Alarma por rotura de ventilador (Cooler)

Dentro de un ordenador, y acoplado en forma mecánica a un generoso disipador, encontramos un soplador (cooler) que tiene la vital función de mantener refrigerado al microprocesador para obtener así el mejor rendimiento en velocidad de proceso. Un grave problema suele aparecer cuando este ventilador, invadido por el polvo, la tierra y la suciedad ambiente, deja de funcionar, es decir, deja de girar. El resultado de este infortunio se refleja en comportamientos extraños de nuestro ordenador e incluso causa, en el peor de los casos, la muerte silenciosa del microprocesador. No te preocupes, en NeoTeo te ayudaremos a evitar esta situación (y otras similares) con un circuito muy sencillo y una guía paso a paso de construcción de esta alarma concebida para cuidar tus circuitos.

Las tarjetas gráficas de alta performance, los microprocesadores, algunos discos duros modernos (HDD) y la fuente de alimentación son sencillos ejemplos de sistemas que necesitan ser refrigerados dentro de un ordenador. Las altas velocidades de proceso, sumadas a las corrientes eléctricas consumidas para lograr un desempeño muy exigente, requieren una ventilación forzada de manera obligatoria. Cualquier funcionamiento incorrecto de estos elementos refrigerantes puede desencadenar un desastre de proporciones importantes y muy costosas. Tal como te mencionábamos en el sumario del artículo, no todos los dispositivos que utilizan un ventilador poseen la cualidad de interpretar cuándo la circulación de aire forzado deja de funcionar.

Un claro ejemplo de esta situación es el ventilador de la fuente de alimentación de un ordenador. Si este elemento deja de funcionar, puede pasar inadvertido por completo. Un soplador acoplado a un disipador en un equipo de sonido que deje de funcionar puede significar la destrucción del amplificador de audio en menos de media hora. Es decir, la acumulación de temperatura en un dispositivo electrónico que fue diseñado para ser utilizado con un disipador y un soplador no puede quedarse sin la ventilación efectiva que le corresponde. A estos ejemplos conocidos hay que sumarles los experimentos y diseños de nuestra autoría que utilizan ventiladores junto a los equipos comerciales que los incorporan cada día más.

Los ordenadores portátiles y sus procesadores en encapsulado BGA que abundan dentro de las notebooks y netbooks son presas preferidas de la acumulación de temperatura, de funcionamientos inapropiados de los sistemas de ventilación y por supuesto de la suciedad y el polvillo ambiente. Con el tiempo (léase “apenas termina el período de garantía”), las soldaduras comienzan a “cocinarse y quebrarse”, provocando que los equipos comiencen a fallar en forma aleatoria e inexplicable. Es por esto que han comenzado a proliferar las bases con sopladores adicionales para incrementar la eficacia de la refrigeración y para lograr una mayor vida útil del ordenador portátil. Pero seguimos siempre con el mismo problema: nunca o rara vez nos enteramos de que los ventiladores dejan de funcionar o disminuyen su rendimiento. Sólo aquellos que “hemos” padecido esta clase de problemas sabemos de la importancia que tendría un sistema que nos brinde un alerta indicando que los ventiladores dejaron de funcionar. En NeoTeo, experimentamos con un circuito que puede resultarte muy útil y aquí te lo presentamos.

La mayoría de los ventiladores económicos como los que se utilizan en las fuentes de alimentación sólo traen dos cables de conexión para alimentarlos con 12Volts. Sólo los de mejor calidad traen un tercer cable que es la referencia de velocidad de giro del motor, o lo que en forma habitual se conoce como “salida de tacómetro”. La referencia que nos entregan estos motores en ese tercer cable es una onda cuadrada cuya frecuencia guarda relación con la velocidad de giro del rotor. A mayor velocidad, mayor frecuencia y viceversa. Esta información, en nuestro circuito, será amplificada mediante T1, luego será transformada en una información de tensión continua mediante la red R3 – C2 y será comparada con la tensión existente en la entrada no inversora del amplificador operacional.

Al frenarse el motor, el nivel de tensión continua sobre C2 disminuirá hasta hacer bascular (cambiar de estado) al operacional. Este comportamiento activará T2 y logrará el encendido del LED. En este punto podemos aclarar lo que el circuito indica, es decir, podemos utilizar esta salida para comandar un optoacoplador que envíe señales de control a otros circuitos manejados por otros niveles de tensión. Podemos colocar un simple buzzer o chicharra que al aplicarle tensión (al conducir T2) comience a sonar. También puedes energizar un relé que active otros sistemas de alertas y muchas otras activaciones de cargas que te avisen de la falla y te ayuden a evitar un desastre siempre inoportuno.

