Refrigeración líquida vs. refrigeración por aire

En general, se considera que una refrigeración líquida para la CPU es más eficiente que las habituales de disipador + ventilador debido a que el agua tiene la propiedad de transportar el calor más rápido de un sitio a otro, de modo que el líquido que da vueltas en el circuito se calienta con facilidad en la bomba que está en estrecho contacto con el microprocesador pero también se enfría con rapidez en el radiador que refrigera un ventilador haciendo así que su temperaratura no se dispare. Igual que en un coche con motor de combustión, vamos.

Todo lo anterior junto con el factor «molar» (a primera vista las refrigeraciones líquidas son más cool que las de aire) hacen que mucha gente opte por uno de estos sistemas como si fueran la panacea; pero aun así, con el tiempo te vas dando cuenta de algunas desventajas y empiezas a pensar, como ha sido mi caso, que una refrigeración por aire tampoco está tan mal.

Entre los componentes del PC que monté a primeros de año estaba una refrigeración líquida AIO (All In One) de Cooler Master con radiador de 120mm, que desde mi punto de vista funciona a las mil maravillas y mantiene la temperatura del procesador bajo control de una forma muy estable gracias a la mayor inercia térmica del líquido refrigerante.

En el caso de mi placa base, una MSI con chipset B450, tengo dos conectores de ventilador, ambos regulables por PWM o por DC: CPU_FAN y SYS_FAN. Al primero de ellos se enchufa habitualmente el ventilador del disipador de la CPU; mientras que al segundo se suele conectar el ventilador trasero de la caja encargado de sacar el aire caliente de la misma. Luego ya es cuestión de regular sus curvas de funcionamiento en función de la relación temperatura/ruido que queramos obtener.

En el caso de optar por una refrigeración líquida la estrategia es diferente. Aquí se trata de que la bomba haga circular al líquido a una velocidad constante por el circuito, por lo que esta se suele conectar al SYS_FAN y se deja a velocidad fija, normalmente a 12 Vdc o bien al 100% de PWM, con la intención de que quede girando a su velocidad nominal. Por su parte el ventilador del radiador es que el que va a ir conectado a CPU_FAN y regulado mediante su curva PWM, de tal manera que si el microprocesador está frío el ventilador gire a baja velocidad y si la temperatura se incrementa lo haga también la velocidad del ventilador con objeto de enfriar más rápidamente el líquido en el radiador.

¿Qué ocurre en el caso de que sólo dispongamos de estos dos conectores de ventilador? Pues que si tenemos otros ventiladores adicionales en la caja para refrigerar su interior, o bien los compramos con adaptador MOLEX para que vayan a 12 voltios fijos, los regulamos mediante un reostato externo (este sistema se considera ya algo viejuno; sobre todo ahora que las cajas de los PCs no traen disqueteras ni bahías para CD-ROM) o los adaptamos mediante algún tipo de hub PWM para que vayan sincronizados con la velocidad del ventilador del radiador, cosa nada recomendable porque las continuas subidas y bajadas casi instantáneas de éste nos pueden volver locos por el incremento y decremento de la sonoridad global del PC.

Y luego está el problema clásico de las refrigeraciones líquidas: las pérdidas de agua. Y es que, hasta donde yo sé, ninguna refrigeración líquida emplea un líquido dieléctrico para funcionar, siendo todas de base agua con mayor o menos presencia de etilenglicol. Es decir, que como se nos fisure un tubo o se salga un racor con el ordenador en marcha nos podemos ir despidiendo de la placa base y/o la tarjeta gráfica y/o fuente de alimentación.

Al principio veía la cosa muy segura, pero a base de leer casos de fugas en refrigeraciones líquidas con unos cuantos años ya a sus espaldas empecé a pensar en hacerme con una refrigeración por aire, la cual tiene otro ventaja adicional y es que si se nos para el ventilador del disipador éste último puede seguir refrigerando algo de forma pasiva (sobre todo si el flujo de aire dentro de la caja es adecuado y consigue que se mueva algo de aire entre sus aletas) pero si se nos avería la bomba de una refrigeración líquida el micro se nos va a plantar en temperaturas perjudiciales para su salud en menos que canta un gallo y con posibilidad además de que por efecto del calentón uno de los racores de la bomba se dilate y acabemos además con la temida fuga de líquido.

Aún así, las refrigeraciones líquidas tienen otra ventaja que no he comentado hasta ahora y es que el calor del microprocesador lo sacan directamente fuera de la caja, ya que los ventiladores de los radiadores se suelen configurar para que eliminen ese calor hacia el exterior (y si el radiador está colocado en la parte alta de la caja de paso ayudan a sacar el aire caliente que hay acumulado dentro de la misma). La cosa es que cuando usas una refrigeración por aire, el disipador se calienta y por tanto también el interior de la caja puesto que su ventilador lo hace circular por su interior, de modo que es un motivo más para asegurar una buena circulación de aire dentro del PC con los ventiladores de la caja si no queremos que se eleven las temperaturas de sus componentes internos.

Por tanto, sopesando todo esto que os he contado decidí probar la refrigeración por aire que ofrece el propio disipador que viene con el AMD Ryzen 7 3700x (el famoso y colorido Wraith Prism) y comprando un juego de ventiladores regulables por PWM así como un HUB para poder conectar varios de ellos (cinco en concreto) al conector SYS_FAN de la placa base.

Tras unas pruebas iniciales me di cuenta de que el Wraith Prism es un avión a punto de despegar cuando pasas algún benchmark de CPU o si te tiras un buen rato jugando a algún juego muy exigente con el microprocesador y la tarjeta gráfica. Sus 3750 RPM máximas hacían un ruido tremendo aunque cierto es también que mantenía las temperaturas del microprocesador más o menos en los márgenes que jugaba la líquida que tenía puesta hasta ese momento.

