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Proyecto Inicial de Darth Vader’s PC con TEC Peltier & Direct Die por GreedoMustDie

Sobre mí:

  • GreedoMustDie (Nick). Nombre real : Desconocido
  • Técnico Superior Electromecánica Industrial, y, Carnet de Frigorista y Aguas Sanitarias.
  • Debido a mi formación académica y profesión, aplico todos mis conocimientos a lo que es mi hobby que es el mundo del PC.
  • La intención de este proyecto es crear un contenido abierto a conocimiento de todo el mundo, para que por poco dinero, puedan potenciar sus sistemas de refrigeración mediante el uso de componentes económicos para cualquier bolsillo. ( Tratare de no expresarme muy técnicamente para mayor asimilación de los conceptos )
  • Agradecer a Deka Modder la oportunidad que me brinda a través de sus directos, y, esta idea del PDS, de poder haceros llegar a todos vosotros esta información. De paso, mostrar mi admiración por el gran trabajo que está haciendo Deka a nivel profesional , y , la paciencia que tiene con nosotros en dedicarnos a todos un rato de su tiempo, ayudándonos en todo lo posible sin ánimo de lucro, y , con solo la intención de que aprendamos y transvasarnos información entre nosotros.

Exposición:

Soy un enamorado del PC , mi primer PC como hoy en día lo conocemos fue un 386 cuando tenía 14 años, desde entonces la tecnología , la potencia , las prestaciones, y , el rendimiento de estos han crecido exponencialmente, como es obvio , también han crecido sus inconvenientes como son la temperatura en sus componentes.

Por ello, lo que me hace creo yo, merecedor a ser partícipe de este fabuloso Team Pastillita  , es mi obsesión total de trabajar , luchar y vencer el calor, para conseguir que los componentes refrigerados por agua estén lo más fríos posible.

Por este motivo, tras muchos planos dibujados a mano alzada en mi libreta, tras algunos cálculos de consumos, amperios, voltajes de las PSU, buscar una torre con el suficiente espacio para que todos los componentes del proyecto tuvieran su sitio, y, no padecería ninguno de ellos; en el mes de Julio del 2018 me lancé en construir lo que alguna que otra noche me ha quitado el sueño, que era hacer al procesador i7 7820X trabajar a mayores frecuencias con menor temperatura que de stock.

Y también pensar en ponerle alguna decoración, aunque mi prioridad es sobre el rendimiento antes que sobre la estética pero sin desmerecer esta en la medida de lo posible. ( Si , soy muy autoexigente conmigo mismo por varios motivos , entre ellos, que un fallo mío puede arruinar una maquinaria que tenga un valor de varios millones de euros , por lo que no me permito tener nada que se me escape bajo mi control , otra cosa es que me venga de origen un pieza defectuosa, pero ese es otro cantar ).

Así que procedo sin más dilación, a explicar los principios del proyecto inicial fase 1 acabado pero aun no terminado, esto quiere decir que el proyecto inicial está finalizado y funcionando a niveles óptimos, pero aun no he entrado en su fase 2 que es pasar por agua las VRM de la PCB, ampliar la superficie de disipación de calor mediante radiadores, y montar un stack de células TEC Peltier. Todo tiene una explicación, a su debido tiempo, la paciencia es una virtud.

De todas formas para mejorar la eficiencia, hay planeada una fase 3 del proyecto que será relatada a vuela pluma más abajo en la sección de ampliaciones a futuro. Dicha ampliación 3 es mucho más ambiciosa y el salto que se obtendrá térmico será muy importante.

El proyecto inicial fue finalizado en Septiembre del 2018 después de comprar ciertas piezas y reunir el material necesario, funcionando el sistema a pleno rendimiento desde entonces hasta el día de hoy sin problema alguno, ni disfunción de cualquier tipo.

