CAJAS DE ORDENADOR

933. MANTENIMIENTO DE SISTEMAS INFORMATIZADOSUNIVERSIDAD JAUME I

PROFESOR: SERGIO BARRACHINA MIR

Autores:

ALBERTO ALVARO GORRIZ

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JUAN PABLO BLANCH QUERAL JAIME CANTAVELLA PEREZ

CAJAS DE ORDENADOR

INDICE Pág.

1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………….. 3

2. TIPOS DE CAJAS………………………………………………………………..3

2.1 Clasificación cajas según tamaño……………………………………….. 32.2 Materiales utilizados en su fabricación………………………………….. 42.3 Cajas de montaje en Rack………………………………………………….4

3. FUENTES DE ALIMENTACIÓN………………………………………………. 5

3.1 Tipos de fuentes……………………………………………………………. 63.2 Conexión de dispositivos…………………………………………………… 73.3 Consejos……………………………………………………………………… 73.4 Fuentes de alimentación redundantes y extracción en caliente( Hot-Swat)………………………………………………………7

4. TIPOS DE REFRIGERACIÓN………………………………………………. …8

4.1 Convección Natural................................................................................ 104.2 Refrigeración con ventiladores……………………………………………..104.3 Refrigeración líquida …………………………………………………….. ...114.4 Métodos especiales de refrigeración.………… ……......………………...13

4.4.1 Refrigeración liquida............................................................... …134.4.2 Refrigeración por efecto Peltier...................................................154.4.3 Refrigeración por compresor.......................................................16

5. OTROS FACTORES A TENER EN CUENTA………………………………..17

6. MANTENIMIENTO………………………………………………………………18

7. COMPARATIVA........................................................................................ ..20

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1. Introducción

·  ¿Qué es una "Caja de Ordenador"?

Entendemos por Caja de Ordenador la parte de un ordenador que sirve de soporte y de esqueleto para soportar las partes básicas de un ordenador, usualmente la placa base, CPU, memoria y dispositivos de almacenamiento internos.

Puede ser grande como una habitación o pequeña como una caja de cerillas, pero debe mantener unidos los componentes que hacen que un ordenador ejecute tareas de modo autónomo (necesitará baterías o una conexión a la red eléctrica para funcionar, como mínimo).

Puede ser de cualquier material, desde cartón hasta Kevlar o Titanio.

2. Tipos de cajas

2.1 Clasificación cajas según tamaño

Se suelen clasificar por el tipo de placa que soportan y, a veces, los formatos soportados hacen que una caja se pueda clasificar en varias categorías, o que algún formato especial se salga de alguno de los existentes:

Caja Mini: Habitualmente para formatos pequeños como el mini-ITX o formatos recogidos como SFF (Small Form Factor). Suelen tener hasta 3 o bahías externas (pueden no tener). También se conocen como cajas Cubo o, si incluyen placa y fuente, barebones (en castellano "Sistemas Base").

Caja Slim: De bajo perfil y se suele instalar en formato horizontal, vertical o ambos; destaca porque tiene una altura muy baja. Suele ser común en equipos de placas micro-ATX o flex-ATX que se busca que ocupen poco. Tienen 1 o 2 bahías externas y es bastante común que estén pensadas para dispositivos "slim".

Caja Sobremesa: Se suele usar en formato horizontal; a veces resulta cómoda para ubicar el monitor encima. Acomoda cualquier tipo de placa y equivale a una torre estándar en cuanto a sus capacidades y opciones.

Caja Microtorre: Caja en formato vertical con entre 1 y 3 bahías externas y 1 o 2 internas para placas micro-ATX, flex-ATX o, en general cualquier formato que requiera un espacio ajustado aunque con algo de espacio para ampliaciones. En

este grupo están habitualmente las que tienen entre 25 y 32 cm de altura.

Caja Minitorre: Caja en formato vertical con unas 3 bahías externas y 1 o 2 internas para placas ATX, micro-ATX, flex-ATX o en general cualquier formato que no requiera un espacio tan ajustado y con espacio para ampliaciones. Están en este grupo las que tienen entre 32 y 37 cm de altura.

Caja Semitorre: Caja más habitual que permite instalar placas de todos los formatos, con hasta 6 bahías externas. Solemos incluir en este grupo las de entre 37 y 45 cm de altura.