El ajuste de P1 se realiza de manera muy sencilla: al activar el circuito junto con el ventilador (usarás esos mismos 12Volts para energizar el circuito; el circuito necesita saber que al ventilador le llegan los 12Volts y la señal de tacómetro), la salida del operacional estará un instante en estado alto hasta que se cargue C2 para luego pasar a un estado bajo continuo mientras el ventilador gira libremente y nuestro circuito recibe los impulsos desde el tacómetro. Ajustando el control P1, encontrarás un punto donde la salida del amplificador operacional cambia de estado. Volverás hacia la situación de tener una salida en estado bajo y controlarás que, al detener el motor con tu mano, el LED, luego de un instante, se activa. Al soltar el motor y permitir su giro normal, el LED, luego de un instante, vuelve a apagarse. Esto lo verás claramente en la demostración de funcionamiento, en el último video.

¿Y si nuestro ventilador no posee salida de tacómetro?
Para resolver esta deficiencia constructiva, basta con entender algunos aspectos del funcionamiento de un motor sin escobillas (brushless) como los que estamos intentando utilizar. En un motor convencional de escobillas, el rotor (la parte móvil)  está bobinado y el estator (la carcasa, la parte fija) posee un imán permanente que se encarga de impulsar los bobinados que están siendo energizados a través de las escobillas. En los motores brushless, en cambio, la parte móvil, donde se encuentran los álabes que impulsarán el aire refrigerante, es la que posee el imán permanente y el estator (o parte fija) posee los bobinados por donde circula la corriente eléctrica. El imán permanente del rotor posee 4 polos y el estator cuatro bobinas.

Cuando el sistema es energizado siempre habrá dos polos de imán que se opondrán al campo magnético generado por el bobinado del estator. Esto provocará el impulso de arranque. Los polos del imán, además, se encargarán de activar (o no) el Switch Hall que tendrá como misión desconectar los bobinados que no ofrezcan energía de movimiento al rotor. Cuando el rotor gira, los polos frente al Switch Hall cambian y, por lo tanto, el estado lógico de salida de este dispositivo cambia y se alternan las bobinas que pasan a estar energizadas. Este proceso se repite a medida que el rotor gira y los polos del imán alternan el estado de salida del Switch Hall. Por lo tanto, allí estará nuestra conexión de referencia de velocidad: en la salida del Switch Hall

La identificación de este terminal es muy simple. De los tres, uno se conecta a los 12Volts de alimentación o, en algunos casos, al cátodo de un diodo que proviene de la alimentación. Es decir, será muy sencillo identificar la entrada de 12Volts. Otro, conectará en forma directa a GND y, por último, el tercer terminal será la salida del Switch Hall. Realmente muy fácil. Intenta utilizar un cable de un color diferente al rojo y negro empleados en la conexión de energía para que sea notable la diferencia y así evitar errores de conexión. Por supuesto que si posees un osciloscopio, puedes hacer el ensayo de controlar la onda cuadrada que resultará a la salida de este tercer cable que has agregado, tal como puedes ver en el siguiente video.

Por último sólo te resta montar el circuito. Nosotros hemos realizado el montaje en un protoboard pero tú puedes utilizar cualquier placa universal o bien realizar un impreso dedicado al control del funcionamiento del soplador. Observa en el siguiente video que el LED tiene un pequeño retardo de respuesta, que no es instantáneo en su reacción. Tal como te aclaramos, esto se debe a la constante de tiempo de la red R3 – C2. Si en tu caso deseas una mayor velocidad de acción de la protección, puedes “jugar” con estos valores hasta lograr los tiempos adecuados a tu necesidad. Ten en cuenta que deberás realizar un circuito para cada ventilador que quieras controlar. No puedes utilizar un circuito único para varios sopladores. Utilizando un LM358 puedes controlar hasta 2 motores y, si eliges un LM324, ya tienes la posibilidad de trabajar con cuatro unidades.

Como has visto, el circuito es muy simple y está al alcance constructivo de cualquier experimentador. No requiere componentes especiales ni costosos, sólo un poco de ganas de experimentar y aprender. Una conexión muy sencilla al Switch Hall dentro del motor brushless, que te permite transformarlo en un motor con salida de tacómetro, y un amplificador operacional simple, utilizado como comparador de tensiones, te ayudarán a cuidar tu electrónica más preciada que siempre está amenazada por la temperatura extrema. A partir de ahora, el calor y el temor constante de que un ventilador deje de funcionar son cosas del pasado. Anímate, la construcción es muy fácil y los beneficios son muy grandes. Puedes adaptar esta idea o concepto a tus necesidades y brindarás una protección activa y permanente a cualquier sistema refrigerado con sopladores de aire. Cuéntanos tus experiencias. Cuéntanos cuántas veces un ventilador que dejó de funcionar arruinó tu equipo. Tu testimonio puede servir para convencer a muchos de la utilidad de esta construcción.