Desarrollo:

Sabemos que la generación de calor, ya sea por fricción, rozamiento, y, por el paso de la corriente eléctrica a un componente como es el procesador, causa en este una merma en su rendimiento potencial, un desgaste físico del componente, y, una limitación a la hora de alcanzar mayores frecuencias. Con un sistema custom de refrigeración se consiguen unos resultados muy buenos, pero, como todo, se puede mejorar sus prestaciones; así que aprovechando el efecto seebeck, que es aplicar electricidad a un bimetal, obtenemos un componente eléctrico que por uno de sus lados genera calor, y por el otro de sus lados genera un frio muy intenso, dicho bimetal encapsulado en cerámica es lo que conocemos como célula Peltier, o, TEC Peltier.

célula Peltier, o, TEC Peltier

Las hay de muchas capacidades frigoríficas, pero no todas valen para que la haga funcionar una PSU de PC, a no ser,  que mediante soldadura con estaño, cambiemos el regulador de voltaje de la PSU modificando esta, cosa que tiene su riesgo, pues el PC en sus otros componentes se podría ver afectado al recibir más tensión y mas amperaje del que le corresponde. Por lo tanto, la que nos viene ideal para las PSU de PC son las TEC 12706, pues necesitan un amperaje de 6A, y un voltaje de 12V, cosa exacta que nos entrega una PSU en su raíl de 12V. Con esos parámetros la PSU del PC va hacer funcionar al 100% de su efectividad a la célula Peltier 12706. La célula Peltier 12706 consume 60W.

Del mismo modo, la intención es crear un sistema aprovechando esta idea metido todo dentro de una torre de PC, evitando ocupar más espacio del necesario fuera de la torre mediante un regulador electrónico para dar operatividad a las células Peltier. Obteniendo así un producto compacto y funcional con altas prestaciones funcionales.

¿Por qué incluir la célula Peltier en el custom loop?

La razón radica en potenciar que el procesador aun baje mas de temperatura de la capacidad potencial frigorífica que nos da el refrigerante, por lo tanto, la intención es enfriar el líquido antes de su entrada al cooler del CPU.

¿Como incluir la célula Peltier en el sistema custom loop?

La inclusión de la célula Peltier dentro del sistema de agua, es el resultado de evitar que exista condensación sobre el procesador, o, que dicha condensación cuando sature, se desplace a otro lugar o componente provocando un cierre eléctrico, o, avería. Así como evitar el uso de siliconas, vaselinas, y armaflex pues son molestas, manchan mucho y se degradan con el tiempo pudiendo generar otras averías.

bloque de agua de cobre de 40mm por 40mm

Por lo cual, mediante la fabricación por mi parte de una plancha de aluminio de 120mm por 120mm, y de 3 mm de espesor, monté sobre esta, aplicando pasta térmica, un bloque de agua de cobre de 40mm por 40mm, poniendo la cara que genera frio sobre dicho bloque, que mediante tubería está conectado al circuito custom loop a la salida del depósito/bomba Enermax Neochanger, y, antes de la entrada del liquido al cooler del CPU, consiguiendo bajar unos grados el liquido refrigerante generando el resultado de que el procesador baje también su temperatura. Con esto, ya podía subir mi I7 7820X de frecuencia en sus 8 cores a 5 GHZ teniendo una temperatura de entre 60 -75 grados dependiendo de la época del año mientras jugaba, o, desarrollaba tareas que exigían de un alto uso del procesador. En reposo durante el invierno han llegado a estar los cores a 17 grados, subiendo progresivamente la temperatura de estos mientras se va acercando la estación más calurosa del año.

Bien es cierto, que al procesador previamente le ha sido retirado el IHS totalmente, y, mediante un montaje que se llama Direct Die, en concreto es el ICEMAN X299 DELID GUARD, también le quite una buena carga térmica de calor. No usando metal liquido, pero si usando pasta térmica.

Procesador sin IHS con su acople Direct Die montado en el socket.
ICEMAN X299 DELID GUARD instalado

Pero el trabajo aun no estaba finalizado…….

Una célula Peltier hay que refrigerar su cara que genera calor, ya que de no hacerlo, se cortocircuita, por lo que el siguiente paso, era refrigerar esa cara. Turno para la siguiente pregunta  pues……..

¿Cómo refrigerar la cara caliente?

De la misma manera que refrigeramos un procesador, es la mejor manera posible, pues la célula Peltier 12706 genera 60W de calor en dicho lado caliente, así que, aplicando un cooler para procesador en la cara caliente, el refrigerante se llevaba el calor que genera al radiador dedicado para ello. Por lo que mediante varilla roscada y unos pernos, tan solo había que atornillar el cooler destinado a la Peltier a la plancha de aluminio para sujetar el conjunto firmemente, y dicha plancha a un hueco de ventilador de 120 mm.