¿Y por qué tanta velocidad de giro? Bueno, el problema es que es un disipador de perfil bajo, de modo que además de que el aire va «de arriba a abajo» impulsado con el ventilador, chocando por tanto con la placa base y disminuyendo su capacidad de refrigeración, las aletas de aluminio que tiene son más pequeñas que las del típico disipador «de torre» que habréis visto en multitud de PCs. Lo que han hecho en AMD es suplir ese menor rendimiento que viene condicionado por su diseño con un caudal de aire muy bestia, pero claro, los dbs también se disparan.

Buscando un poco en foros y demás encontré un modelo de disipador + ventilador en formato torre que funcionaba muy bien y además entraba en mi caja, que al ser para placas microATX no es demasiado ancha y está limitada a una altura máxima del conjunto de unos 15 cm; medida que sobrepasan muchos modelos de Noctua y Cooler Master equipados con ventiladores de hasta 14 cm a los que hay que sumar la altura de la base y el primer tramo de los heatpipes que llevan incorporados.

El modelo que compré fue el Hummer H-212 de Nox, que sale por unos 30 euros y es sumamente silencioso, también gracias a su ventilador cónico de 120 –> 92 mm que sopla sobre un disipador de aletas de aluminio y heatpipes de cobre a una velocidad máxima de 1600 RPM. He de decir que me ha sorprendido para bien, porque las temperaturas están a la par con el Wraith Prism pero el ruido que hace a máxima velocidad es una fracción del modelo de AMD y además en idle es prácticamente inaudible.

Como podéis ver en la imagen anterior, la disposición del conjunto disipador-ventilador es tal que el aire fresco entre por el frontal de la caja, lo recoge el ventilador, lo hace pasar por el disipador donde se calienta y a continuación sale por el ventilador trasero. Puede que algo de aire se derive hacia los dos ventiladores superiores, pero estos están principalmente para sacar el aire caliente que se acumula en la caja cuando la tarjeta gráfica está trabajando a plena potencia; si bien de esto creo que prepararé un artículo específico porque me parece un tema interesante.

Por tanto, y para resumir un poco todo lo comentado en este artículo, aunque las refrigeraciones líquidas son muy pintonas y funcionan muy bien creo que no van a conseguir barrer del mapa a las refrigeraciones por aire; ya que estas tanto por funcionalidad como sobre todo por seguridad tienen bastantes ventajas.

Las protecciones de las baterías de ion-litio

Este artículo se me ocurrió a raíz de algo que me pasó hace unos días probando una linterna que funciona mediante una batería CR123A, ya que al exigirle mucha corriente el LED se apagaba directamente, y aunque al final la explicación tiene su lógica (como luego veremos) quería aprovechar para hablar un rato sobre las protecciones que incorporan este tipo de baterías.

Las baterías de iones de litio han supuesto una revolución en la electrónica de consumo por su gran capacidad de almacenar energía, la posibilidad de fabricarlas en muy diversas formas físicas y la flexibilidad que dan a la hora de cargarlas y descargarlas. Sin embargo, también tienden volverse inestables si se les saca de sus condiciones de funcionamiento y almacenaje adecuadas y llegado el caso podrían llegar a incendiarse o explotar.

Las circunstancias que voy a enumerar a lo largo de esta entrada son las que pueden llevar a la autodestrucción de una batería de ion-litio, y por eso hay un circuito de protección en su interior y algunas características físicas a la hora de diseñar la propia batería que las harán seguras de utilizar y de cargar. Vamos a ver cada uno de los apartados:

Protección de corriente máxima de descarga

Las baterías de litio están diseñadas para dar una corriente máxima y sobrepasarla provocaría un sobrecalentamiento que podría llegar a inflamar sus celdas. Este cantidad de corriente se determina mediante el parámetro C con un número puesto delante de él indicando lo siguiente:

Pongamos que tenemos una batería de 800 mAh de capacidad. Esto quiere decir que la batería es capaz de almacenar en su interior 800 mAh que irá entregando a la carga a una intensidad máxima marcada por el número que se antepone a la C. Es decir, que si la batería es de 1C la máxima corriente que puede dar será de 800 mA (y en teoría duraría una hora). Si fuera de 2C podría dar hasta 1600 mA durante media hora. Si fuera 5C podría dar un máximo de 4000 mA durante 12 minutos… Creo que está claro, ¿no?

Pues bien, veamos qué ocurrió con la linterna a la que me refería en la introducción de este artículo. Resulta que la batería que le estaba poniendo a la linterna era de 650 mAh pero con un coeficiente de descarga de 1C, lo que quiere decir que no le puedo exigir más de esos 650 mA en ningún momento. En los modos de funcionamiento más bajos no había problema porque la linterna consume menos de esa cantidad de electricidad; pero al poner el modo más alto de todos, pongamos que el LED le pide a la batería 900 mA y entonces a los pocos segundos el circuito de protección corta la corriente porque si no fuera así internamente la batería podría sobrecalentarse y dar problemas.

Al cambiar a una batería de la misma capacidad pero de 3,5C la corriente máxima que es capaz de dar en un momento dado es de 650 mA x 3,5 = 2275 mA que está por encima de esos 900 mA que el LED necesita en su modo más luminoso y entonces funciona sin problemas.

Esta misma protección es la que actúa ante cortocircuitos que puedan suceder si, por ejemplo, metemos la batería en una mochila con cosas de metal como clips, monedas y llega el caso (complicado, pero puede pasar) en que se ponen en contacto los dos polos de la batería generando un cortocircuito. En ese momento la electricidad teóricamente se haría infinita lo que sería peligroso para la integridad de la batería, así que la protección actúa desconectando internamente la batería y cortando así el paso de corriente y evitando el desastre.

Protección contra exceso de temperatura

La temperatura de las celdas de litio es peligrosa si se eleva demasiado por el motivo que sea; no sólo por sobrecorrientes. Como os decía en el apartado anterior, el circuito de protección monitoriza la corriente entregada en todo momento por la batería y cortará si sobrepasamos la máxima fijada por diseño, de modo que por ese motivo la batería no debería de calentarse en exceso.

Sin embargo, eso no quita que la batería se pueda calentar por factores externos como que el propio aparato al que alimenta genere un montón de calor, que la batería esté en un coche a pleno sol en verano… En ese caso disponemos de otro sistema de seguridad que se encarga de desactivar internamente la batería si detecta que su temperatura sobrepasa cierto nivel sea por el motivo que sea.