Caja Torre: Caja que sobrepasa la altura de la semitorre y que habitualmente permite una buena ventilación, placas de todos los tipos, y al menos dispone de 6 bahías externas, aunque algunas disponen de menos. Clasificamos en este formato aquellas cajas que están entre 45 y 55 cm.

Caja Gran Torre: Es la caja del alto habitual que ocupa toda la parte inferior de nuestras mesas de trabajo (entre 55 y 72 cm). Suele disponer de un mínimo de 8 bahías externas. Es la más básica en la que se suelen instalar los servidores de baja gama por su buena ventilación, instalación de unidades de almacenamiento y ampliación.

Caja Server: Suelen estar orientadas a la instalación de servidores (p.e. de almacena-miento). Es habitual que sean más anchas de lo normal incluso con posibilidad de ser adaptadas para instalación en racks de 19", es habitual que lleven luces adicionales para monitorización de discos o puerta de acceso a las unidades con llave. A veces incorporan ruedas para ser movidas con facilidad para su limpieza. Disponen de muchas bahías internas o externas, y sue-len incorporar varios huecos para ventila-ción adicional. En muchos casos permiten la instalación de placas de servidor (más grandes) o fuentes redundantes.

Caja Rack: Caja orientada a servidores industriales o para servidores en armarios rack en instalaciones industriales o de siste-mas de datos o comunicaciones integrados.

Caja TPV: Caja orientada a instalar en puntos de venta. Está adaptada para soportar en el frontal un teclado y en la parte posterior-superior una impresora de tickets y un monitor de 9" o 10". Permite instalar placas de todo tipo y suele tener opciones para instalación de visor de información para mostrar a los clientes qué se va a facturar, o tapas cubrecables, para recoger al máximo los cables de conexionado y disimularlos en su interior.

2.2 Materiales utilizados en su fabricación

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Para fabricar las cajas de ordenador se suelen emplear muchos tipos de materiales, lo cual de-termina su apariencia, su peso, su resistencia, su disipación térmica y muchas otras cualidades.

Materiales como SECC, SGCC, Aluminio (véase Figura 1), Aleaciones de Aluminio, Metacrilato, Plástico, ABS, etc.

Tanto SECC como SGCC hacen referencia a metales galvanizados con Zinc de composición determinada según la organización de estanda-ización japonesa JIS.

Respecto al Aluminio, depende del fabricante, aunque lo más habitual está siendo el uso de aleaciones de Aluminio y Magnesio que hacen que la caja tenga una construcción y caracteres-icas interesantes, pero a un precio más bajo y con unas características del metal.

En cuanto a los metales, es importante conocer el espesor del laminado que se ha empleado en la fabricación de la caja, ya que los laminados demasiado finos hacen que la estructura sea menos resistente; por otro lado, elegir el tipo de material y el diseño de la estructura también influyen en la solidez de una caja. Lo más habitual es encontrar espesores de 0.8 y 1mm en SECC y 0.7mm en SGCC.

de cara a su trabajado, más interesantes.

Últimamente las soluciones basadas en SGCC están aumentando ya que la diferencia de precio entre el SGCC y el Aluminio está reduciéndose, haciendo este metal más atractivo al mercado. La calidad del SGCC es más alta que la del Aluminio y es mucho más ligero que el SECC.

2.3 Cajas de montaje en Rack.

Un Rack es un sistema standard de montaje en armarios o cajas, divididos en huecos donde se pueden alojar las cajas rack, SAIS en formato rack, fuentes de alimentación en formato rack ycualquier dispositivo en formato rack.

Figura 1. Caja de Aluminio.

Los armarios Rack de 19" (véase Figura 4) constan de multitud de detalles, como:

- Bandejas extraíbles para teclado y ratón.- Sistema de ventilación en la parte superior regula-

ble de gran potencia.

- Rejillas de ventilación tanto en la puerta delantera como en la trasera.

- Estabilizadores deslizantes para la extracción total de las bandejas sin peligro de vuelco.

- Aperturas laterales para un rápido acceso al sistema

- Canalización para los cables, que evitan enredos y errores.