El sistema de refrigeración consta de 3 radiadores de cobre, uno de 240mm para el CPU, uno de 120mm para la tarjeta grafica 1070 Zotac GTX Amp Edition, y, un tercero de 120 mm para la célula Peltier.

Simple, barato, e, ingenioso……………….. ¿O tal vez no?

En principio podemos pensar que ya tenemos todo calculado, pero no es así, como he mencionado antes, no hay que dejar que se escape nada en absoluto, y la célula Peltier puede generar condensación, por lo que el siguiente paso es luchar y actuar contra esa posibilidad.

La manera de hacerlo es simple fijándose en la naturaleza, la condensación es humedad, y los días que hay viento la humedad relativa en el ambiente cae en gran porcentaje, debido a esto simplemente al otro lado de la plancha atornillamos un ventilador de 120mm, proporcionando un caudal de aire que hace imposible la condensación de la humedad, o, la formación de hielo.

Especificaciones:

La torre elegida es la Lian Li PC-011 Air, pues debido a su cámara dual, y a la gran cantidad de huecos para montar ventiladores me facilitó mucho la labor de la construcción.

En las fotos entregadas se puede ver la distribución y donde están montados todos los componentes en dicha torre.

También me interesaba tener un alto flujo de entrada de aire para ayudar a combatir más las temperaturas y proporcionar el suficiente caudal de aire para los 3 radiadores, por lo que la Lian Li me ha dado una satisfacción muy alta. Así que hay montados en total 14 ventiladores, de los cuales 6 de 120mm están metiendo aire al interior desde el frontal y la parte inferior, 2 de 80mm están metiendo aire desde la parte trasera, 5 de 120mm están sacando aire a través de los radiadores, mas el ventilador que solo mueve aire sobre la plancha de aluminio de 120 mm. Por lo que el flujo de aire se podría decir que actua como una chimenea, teniendo puestos todos y cada uno de los filtros magnéticos que trae la torre que son un total de 5.

Líquido RL Custom personalizado

El líquido refrigerante lo he realizado yo mismo mediante agua destilada con un porcentaje de glicol , aunque su nombre real es Propilenglicol , dicho componente se utiliza como anticongelante en circuitos de refrigeración de motores de combustión ,y sirve como difusor del calor también entre otras muchas aplicaciones, por lo que evita algas y otros molestos problemas que se pueden generar en los circuitos de refrigeración de agua , más un tercer componente que es un DIE para darle color y facilitar ver una fuga en caso de que se produzca. La proporción es de un 80% agua destilada, 20% glicol y unas gotitas de DIE rojo al gusto para alcanzar la opacidad deseada.

Los componentes del PC son, i 7 7820X, 32 gb RAM en 8 sticks para aprovechar el quad channel, PCB Asus Prime-A X299, SSD M2 500 GB WD Blue, 2 HDD WD Blue y Caviar, PSU Corsair RMX 850 gold, Zotac GTX 1070 AMP Edition.

Los componentes del sistema  custom loop son , 2 cooler alphacool de cobre XP3 Light , 1 radiador 240 mm alphacool , 2 radiadores de 120 mm alphacool , bomba/deposito Enermax Neochanger , tubería 13/10 transparente soft, válvula de bola para vaciado , un montón de fittings alphacool , un sensor de temperatura Thermaltake LCD , cooler completo para grafica GTX , 4 codos alphacool de 90 grados ,un difusor de caudal en Y griega alphacool , bloque de agua de 40mm por 40 mm y la célula TEC Peltier 12706.

Otros componentes son cables de PSU rojos, tiras led RGB 6 en total, algunos ventiladores con RGB, Lightning node pro, commander pro, concentrador RGB.

En cuestión de decoración, me diseñe yo mismo algunos vinilos y los pegue como en la tapa lateral de metal, colocación de algunos muñequitos y miniaturas, y con eso obtuve la fiesta de RGB más muñequitos que se puede observar.