Protección contra polaridad inversa

Esta protección lo que hace es evitar que la batería pueda recibir corriente si la hemos conectado en sentido contrario a la hora de cargarla. Esto se implementa porque meter a las celdas de litio una corriente en inverso puede ser peligroso para su integridad y podría llegar a autocombustionar (como estáis viendo, son baterías muy delicaditas).

 

Protección contra descarga profunda

Otro factor peligroso para las baterías es tratar de hacerlas funcionar cuando estas se encuentran a una tensión extremadamente baja. Todas las baterías tienen una tasa de autodescarga; es decir, que aunque las tengamos metidas en un cajón sin utilizar se van a ir descargando poco a poco (su voltaje irá disminuyendo) tanto por la propia concepción de este tipo de baterías como por la circuitería de control que algo de energía necesita para mantenerse operativa en todo momento. Si la tensión de alguna celda cae a unos 3 V la batería no va a funcionar para evitar así que se le pida corriente estando la tensión tan baja.

Por tanto, si la tensión de las celdas baja de un nivel determinado la batería no va a funcionar, pero lo peor es que si el voltaje es realmente bajo (el límite se suele situar en unos 2,6 V para los habituales 3,7 V que suelen dar) el circuito impedirá incluso que podamos cargarlas, haciendo por tanto que la tengamos que tirar.

Protección contra sobrevoltaje

De forma muy similar al caso anterior, la circuitería de control de la propia batería va a vigilar constantemente (en este caso a la hora de cargar) que el voltaje de las celdas no sobrepase aproximadamente 4,2 V para que así no pueda darse alguna reacción violenta en el interior de la batería y acabar esta incendiándose.

Lo habitual es que los cargadores vayan monitorizando el voltaje de la batería que tienen conectada y detengan la carga cuando esta ha llegado a su voltaje nominal; pero como de todo hay en la viña del señor (AKA fabricantes muy piratas), es mejor que la propia batería vaya monitorizando esto y en caso de problemas que se desconecte internamente para detener así su carga.

Protección contra cortocircuito interno por deformación

Esta protección no consiste en un circuito electrónico, sino en una forma constructiva; y es que para que las celdas de litio no puedan deformarse y cortocircuitarse internamente, las baterías de este tipo se meten en una camisa metálica reforzando especialmente la zona del polo positivo. Esto es para que si, por ejemplo, la batería se cae al suelo esta no se deforme y pueda dar lugar al cortocircuito interno que os decía hace un momento.

Del mismo modo, en la zona del polo positivo suelen disponer de unos orificios de venteo para que en el caso de que todo vaya mal y finalmente por lo que sea la batería empieza a coger presión en su interior, los gases que se forman en el interior saldrían por estos orificios en lugar de inflar la batería minimizando así el riesgo de que llegue a hacer explosión.

Como veis es todo un mundo esto de las protecciones para las baterías de iones de litio, pero es que por sus características es más que recomendable disponer de este tipo de salvaguarda para evitar que un día podamos tener un disgusto.

Review: Xiaomi Temperature and Humidity Monitor

Aunque muchos de vosotros conoceréis a Xiaomi por sus teléfonos móviles o por su famoso patinete eléctrico, el ecosistema de productos de la marca va mucho más allá; y para daros cuenta de ello podéis daros una vuelta por cualquiera de las tiendas que han abierto recientemente en España. Allí veréis cosas tan curiosas como un cocedor de arroz, gafas de sol, paraguas, cepillos de dientes eléctricos, destornilladores, mochilas, lámparas… y entre estos y muchos otros artículos, os encontraréis con éste del que hoy os quiero hablar: un medidor de temperatura y humedad.

Por los 13 euros que cuesta este aparato, nos llevamos un monitor de temperatura y humedad con posibilidad de conexión con nuestro móvil a través del bluetooth y la aplicación Mi Home, un aspecto elegante y una legibilidad muy alta. Con él también podemos automatizar ciertas acciones en casa, pero para ello tenemos que contar con una plataforma de Xiaomi que pondrá en contacto a todos los actores implicados para domotizar en cierta medida nuestro hogar.

El sensor viene en una caja de plástico transparente en la que aparecen por la parte trasera las especificaciones del mismo (en chino, eso sí) y una vez que la abrimos tenemos el sensor como tal, la base adhesiva y un par de manuales en varios idiomas incluyendo entre ellos el español. Comentar que no incluye la pila AAA que necesitamos para hacerlo funcionar, así que tenedlo en cuenta si no tenéis ninguna en casa.

Como podéis ver, tanto el aparato como su pantalla tienen forma circular, lo que me parece un detalle original y que le otorga cierta elegancia que lo diferencia de la mayoría de aparatos de este tipo que hay en el mercado, ya que lo habitual es encontrarnos con pantallas de forma rectangular.

Lo de la base independiente me parece una buena idea, ya que podemos dejarla fija en un sitio pero podremos llevarnos el medidor donde queramos puesto que ambos elementos se juntan por medio de un imán. Además, esto es necesario para pulsar el botón de enlazar por bluetooth o para cambiar la pila, así que en ese sentido me parece una solución estupenda.

Hablando de cambiar pilas, según Xiaomi la autonomía con una sola pila AAA es de varios meses. Yo, sinceramente, tengo mis dudas de que llegue a tanto; pero tengo el sensor desde hace 10 días y todavía el indicador de autonomía no ha bajado ninguna de las cinco rayas que tiene, de modo que al menos no parece que vayamos a tener que estar comprando pilas constantemente.

En cuanto a la lectura de los datos, he podido comprobar que la electrónica interna es muy rápida detectando los cambios tanto de temperatura como de humedad. Simplemente con soplar levemente en su parte frontal (ese hueco oscuro es donde tiene los sensores internos) ya vemos que los datos en pantalla empiezan a moverse. Del mismo modo, he probado a meterlo en el cuarto de baño mientras me duchaba y la humedad se iba a más del 65%, volviendo a valores de entre el 40 y el 50% en cuanto lo llevaba de nuevo al salón.