Su estructura los hace ideales para la instalación de clusters en centros de procesos de datos. Además la tecnología del Switch, racionaliza el espacio disponible extraordinariamente, a la vez que facilita al máximo su administración.

A continuación, las Figuras 2 y 3 muestran dos tipos de ajas que pueden montarse en Rack.

Figura 2. Foto de un Rack de 41U, con servidores súper micro de 1U, 2U, y 4U.

Figura 3. Se observan dos semi-torres con medidas normalizadas para rack, que solo se han tenido que inclinar (girar 90º) y retirar apoyos para convertirlas

en cajas aptas para montaje en rack.

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Figura 4. Vista de 2 armarios Rack de 19", sin las puertas, y con las bandejas extraíbles metidas.

3. Fuentes de alimentación

Figura 5. Fuente ATX.

La fuente de alimentación, es un montaje eléctri-co/electrónico, capaz de transformar la corriente de la red eléctrica en una corriente que el PC pueda soportar. Esto se consigue a través de unos procesos electrónicos que explicaremos brevemente.

1. Transformación.

En este paso se consigue reducir la tensión de entrada a la fuente (220v o 125 V) que son los que nos otorga la red eléctrica; esto se consigue con un transformador en bobina.

La salida de este proceso generará de 5 a 12 V.

2. Rectificación.

La corriente que nos ofrece la compañía eléctrica es alterna, esto quiere decir que sufre varia-ciones de voltaje en su línea de tiempo; esto hace que no consigamos tensiones constantes.

Esto, lógicamente, no nos sirve para alimentar a los componentes de un PC, ya que, imaginemos

que le estamos dando 12V a un disco duro con una c.a; no funcionará ya que, al ser variable, no estaremos ofreciéndole los 12 V constantes.

En esta fase, se pasar de c.a. a c.c. a través de un componente llamado puente rectificador o de Graetz.

Con esto se logra que el voltaje no baje de 0V y siempre se mantenga por encima de esta cifra.

3. Filtrado.

Ahora ya, disponemos de c.c., no obstante, aun no nos sirve de nada, porque no es constante, y no nos serviría para alimentar a ningún circuito.

En esta etapa se realiza el filtrado: aplanar al máximo la señal para que no haya oscilaciones mediante uno o varios condensadores, que retienen la corriente y la dejan pasar lentamente para suavizar la señal.

4. Estabilización.

Ya tenemos una señal continua, casi del todo plana, ahora sólo nos falta estabilizarla por completo, para que cuando aumenta o descienda la señal de entrada a la fuente no afecte a la salida de la misma; esto se consigue con un regulador.

3.1 Tipos de Fuentes

Las fuentes que podremos encontrar actualmente al abrir un ordenador son: AT o ATX (véase Figura 5).

Las AT fueron usadas hasta que apareció el Pentium MMX, es en ese momento cuando ya se empiezan a utilizar fuentes de alimentación ATX.

Las fuentes ATX se caracterizan porque sus conectores a placa base varían de los utilizados en las fuentes AT, presentando la ventaja de que la fuente no se activa a través de un interruptor con un voltaje de 220V, con el riesgo que supondría manipular el PC, sino que se trata de un pulsador conectado a la placa base, y ésta se encarga de encender la fuente, esto conlleva po-der realizar conexiones/desconexiones por software.

También destacar que, comparadas con las AT, las fuentes ATX son más sofisticadas, electrónica-mente hablando, ya que se moderniza el circuito de la fuente, y siempre está activa, aunque el ordenador no esté funcionando, la fuente siempre está alimentada con una tensión pequeña para mantenerla en espera.

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Existe una tabla, para clasificar las fuentes según su potencia y caja.

Sobremesa AT => 150-200 W Semitorre => 200-300 W Torre => 230-250 W Slim => 75 – 100 W Sobremesa ATX => 200-250 W

(Estos datos son muy variables, y únicamente orientativos, ya que varía según el número de dispositivos conectados en el PC).

3.2 Conexión de dispositivos.

En las fuentes ATX sólo existe un conector para la placa base, todo de una pieza, y solo hay una manera de encajarlo, así que por eso no hay problema; en las fuentes AT, en cambio, se da-ba el problema de que existían dos conectores (véase Figura 6) a conectar a placa base; ésto podía dar lugar a con-fusiones y a cortocircuitos. La solución fué dejar en el centro los cables negros que tienen los conectores para no dar lugar a equivocaciones.

