTC y el cable verde de la izquierda va conectado al mismo punto. Los dos extremos resultantes de cortar el cable negro del ventilador conectan en las otras dos patillas del transistor, que está encajonado en una ranura del disipador con las letras hacia arriba.

Detalle del cableado

A continuación mostramos dos formas de montar la NTC en el disipador, en la primera un clip doblado presiona una tira de papel enrollada colocada delante las patillas y en la segunda se ha sujetado por una de sus patillas con un tornillo y una tuerca. Es importante escoger bien el sitio para montar el sensor, hay que tener en cuenta que no debe recibir el aire del ventilador ya que es aire fresco y ocultaría la temperatura real del disipador, es mejor colocarla en el lado exterior del disipador.

Detalle de la NTC

Detalle de la NTC

Montaje en una tarjeta de vídeo

La siguiente foto muestra como se ha montado el regulador en una tarjeta de vídeo. Para sujetar la NTC se ha alargado una patilla con cable rígido y se ha pasado por una ranura del disipador.

Tarjeta de vídeo

La NTC está en la parte izquierda del ventilador y su patilla alargada sale por el lado derecho (cable amarillo). Una tira de papel enrollada está insertada en la ranura al lado de la NTC y mantiene su terminal en contacto con el disipador a la vez que impide que el aire la alcance. Es importante asegurarse que el disipador se refrigera adecuadamente.

Montaje en una fuente

¡Alerta! Dentro de la fuente de alimentación existen tensiones peligrosas incluso estando desenchufada que pueden causar la muerte. Este apartado lo hacen bajo su responsabilidad.

Vamos a mostrar como se montará el regulador en una fuente de alimentación. Lo primero es comprobar el elemento que se calienta más, en esta fuente es el disipador de los rectificadores (el del medio) ahí es donde instalaremos la NTC.

En esta fotografía, detalle del montaje de la NTC, se ha aprovechado el tornillo que fija un transistor en el lado opuesto para roscar una tuerca con una arandela aislante. En este caso el disipador no está conectado a ninguna parte del circuito, lo que nos permite que una de las patillas de la NTC haga contacto directo, pero si no fuera así sería necesario aislar las dos patillas. Mucho cuidado también de no aflojar el tornillo al apretar la tuerca. La elección del lugar viene motivada porque la NTC queda bastante resguardada del flujo de aire detrás del trasistor que tiene enfrente.

Sujeción de la NTC

Es muy importante asegurarse que el invento no se moverá ni podrá causar ningún tipo de cortocircuito en ninguna parte. Un cortocircuito podría ser fatídico tanto para la fuente como para el PC.

Finalmente comprobamos que el invento funciona y sobretodo que la velocidad del ventilador refleja fielmente la temperatura del radiador. Se puede realizar una primera prueba sin la cubierta de la fuente, el disipador se calentará bastante ya que el aire del ventilador no es forzado a su través y el ventilador se debería acelerar bastante (no se debe dejar demasiado tiempo). A continuación, con la cubierta puesta no se debería acelerar tanto, lo que significa que está refrigerando correctamente.

En general el ventilador de la fuente nunca quedará parado por el calor generado incluso en condiciones de poco trabajo, así tenemos la ventilación interior de la caja garantizada.

Conclusión

Tras instalar un regulador en la fuente y el procesador de mi PC de pruebas, puedo decir que se ha silenciado notoriamente y ahora apenas se escucha ningún ventilador. Ahora sí, se puede utilizar en el salón multimedia o en una máquina recreativa ya que el poco ruido que aún emite queda tapado por el sonido.

Trabajo realizado en Julio de 2007 por Jeroni Paul.
Copyright © 2007 Jeroni Paul.

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