También he probado a poner el climatizador del coche a 22 grados en un viaje de un par de horas y al llegar a mi destino con la temperatura estabilizada el Xiaomi marcaba 21,8 grados, de modo que la medida de temperatura parece bastante precisa. De la humedad no tengo nada con lo que comprar, pero sí que he podido comprobar que cuando activo el aire acondicionado en el coche la humedad comienza a bajar con rapidez.

Digo todo esto porque hay medidores de temperatura y humedad que reaccionan muy tarde ante los cambios del entorno. De hecho tengo un datalogger de temperatura que necesita varios minutos para «darse cuenta» de que he puesto la calefacción del coche, por lo que cuando intento hacer un estudio de la evolución de la temperatura ambiente en función de la consigna de la calefacción los datos que obtengo no son reales porque de hecho yo empiezo a sentir calor y veo que el datalogger todavía no se ha movido del valor inicial. Esto no ocurre con el Xiaomi, que reacciona de inmediato a los cambios ambientales, pero para mi propósito tampoco me sirve por lo que os voy a contar ahora.

El caso es que compré este aparato pensando que en algún tipo de memoria interna guardaría los registros de los datos que va leyendo de tal manera que luego podríamos sacar gráficas, promedios, etc como hacían otros modelos similares más antiguos de la marca. Sin embargo, me he llevado la desagradable sorpresa de que no es así. El sensor muestra en pantalla (y en el móvil) los valores de temperatura y humedad que hay en ese preciso instante, pero no guarda en su interior nada con lo que podamos consultar históricos o similares.

Es decir, que se trata de un modelo enfocado a tenerlo en una estancia (o en más de una, ya que podemos conectar varios de ellos a través de la aplicación de Xiaomi) y consultar qué temperatura y humedad tenemos en un momento determinado o bien integrarlo con la plataforma de Xiaomi en un sistema de automatización para ciertas tareas como poner la calefacción si la temperatura baja de cierto nivel o conectar un humidificador si detecta que el aire está demasiado seco, pero lo que yo quería es podemos analizar posteriormente cómo han ido cambiando los valores de temperatura y humedad a lo largo del tiempo en un lugar determinado; y con este modelo no puedo hacerlo.

Sea como sea, si lo que queréis es conocer las condiciones ambientales de alguna estancia de vuestra casa de una forma sencilla, elegante y cómoda, esta opción de Xiaomi puede ser muy acertada tanto por la calidad de las mediciones como por el bajo precio del aparato.

Review: cámara térmica Flir TG130

Como algunos ya sabréis, me fascina cualquier aparato que pueda medir. Puede ser una brújula, un telurómetro, un altímetro, un tensiómetro, un GPS, un sonómetro… Pero, tal y como os comenté en una reciente entrada, para mi peculiar gusto una de las cosas más apasionantes de este campo son las cámaras termográficas, basadas en la emisión de energía infrarroja de los cuerpos en función de su temperatura.

Pues bien, lo que hace años me parecía algo impensable se ha hecho realidad recientemente gracias a la progresiva popularización de estas tecnologías, y es que… ¡Tengo mi propia cámara térmica! Un modelo muy sencillo y de prestaciones limitadas pero que me permite ver lo invisible y, en muchas ocasiones, con resultados sorprendentes.

Se trata del modelo TG130 de la conocida marca Flir, el cual actualmente es el más básico de su gama de cámaras térmicas pero que cuenta con un módulo Lepton para termografía infrarroja que también incorporan algunas de sus hermanas mayores.

De todos modos, más allá de soltaros una ristra de datos técnicos, voy a comentaros en unos párrafos las principales características de esta cámara, ya que así a la vez que os enumero especificaciones os voy narrando mi experiencia con ella:

El campo de visión de la TG130 es de 55º x 43º y su enfoque mínimo es de 10 cm. Es verdad que la óptica es un poco angular (es decir, que tiene un ángulo de visión amplio) pero gracias su escasa distancia mínima de enfoque podemos acercarnos a objetos de pequeño tamaño y poder evaluar las temperaturas de su superficie. Por ejemplo, en cámaras con una orientación más industrial el ángulo de visión es más estrecho para poder evaluar a una distancia prudencial; y en las de gama alta muchas veces podemos incluso intercambiar ópticas para adaptarnos a lo que la situación requiera.

La TG130 está pensada para realizar comprobaciones domésticas sencillas como ver la temperatura del enchufe del calentador del agua, las juntas de las ventanas para comprobar el aislamiento térmico de nuestro hogar, el motor de nuestro coche para observar cómo se va calentando poco a poco tras arrancar, buscar los tubos de la calefacción bajo el suelo del salón… No quiere eso decir que no podamos llevar esta cámara a nuestra empresa y ver cómo se distribuye el calor por la carcasa de un motor eléctrico o por las protecciones de un cuadro de distribución porque yo mismo lo he hecho y la diferencia de temperaturas se aprecia perfectamente, pero está claro que no es su orientación y para ese tipo de aplicaciones debemos de emplear un modelo superior.

banda de rodadura de uno de los neumáticos de mi coche. Observad cómo el disco de freno está mucho más caliente

Hay que dejar claro que la TG130 tiene una limitación muy importante: no hay manera de grabar imágenes en ningún tipo de formato ni en ningún tipo de soporte porque la cámara no tiene puerto USB o tarjeta de memoria. Lo único que permite es congelar la imagen en pantalla y por eso veréis que los ejemplos que ilustran este artículo están fotografiados directamente de la pantalla de la cámara térmica. Disponer de una tarjeta microSD supone ir al modelo siguiente en la escala (el TG165) que cuesta prácticamente el doble que la TG130.