Ampliaciones a futuro:

Desarrollo fase 2:

En cuanto mi actividad laboral me lo permita , la intención es ampliar el sistema de refrigeración para darle capacidad al sistema de enfriar las VRM de la PCB Asus mediante un cooler de EKWB especifico para mi modelo de placa que permite meterle agua al CPU y las VRM a la vez, para ello es necesario ampliar previamente la superficie de radiadores , teniendo que sustituir el actual de 240mm por uno de 360mm para realizar esa nueva labor, esto es debido a que aun tenemos un punto importante de calor que son las VRM que tienen una temperatura de 68 grados Celsius , a la GTX se le pondrá ese sustituido de 240mm , y , ampliar el poder frigorífico de la Peltier añadiendo en stack ( una encima de la otra ) una nueva célula Peltier 12706 , pues al montar 2 en stack , la que está en contacto con el bloque de agua de cobre vera potenciado su capacidad de generación de frio en algunos grados más, ya que cuando mas refrigeración tenga la cara caliente de la Peltier mas frio entrega la TEC, alcanzando esta su máximo nivel de entrega de frigorías , también se le cambiara su radiador del actual de 120mm a otro de 240mm para mejorar la disipación del calor del refrigerante. Con lo que la fase 2 estará finalizada, y, servirá como base para el inicio de la fase 3 siendo sus prestaciones más contundentes e importantes.

El loop está montado de esta manera:

Deposito/bomba>bloque agua Peltier>Cooler CPU>Radiador 240>cooler grafica gtx>radiador 120>cooler Peltier>radiador 120>Deposito/bomba.

 Según lo calculado también será necesario sustituir la PSU por una de más Vatios para asegurar la estabilidad del sistema, y, que la PSU también trabaje de manera más holgada y sobrada, pues con la carga de RGB que ya tiene, más el consumo de los componentes principales, mas OC , mas meterle una nueva Peltier el resultado es probable de que este casi al límite de su capacidad operativa, jamás le he puesto una pinza amperimétrica para saber el dato exacto debido a que mi experiencia profesional y sentido común me dice que es arriesgar demasiado ampliar el sistema custom loop sin cambiar la PSU por una de mayor capacidad.

Desarrollo fase 3:

Como se ha mencionado anteriormente, el proyecto cuenta de varias fases debido a que el trabajo a realizar hay que ir haciéndolo por escalas, aparte de que el dinero para ir subiendo el nivel va en aumento por el coste de las nuevas piezas que ya se requieren para ir ampliando las prestaciones y los resultados del proyecto. Esta fase 3 es ambiciosa, pues el principal inconveniente de las fases 1 y 2 , es que el liquido refrigerante pasa muy rápido por el bloque de agua al ser este muy pequeño , teniendo por lo tanto una pérdida de rendimiento por no aprovechar totalmente el frio generado por las células Peltier. La intención es aprovechar al máximo tanto lo que nos ofrece en tamaño la Lian Li PC-011 Air en cuestión de posibilidades de montajes de componentes, como el tener un sistema de refrigeración realmente potente que mantenga las temperaturas muy frescas.

Para ello necesitamos un reservorio de refrigerante que nos haga la labor de condensador, haciendo que la entrada y salida del liquido trabaje por rebosamiento para tener el liquido el máximo tiempo posible dentro del mismo, y, modificando una parte del reservorio, se monta una plancha de cobre con unas medidas de 40x80mm, siendo el principio de la aplicación la misma que las anteriores fases, pero en esta ocasión se monta 2 stacks de 4 células Peltier sobre la plancha.

Otro componente necesario aprovechar la sustituida PSU que tan solo irá destinada a dar alimentación a las 4 células Peltier , por ello la caja Lian Li PC-011 Air vendrá muy bien por la posibilidad que ofrece sus 2 huecos para instalar 2 PSU. Alimentando por separado los componentes del PC, y, por la otra PSU las células Peltier obteniendo la seguridad haciéndolo de esta manera, que el sistema no caerá por falta de tensión.

Con la cantidad de termistores que viene con el Corsair Commander Pro, utilizare uno de estos para colocarlo en una esquina de la plancha del reservorio modificado, con esta sonda tendré monitorizado la temperatura casi exacta del líquido refrigerante, que sumado al termómetro con pantalla digital de Thermaltake que hay actualmente, obtendré lecturas de la temperatura en el “reservorio condensador” y a la salida del mismo antes de entrar al cooler del CPU. Con estos datos tan solo habrá que añadir una bomba D5 con PWM, para que suba las RPM del caudal del refrigerante cuando llegue su temperatura a unos grados de frio óptimos que no comprometan la seguridad; y, cuando las temperaturas del refrigerante sean más calientes el PWM me regule la bomba en mínimas RPM para bajar el caudal del liquido refrigerante y así darle tiempo a que se enfríe en el “reservorio condensador”.

