Conductividad térmica, clave para la refrigeración de los componentes

Es esencial para los fabricantes de CPUs, disipadores, GPUs y kits de refrigeración líquida, ya que la conductividad térmica es el pilar de la refrigeración en informática. Explicamos a fondo qué es y todos los detalles de esta propiedad.

No somos físicos, ni químicos, pero entendemos los conceptos básicos dentro de la refrigeración de los componentes. Y entre tanto concepto, hay que profundizar en los pilares del rendimiento térmico, haciendo énfasis en la importancia de dicha propiedad en los compuestos. La pasta térmica saldrá a colación, y es que está estrechamente relacionada.

Qué es la conductividad térmica

Es la propiedad física que determina qué capacidad tiene un material para transferir el calor por contacto directo.. Su unidad de medida es el Vatio por metro Kelvin (W/m·K), la cual mide la conductividad térmica que tiene un material a la hora de transportar el calor. Esta magnitud es equivalente a Joules, calculándose J/m.s.K (metro por segundo por Kelvin).

¿Cómo se da? A través de la agitación molecular y el contacto:

1. El calor avanza en forma gradiente de temperatura (de más a menos).
2. Parte desde una zona de alta temperatura y alta energía molecular.
3. Llega a una zona más fría y con una energía molecular menor.

Ya veis que se trata de una transferencia constante y cíclica en la que se busca alcanzar el equilibrio térmico. Por tanto, es muy importante tener una buena velocidad de transferencia de calor: no nos interesa que el calor se transfiera de forma lenta.

Por ejemplo, en un overclock a la CPU, se busca que esté lo más fría posible, y eso pasa por tener una transferencia de calor rápida. No obstante, ¿cómo conseguimos que el calor se transfiera de forma rápida? Con una alta conductividad térmica, a través de una pasta térmica de alto rendimiento.

De qué depende la conductividad térmica de un material

Cuando hablamos de un material y de su conductividad térmica, tenemos varios factores del que dependen:

• La gradiente de temperatura.
• Propiedades del material.
• Longitud de trayecto que recorre el calor.

Sin embargo, es esencial conocer qué materiales más y menos conductores, pudiendo hacer una tabla con los siguientes:

Aplicando estos materiales en la vida cotidiana, casi nunca se utilizará el grafeno o el diamante para disipar calor, siendo más usuales el cobre y el aluminio para dicho fin. Entonces, ¿qué hacemos con los materiales que tienen baja conductividad térmica? Pues, los podemos utilizar para aislar casas, oficinas, etc., y es que pensad en la cantidad de ventanas de madera que hay en los sitios nórdicos.

No vamos a dar una clase de bricomanía porque para los aislamientos no solo importa el material utilizado, sino también el tipo de cerramiento que usemos. Por el contrario, los materiales que son conductores térmicos se utilizan en utensilios de cocina, refrigeración de neveras, equipos potentes, etc.

¿Cómo saber si la pasta térmica tiene una conductividad térmica alta?

Todo está bien, pero, ¿de qué nos sirve conocer toda esta teoría sobre conductividad térmica? Principalmente, su aplicación en la informática tiene que ver con las pastas térmicas o thermal pad, siendo las primeras un compuesto que resulta de una mezcla de materiales conductores que se aplica encima del IHS de la CPU y sirve para transferir el calor de la CPU al refrigerador (bloque de agua o disipador).

¿Cuándo hay una conductividad térmica alta en una pasta? Dentro de las pastas térmicas, podemos decir que una conductividad alta es de más de 8 W/m·K, un valor que no es fácil de conseguir en pastas térmicas normales. Para ahorraros buscar una a una para comprobar su conductividad, deciros que hay 3 tipos de pastas térmicas:

• Cerámicas. Son las que menor conductividad tienen, moviéndose entre los 3 y 6 W/m·K, caracterizadas por no ser conductoras de electricidad y por ser más seguras que el resto. Es fácil diferenciarlas por su color blanquecino.
• Metálicas. En su mezcla hay metales junto con silicona, siendo su conductividad mucho mayor: pueden llegar a 13 W/mK.
• Metal líquido. No hay oferta de este producto, pero gracias a los componentes que se usan logran una conductividad récord de 80 W/m·K.

De todas las mencionadas, la más peligrosa es el metal líquido porque se vuelve muy líquido cuando se calienta, además de ser conductor eléctrico. Por este motivo, no se vende al por menor porque su aplicación y mantenimiento no es tan sencillo, debiéndose manipular por profesionales.

Por último, tenemos la alternativa de las Thermal pads, cuya conductividad térmica sorprende a bastantes: hasta 35 W/m·K. No todas las almohadillas térmicas tienen esa conductividad, pero las que llegan a esos valores no tienen secretos: están hechas de grafito. Para quien no lo sepa, el grafito es un material tan buen conductor que era usado en reactores nucleares (aunque el accidente de Chernobyl tuvo que ver con un fallo de diseño relacionado con el grafito).

¿Debo preocuparme por la conductividad eléctrica de las pastas térmicas metálicas?

En líneas generales, no porque la conducción eléctrica de esos metales será mínima porque, en la mayoría de ocasiones, las mezclas incluyen óxido de zinc. Hay que diferenciar entre ser eléctricamente capacitivo y ser eléctricamente conductivo.

Mientras que hay muchas pastas térmicas metálicas eléctricamente capacitivas, pocos modelos son eléctricamente conductivas. Ante la duda, siempre es mejor buscar información sobre la pasta térmica que os interese antes de comprarla.

Esperamos que os haya sido de ayuda, y, si tenéis alguna duda sobre algo, podéis comentar abajo para que os contestemos resolviéndola.

Te recomendamos las mejores pastas térmicas del mercado

¿Conocíais la importancia de la conductividad térmica?