Raspberry Pi Zero W

También quería comentaros que sólo vamos a tener una referencia de temperatura en pantalla (un pequeño círculo central) y que no vamos a tener a la vista ningún tipo de escala termográfica que nos diga entre qué rangos de temperaturas se encuentra lo que vemos en pantalla. Es decir, que apuntando a la zona que nos interese vamos a conocer su temperatura y la paleta de colores nos va a dar idea de cómo se distribuye la temperatura por la superficie del cuerpo que estamos observando, pero si queremos saber la temperatura de un punto en concreto debemos mover el encuadre para apuntar a la zona en cuestión con el círculo central.

Salida del aire acondicionado de mi coche

La pantalla de 1,8″ que domina la parte trasera de la cámara es de tipo TFT y en exteriores a pleno sol cuesta un poco ver los colores en detalle. De todos modos, el uso de esta cámara va a ser casi siempre en interiores de modo que esto no será un gran contratiempo. Su resolución es de 160 x 120 pixels y su orientación es vertical.

En cuanto a la resolución térmica, esta es de 80 x 60 pixels, y como estaréis viendo en los ejemplos que estoy intercalando entre los párrafos, aunque a priori parece escasa, permite apreciar las temperaturas con bastante detalle. Tened en cuenta que la imagen térmica es la del mapa de temperaturas de la superficie a la que estamos apuntando, de modo que aunque sería deseable disponer, en general, de una gran resolución; para el uso que va a tener este modelo tenemos más que suficiente.

Lavabo llenándose de agua caliente

Dado el uso que se le suele dar a este modelo de cámara térmica, el rango detectable se encuentra entre -10 y +150 ºC. Temperaturas inferiores a esos diez grados bajo cero se visualizarán en color negro y las que superen los ciento cincuenta grados aparecerán de color blanco nuclear. Digamos que ese va a ser el rango dinámico de nuestra cámara térmica, y es verdad que en ese aspecto vamos a tener otra limitación, ya que un congelador anda por debajo de ese rango y un horno o una freidora por encima. Eso sí, para temperaturas ambientales en interiores y exteriores, casi siempre vamos a estar dentro del rango disponible.

Coches en el garaje. Se nota quién ha llegado hace poco

Por cierto, tras el alojamiento de las pilas tenemos un pequeño interruptor que representa la única opción de la cámara y que lo que hace es representar en pantalla la temperatura en grados centígrados o Farenheith. Aparte de eso tenemos el botón de encendido/apagado bajo la pantalla y el gatillo que congela la imagen en la parte delantera.

Ya que estamos, comentar que la cámara se apaga automáticamente a los cinco minutos de no tocar ninguna tecla aunque tiene la decencia de darnos un aviso de tres segundos por si queremos detener el proceso de autoapagado.

Caldera de agua caliente de casa en funcionamiento

La alimentación de la TG130 es mediante tres pilas AAA que van insertadas en el mango de la cámara. No hay posibilidad de conectar una fuente de alimentación externa ni para recargar las pilas ni para hacer funcionar a la cámara como tal. La marca afirma que con cada juego de pilas tenemos para cuatro horas de uso continuado, pero si os dedicáis a apagar y encender la cámara con frecuencia pronto veréis que la duración total se os va a quedar aproximadamente en la mitad, ya que durante los primeros treinta segundos tras cada encendido se realiza un proceso de autocalibración que drena bastante energía de las pilas.

La velocidad de refresco de las imágenes que se muestran en pantalla es de 9 Hz, por lo que aunque nos vayamos moviendo en busca de «diferencias térmicas» podremos apreciar cierta fluidez en la representación, pues cámaras más antiguas no pasaban de velocidades de 2 ó 3 Hz y en esas sí que todo se movía «a saltos».

Un radiador instantes después de encender la calefacción. Fijaos en cómo el agua caliente se acumula en la parte superior

Pasados unos minutos ya casi todo el radiador está a una temperatura homogénea

En cuanto al aspecto físico, la cámara tiene unas dimensiones de 169 x 113 x 48 mm y un peso de 210 gramos. Como podéis ver en la siguiente imagen, en la que sujeto la cámara normalmente en mi mano, el tamaño es muy compacto y no resulta para nada aparatosa.

La cámara no trae ningún tipo de funda, y desde mi punto de vista es importante proteger de algún modo la lente frontal de la TG130, ya que en este tipo de aparatos no podemos colocar un filtro de cristal delante del objetivo como haríamos con una cámara réflex debido a que el vidrio es opaco a la radiación infrarroja y, por tanto, con un filtro colocado no podríamos termografiar nada.

«Autoretrato termográfico». Podéis ver que el vídrio de las gafas que me puse no transmite el calor de esa parte de mi cara (y que tenía la nariz un poco fría)

En mi caso, lo que utilizo como funda para la cámara es una bolsa acolchada originalmente diseñada para una Playstation Vita. Como podéis ver en la siguiente imagen no está adaptada a la forma de la cámara pero el tamaño sí que es adecuado y además es de lo más discreta.

En la caja de la cámara (un blister transparente en realidad) tan sólo viene además de la propia TG130 y su correspondiente documentación, una correa y un juego de pilas. Pocos complementos para una cámara que, como ya os decía al principio del artículo, es de lo más sencilla que nos podemos encontrar.

Por cierto, tened siempre presente que la TG130 se supone que resiste caídas de hasta 2 metros, pero no está preparada para resistir al agua, de modo que nada de sacarla bajo la lluvia o hacer experimentos en la bañera de casa, porque como se moje es muy posible que acabe en la basura.

Echando agua fría al lavabo caliente por haber estado lleno de agua caliente instantes antes

En el uso diario de la cámara, y siempre desde la perspectiva de un fanático de las mediciones en tiempo real como yo, he de decir que me parece un aparato útil y curioso al mismo tiempo. Más allá de lo que os comentaba de buscar fallos en el aislamiento térmico de casa o tuberías de agua caliente, me encanta emplear la TG130 para observar cómo se calientan los diferentes componentes electrónicos de las placas de diversos aparatos que hay por casa o cómo el aire acondicionado de mi coche enfría las superficies sobre las que incide el caudal de aire que sale de los aireadores. Es decir, que la principal utilidad que le doy a esta cámara de Flir es principalmente para hacer frikadas y curiosear un poco en ese campo de la termografía que tanto me apasiona.