Resultados:

Mediante este diseño y modding, los resultados han sido espectaculares en rendimiento, pues de stock el i7 7820X trabaja a una básica de 3.6 GHZ, con un turbo máximo de 4.3 GHZ en todos sus cores, y un turbo boost en un solo core de 4.5GHZ. Con unas temperaturas mientras jugaba, o, realizaba tareas pesadas entre los 80-90 grados Celsius.

Por lo que con estas implementaciones, los 8 cores están trabajando a unas frecuencias de 5.0 GHZ, que en el mejor core solo ha subido 500 HZ, pero en los otros 7 cores ha subido 700 HZ, siendo sus temperaturas jugando y realizando tareas pesadas entre los 60-70 grados Celsius; realmente lo puedo subir aun un poco más, durante mi periodo de pruebas logre tenerlo estable a 6 GHZ un buen número de horas, pero el desgaste que sufre los componentes debido al alto voltaje no es bueno para la longevidad del procesador, y las temperaturas volvieron a estar en los 80-90 grados llegando incluso a 100 grados en alguna ocasión.

Descripción de fotografías:

Como se puede observar en la fotos, el PC lo mantengo limpio de polvo, aunque en la foto de detalle donde muestro la plancha y el cooler para la Peltier, debido al flash resalta el brillo del polvo como si fueran pequeños espejos, pero en el resto de la fotos se aprecia claramente que en su totalidad está limpio en todo momento.

En la cámara dual se aprecia un pequeño desorden del cableado temporal debido a que siempre estoy trasteando cosas en el PC, dicho desorden lo he producido por haber estado probando y usando durante un corto periodo de tiempo un sintonizador de TV, por lo que había que conectarlo para darle tensión y que pudiera funcionar; de todas formas, como he dicho es temporal dicha situación, pues en cuanto empiece la actualización a la fase 2 del sistema de refrigeración tengo que desmontar el PC entero y volver a construirlo desde el principio. Momento en el cual aprovechare para cambiar juntas tóricas, tuberías, y, cambiar la pasta térmica en todos los componentes que lo necesitan. Quedando el PC en principio finalizado totalmente el proyecto en su fase 2, mientras espero el tiempo necesario para obtener los componentes para avanzar hacia la fase 3.

Precios de célula Peltier:

La célula Peltier se puede adquirir en una buena tienda de componentes electrónicos, u, online. Su coste en tienda física será más caro, mientras que online su precio varía de los 3 € la unidad, a los 8€ la unidad.

El bloque de agua de cobre se puede adquirir en una buena tienda de fontanería y frio industrial, u, online, su coste por unidad está entre los 15€ y los 20€.

Aunque yo compre estos componentes en Amazon pues no me gusta mezclar mis piezas de mi profesión, con las piezas que adquiero de mi hobby que es el PC.

Sin nada mas , y , abierto a responder preguntas y también a aceptar mejoras por parte de Deka y el resto de gente del Team Pastillita , quedo agradecido por el trato recibido , y a vuestra entera disposición.

GreedoMustDie ByHanSolo!!!!!!! Bye bye!!!!

Relación de fotos:

Lateral principal vista inferior en detalle.
Lateral principal completo.
Uso el PC aparte distinto del gaming para esas tareas pesadas de editar , crear y mezclar música
Grafica montada en vertical.

Piezas requeridas para futuras ampliaciones:

Plancha de cobre de 100mm x 100mm x 0,8mm espesor.
Reservorio para modificar y convertirlo en condensador de líquido.

Tablas de temperaturas/relación humedad relativa ambiente:

Tabla temperatura/humedad relativa ambiente grados positivos.
Tabla temperatura/humedad relativa ambiente positiva y negativa.

Relación links para obtención de algunos componentes necesarios:

Reservorio: https://amzn.to/2WjkuZI
Chapa de Cobre: https://amzn.to/2WhrXsb
Celula Peltier Termoelectrica Ceramica TEC1 12706: https://amzn.to/2EpUlOJ
Bloque de Cobre Puro 40x40mm: https://amzn.to/2M4qz8v
Bloque de Cobre puro de 40x80mm: https://amzn.to/2VGuCrd
Varilla Roscada M3: https://amzn.to/2VGGFoz
Tuercas: https://amzn.to/2WX0fxX
Tuercas de Pulgar: https://amzn.to/2VDmU12
Chapa de Aluminio Lisa: https://amzn.to/2HwlT6X