Latiguillo de agua caliente y desagüe del fregadero

Para trabajar y evaluar equipos electromecánicos en mi trabajo empleo una cámara de gama media de la marca Fluke, que ya posee las características necesarias para ello; pero la diferencia es que la TG130 puedo llevarla a la calle para dar una vuelta con ella y curiosear un poco por allí sin sufrir por si la pierdo o le pego un castañazo y me la cargo.

Seguramente sea esa la mejor característica de esta cámara termográfica: que por un precio relativamente bajo podemos tener la imagen térmica de cualquier objeto sin muchos más extras. Sería estupendo tener escala de temperaturas y cuatro puntos de control en pantalla, pero esto nos llevaría a una gama superior de cámaras que nos costaría diez veces más.

¡Nos leemos!

Introducción a la termografía

De pequeño tuve un juego llamado Detectinova que entre sus muchos artilugios incluía un líquido transparente con el que podíamos escribir sobre un papel un mensaje que permanecía invisible hasta que aplicábamos sobre él otro producto químico que lo hacia aparecer como por arte de magia.

Puede que de ahí venga mi pasión por aquellas cosas que de forma habitual están ocultas a la vista pero que con los instrumentos adecuados podemos apreciar. La luz ultravioleta es una de ellas (otro día os hablaré de ese tema) pero por encima de ello hay otro fenómeno similar que me apasiona aun más: la radiación infrarroja.

¿Qué es la radiación infrarroja?

Lo primero que debemos conocer es que los colores que vemos a través de nuestros ojos no son más que ondas electromagnéticas de una determinada longitud, las cuales están comprendidas aproximadamente entre 380 nm y 780 nm (longitudes de onda que corresponden al violeta y al rojo respectivamente, que son los extremos del espectro visible por los seres humanos).

Pero que no veamos más allá de estos límites con nuestros ojos desnudos no significa que no haya longitudes de onda mucho menores y mucho mayores. De hecho, el espectro visible es una minucia con respecto a toda la variedad de radiaciones electromagnéticas que nos rodean. Que no las vemos no significa que no estén ahí como podéis ver en la siguiente ilustración.

La radiación visible con respecto al espectro electromagnético al completo. Imagen cortesía de Público.

Pues bien, aquellas ondas cuyas longitudes son superiores a las del rojo (vibran a una frecuencia inferior, ya que la longitud de onda y la frecuencia de vibración son inversamente proporcionales) son las que nos interesan para este artículo, ya que son las conocidas como radiación infrarroja; y abarcan aproximadamente el rango de las longitudes de onda entre 780 nm y 1 mm.

Aunque la descripción de la energía infrarroja es un tema denso y farragoso, para el propósito de este artículo lo vamos a simplificar diciendo que todo cuerpo emite una cierta cantidad de energía infrarroja en función de su temperatura, y para las temperaturas más habituales que manejamos en el día a día esta se encuentra entre unas longitudes de onda de entre aproximadamente 8 um y 15 um, que es la zona dentro de la radiación infrarroja que corresponde a la región de los infrarrojos de onda larga o también conocida como infrarrojo térmico.

Si nos fuéramos a longitudes de onda más largas (entre 1 mm y 1 m) ya entraríamos en el campo de las microondas; pero eso queda fura de nuestro alcance. Sólo os lo comento para que os podáis situar en el tramo del espectro electromagnético en el que nos vamos a mover hoy, que está comprendido entre la radiación visible y las microondas.

La cámara termográfica

Visto lo anterior y si nos ha quedado claro que al final la radiación infrarroja es del mismo tipo que la luz que vemos por todos lados pero que vibra a una frecuencia menor que esta, podréis entender que con el sensor adecuado podemos construir una cámara que en lugar de captar la luz visible sólo vea las longitudes de onda correspondientes con la radiación infrarroja. Pues bien, eso no es ni más ni menos que una cámara termográfica, que es un aparato que me apasiona y al que desde hace ya mucho tiempo quería dedicarle un apartado en este blog.

Diversos modelos de cámaras termográficas. Imagen por cortesía de Flir

Cámaras termográficas las hay de muchas formas, marcas, tecnologías y precios; pero lo que tienen todas ellas en común es que hacen visible lo invisible, ya que al fotografiar una superficie no vamos a distinguir sus colores, sino que obtendremos un «mapa» de las temperaturas superficiales de los elementos que aparezcan en ella.

Por tanto, mediante el uso de una de estas cámaras vamos a poder conocer la distribución de la temperatura en una superficie sin necesidad de contacto directo y de un sólo vistazo, ya que el mapa resultante es muy visual y nos va a permitir conocer rápidamente las zonas frías y calientes del cuerpo sometido a examen.

Cámara termográfica Fluke Ti10. Imgen por cortesía de Fluke

Por ejemplo, en la placa base de un ordenador en funcionamiento se apreciará una zona de alta temperatura que se corresponderá con la CPU, otras también con cierta temperatura como pueden ser los módulos de memoria o la tarjeta gráfica y luego zonas de la placa en las que no haya componentes que disipen apenas calor que aparecerán en tonos más fríos en la imagen resultante.

La termografía

Una termografía, por tanto, no es más que una fotografía en el espectro infrarrojo en la que podemos apreciar los gradientes térmicos de una superficie gracias a que cada temperatura aparece coloreada en tonos diferentes en función de la cantidad de radiación emitida (y que, como os dije anteriormente, está íntimamente ligada a la temperatura de los cuerpos). Cuanto menor sea la diferencia entre la máxima y la mínima temperatura captada más detallado será el gradiente de la imagen y más precisa va a ser la representación de las temperaturas al igual que ocurre con el rango dinámico en una fotografía tradicional.

Al igual que en cada píxel de una fotografía hay almacenada información sobre su tono, brillo o saturación, en una termografía vamos a tener en cada punto la temperatura registrada, de modo que luego podríamos utilizar esta información para tratarla y establecer patrones de dispersión de calor, velocidades de calentamiento y enfriamiento… Las aplicaciones son muchas y variadas como podréis imaginar.

Para que os hagáis una idea de lo que estamos hablando os voy a mostrar unos ejemplos de termografías que hice yo mismo un día en el que me llevé a la oficina una Raspberry Pi 3 y una Raspberry Pi Zero para observar cómo se calentaban mientras realizaba un benchmark que pusiera el microprocesador al 100% (y, por tanto, le hiciera disipar la mayor cantidad posible de energía calorífica) para así comprobar el funcionamiento de nuestra cámara termográfica con placas repletas de pequeños componentes electrónicos.

Esta es la Raspberry Pi 3 tras un rato funcionando en idle. Como podéis ver en la escala de la derecha, el microprocesador está casi a 60 ºC, el chip de memoria (en la parte izquierda de la placa) a algo menos, el resto de la placa ronda los 40 ºC y los conectores están a unos 30 ºC, que es también la temperatura de la mesa en la que estaba apoyada la placa

Si nos acercamos un poco más al microprocesador podemos apreciar cómo su calentamiento es mayor en la zona central del mismo, lo cual es lógico ya que los encapsulados de los chips son mucho más grandes que la circuitería interna que los conforman para así facilitar la disipación del calor al ambiente. Bajo esa zona de intenso color rojo es donde está situada la oblea del circuito integrado

Al lanzar el benchmark (sudo sysbench –test=cpu –num-threads=4 run) y pasados unos segundos vemos que el microprocesador ha disparado su temperatura, alcanzando los 100 ºC. El resto de la placa ha pasado de 40 grados a unos 50, pero como ahora la diferencia de temperatura entre los extremos es mayor, la escala de colores se adapta la nueva situación. Como veis, la temperatura de la mesa sigue en unos 30 ºC

Aquí está la Raspberry Pi Zero ejecutando el mismo benchmark pero para un sólo thread (sudo sysbench –test=cpu run) y podemos ver que su temperatura no se dispara como en el caso de la Raspberry Pi 3 debido a su menor potencia, estando la superficie de la CPU a poco más de 60 ºC.

Como habéis podido ver, lo que la cámara capta es la temperatura de la superficie del elemento al que estamos apuntando. Este tipo de cámaras no son capaces de captar la temperatura del aire ni la luz visible, de modo que lo que tenemos, como ya os dije antes, es un mapa de las temperaturas superficiales del cuerpo en cuestión.

Aplicaciones prácticas de la termografía

En mi trabajo utilizo la termografía con bastante frecuencia, de modo que me puedo considerar afortunado por lo que os contaba al principio sobre que ya de pequeño me fascinaba todo aquello que revela ante los ojos lo que originalmente estaba oculto. Y es que qué queréis que os diga: me parece una pasada poder usar un aparato que al apuntar sobre un cuadro eléctrico, una tubería o un motor es capaz de indicarme si hay alguna avería en ciernes; siendo por tanto un elemento básico del mantenimiento predictivo de una instalación.

En el campo eléctrico una termografía nos va a dar pistas sobre posibles problemas en las conexiones eléctricas y el flujo de la corriente. Si por ejemplo tenemos un contactor trifásico que alimenta a un motor y observamos que una de las tres fases está más caliente que las otras pueden estar ocurriendo dos cosas: o bien tenemos una mala conexión por estar sucio y/o poco apretado el contacto y por tanto el área por la que fluye la corriente es menor o bien una de las fases del motor está consumiendo bastante más que las otras.

Siguiendo con el tema de los motores, también se puede dar el caso de que tengamos varios motores iguales funcionando en las mismas condiciones y al termografiar todos ellos observemos que uno está considerablemente más caliente que los demás. Si observamos que el incremento de la temperatura se localiza sobre todo en uno de los extremos del cuerpo del motor, es posible que el rodamiento esté empezando a desgastarse y el rozamiento adicional que está sufriendo se traduce en forma de calor que al final se transmite a la carcasa metálica del mismo.

Como tercer ejemplo, si en una tubería que tenemos a la vista y por la que circula un líquido se atasca y no sabemos bien dónde está el problema por ser esta de una longitud considerable, si la temperatura ambiente y la del líquido que hay en ella son diferentes, con ayuda de una cámara térmica vamos a poder apreciar dónde se está produciendo el atasco, ya que vamos a observar que donde hay líquido la tubería toma un color que cambia a partir de la zona por donde no puede circular y en esa zona de «transición tonal» es donde estará la causa del problema.

Podéis echar un vistazo al siguiente vídeo (en inglés) que os dará una idea muy visual de este tipo de aplicación de las cámaras termográficas orientadas al mantenimiento de instalaciones industriales, ya que muestra lo que os he contado en los párrafos anteriores.

Otras aplicaciones de las cámaras termográficas son la observación del fraguado uniforme del hormigón, la correcta aplicación de aislantes en paredes y techos, la comprobación de fugas de agua que no se aprecian a simple vista, la localización de personas y animales en entornos sin visibilidad (humo, niebla, ventisca, oscuridad, vegetación…) o el correcto funcionamiento de sistemas de generación de frío y calor.

Eso sí, aunque sólo daré un pequeño retazo sobre ello, no quería dejar de comentar el mayor enemigo de la termografía, que son las superficies altamente reflectantes como el vidrio o el metacrilato, ya que aunque haya un cuerpo caliente detrás estos materiales son «impermeables» a la radiación infrarroja y con la cámara no obtendremos ninguna información útil. Por tanto, si se quiere termografiar un elemento situado tras un cristal hay que quitarlo de algún modo porque de lo contrario lo único que veremos en la termografía será nuestro propio «reflejo térmico».

La popularización de la termografía

Como veis, el campo de las termografías es muy amplio y dado que es una tecnología que cada vez se va abaratando más, creo que cada vez nos la encontraremos en más y más entornos. Cierto es que las gamas profesionales de las cámaras termográficas han costado, cuestan y seguirán costando un pastizal; pero también es verdad que los modelos más simples de hoy tienen ya resolución y prestaciones similares a las topes de gama de hace unos años, que al fin y al cabo es lo que ha sucedido siempre con la electrónica de consumo.

Seguiremos hablando del tema en una próxima entrada. Ya lo veréis.

El calor de la mañana y los recuerdos asociados

Llega el buen tiempo y parece que es para quedarse. Algo muy lógico si tenemos en cuenta que estamos a punto de iniciar el mes de Junio.

Reconozco que este año las cosas han cambiado radicalmente: cuando estaba en la universidad siempre era consciente de la época en la que me encontraba. Sin embargo, una vez metido de lleno en el mundo laboral las semanas pasan y uno no es consciente de ello hasta que un día se da cuenta de que puede ir por la calle a las ocho de la mañana en manga corta perfectamente; señal de que el verano prácticamente está asomando por la puerta.

Estos calores de primera hora de la mañana antes los asociaba a exámenes, prácticas y demás asuntos relacionados con el mundillo académico. Siempre me acuerdo por estas fechas de algunos exámenes de química en el instituto, de las temidas prácticas finales de las asignaturas de programación en la universidad… Eran síntomas que anunciaban la llegada del final de cada curso y que me traen muy buenos recuerdos porque poco después vendrían las vacaciones, la playa y todo lo demás.

Este verano será muy diferente, de eso no hay duda. Mis circunstancias han cambiado, mis perspectivas de futuro también y es posible que dentro de unos meses haya bastantes cambios en mi vida. Sin embargo, cada vez que bajo a la calle poco después del amanecer y no siento el frío en mi piel no puedo evitar sentir una agradable sensación que me transporta a épocas pasadas.

¡A mi portátil le ha dado un calentón!

Ayer me ocurrió algo muy raro con mi portátil. No me refiero al pequeño Asus EeePC 701 que tánto ha hecho por la popularidad de este blog, sino a mi ya veterano Toshiba comprado en otoño de 2004.

El caso es que había estado usándolo como tantas otras veces. Era más o menos mediodía y me daba un poco de pereza encender el sobremesa, de modo que cogí el maletín del Toshiba, lo saqué, me lo puse sobre las rodillas y estuve mirando unos ficheros del proyecto de fin de carrera para ordenar unas tablas.

En un momento determinado me di cuenta de que casi era la hora de comer pero aún no había terminado con mi labor. Como estaba usando el portátil con su batería opté (como había hecho muchas veces en el pasado) por simplemente cerrar la tapa para que se pusiera en modo suspendido y meterlo en la maleta para no dejarlo «por ahí tirado» con el consecuente riesgo de arañazos o golpes, así que, como os digo, metí el ordenador en su maletín, lo cerré y me fui a comer para continuar un poco más tarde con aquello.

Un par de horas después me acordé de que tenía lo del proyecto a medias, de modo que fui a coger de nuevo el maletín y cuando me senté y me lo puse sobre las piernas para abrirlo y sacar el ordenador me di cuenta de que el exterior de dicho maletín estaba bastante caliente. Me extrañó mucho; era como si lo hubiera dejado pegado a un radiador en funcionamiento, pero en realidad estuvo encima de la cama todo el tiempo.

Temiéndome lo peor abrí la cremallera y saqué el ordenador, cuya carcasa estaba tan caliente que apenas se podía sujetar en las manos. Lo dejé sobre la cama al tiempo que soltaba un palabro malsonante, miré los leds del frontal y me fijé que en vez de estar encendido el naranja parpadeante del modo suspendido sólo estaba iluminado el que indica que el ordenador está en funcionamiento. Mi estimado Toshiba había estado encendido a plena marcha durante dos horas embutido en un habitáculo completamente cerrado y sin apenas espacio para que se mueva el aire que saca por un lateral (el maletín está hecho para que el portátil encaje y no se mueva en su interior); algo nada recomendable para su integridad.

Al mismo tiempo me fijé que el ventilador, que apenas se escucha durante el funcionamiento normal del portátil, estaba dando vueltas a una velocidad mucho mayor de lo habitual, indicando que la temperatura interna del equipo debía ser más o menos como la del infierno. Abrí la pantalla y vi que no encendía, cosa que no me hizo mucha gracia, así que opté por apagar el ordenador lo más rápidamente posible mediante la pulsación prolongada del botón de encendido.

Un instante después, el disco duro se aparcó con un suave «clack» y todo quedó en silencio, así que dejé el ordenador en la mesa de la terraza aprovechando que hacía fresquito en la calle con objeto de que su temperatura se normalizara lo antes posible. Durante los eternos diez minutos que lo dejé allí «ventilando» empecé a temer que podría haber perdido todo el avance de la última semana en el proyecto de fin de carrera, pues suelo hacer backups cada Domingo y estábamos justamente a Sábado (la omnipresente Ley de Murphy). Empecé a imaginar la pantalla medio derretida internamente por la acumulación de calor, y deseé que se enfriara rápido para ver las consecuencias del desastre.

Haciendo tiempo empecé a hacer conjeturas sobre lo que podría haber ocurrido. Yo cerré la tapa, y durante los últimos cuatro años y medio esto implica que el ordenador pasa a modo suspendido sin más problemas. Se me ocurrían dos posibles explicaciones: que el ordenador no se hubiera suspendido por un problema de software o que, al ser un sistema magnético el que le dice a la BIOS si la tapa está abierta o cerrada, algún inusual campo magnético lo hubiera «despertado» dentro del maletín sin que yo lo supiera.

Toqué el ordenador, vi que ya estaba frío y procedí a encenderlo pensando que no arrancaría o que si lo hacía algo no funcionaría. Sin embargo, me equivoqué: Windows XP arrancó como de costumbre y la pantalla se mostraba tan nítida y brillante como siempre. El calentón no parecía haber afectado al ordenador y la verdad es que respiré aliviado al comprobarlo.

De hecho hoy he estado usando el equipo por la mañana y, sin ir más lejos, este post lo estoy redactando desde él; pero ahora, cada vez que lo suspendo, me quedo mirando los LEDs hasta que veo que el naranja empieza a parpadear. La verdad es que no me quiero volver a pegar un susto como el de ayer, porque no se pasa demasiado bien que digamos…