Figura 6. Conectores a conectar en la placa base.

Hay dos tipos de conectores para alimentar dispositivos: el más grande (véase Figura 6), sirve para conectar dispositivos como discos duros, lectores de CD-ROM, grabadoras, dispositivos SCSI, etc.

Figura 7. Conector más grande.

El otro, visiblemente más pequeño, sirve para alimentar, por ejemplo, disqueteras o algunos dispositivos ZIP.

3.3 Consejos.

Debemos tener cuidado con tocar el interruptor selector de voltaje que algunas fuentes llevan, este interruptor sirve para indicarle a la fuente si nuestra casa tiene corriente de 220 o 125 V si elegimos la incorrecta tendremos problemas.

Es conveniente, revisar de tanto en tanto el esta-do del ventilador de la fuente ya que, salvo que tengamos instalado en la parte posterior del equi-po un ventilador adicional, será la única salida de aire de la caja.

Un ventilador de fuente defectuoso puede signifi-car el final del equipo, elevando la temperatura del sistema por encima de la habitual y produciendo un fallo general del sistema.

También cabe que tengamos en cuenta, al elegir la fuente, si queremos conectar muchos disposi-tivos, como por ejemplo, dispositivos USB, discos duros, dispositivos internos, etc.

En el caso de que la fuente no pueda otorgar la suficiente tensión para alimentar a todos los dispositivos, se podrían dar fallos en algunos de ellos, pero pensar que si estamos pidiendo más de lo que nos otorga la fuente, podemos acabar con una placa base, una fuente de alimentación y un microprocesador quemados

3.4 Fuentes de alimentación redundantes y extracción en caliente (Hot-Swap)

Figura 8. Fuente de alimentación triple redundante.

El sistema de extracción en caliente “Hot-swap” tiene como finalidad la desconexión/co-nexión del equipo, en funcionamiento.

Las fuentes de alimentación redundantes (véase Figura 8) son fuentes para servidores y para PC´s que no pue-den parar de trabajar por el hecho de que se estropee su fuente de alimentación. Gracias a esta fuente siempre tendrá una de recambio.

Modelos de fuentes redundantes:

Figura 9. Fuente Alimentación Redundante 2x300W ATX

La fuente de la Figura 9 está compuesta por 2 mó-dulos de 300W cada uno. Este modelo tiene un formato ATX con lo que se puede instalar en una carcasa estándar de PC o carcasa de rack 19"

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que soporte fuentes ATX. Incluye botón de reset, interruptor para cada una de las fuentes de forma que actúen independientemente y marco para mejor adaptación a la carcasa en cuestión. Dispone de las funciones de Hot-Swap, que permite el intercambio de una fuente mientras la otra suministra energía, y la función de Power-Sharing, que permite el suministro simultáneo de energía desde ambas fuentes. Además lleva conector de 4 pines para Pentium IV.

Figura 10.Fuente Alimentación Redundante 2x300W 2xATX Vertical

La fuente mostrada en la Figura 10 está com-puesta de 2 módulos de 300W, cada uno. Tiene un formato de dos alturas ATX, para poder instalarse en una carcasa de servidor de PC o carcasa rack de 19" que soporte fuentes de dos alturas ATX. Incluye botón de reset en cada fuente, para actuar independientemente y marco para adaptación mejor a la carcasa. Dispone de las funciones Hot-Swap (intercambio de una fuente mientras la otra suministra energía), y Power-Sharing (permite el suministro simultáneo de energía desde ambas fuentes).

Figura 11 Caja CSE 742 de Supermicro.

La caja Semitorre de la Figura 11 es de gama alta adaptable a Rack fabricada por Supermicro. El modelo SCSI incorpora sistema para Hot-Swap extracción de discos en caliente. Existe un modelo con 3 Fuentes redundantes 3 x 250, que incluso puede funcionar en casos extremos con una de 250w. Para placas con procesador Xeon, doble Xeon y Pentium IV.

4. Tipos de refrigeración

Cuando en 1981 IBM diseñó el primer PC, el calor no era un problema crítico, pero con la aparición de los XT, y la integración de los primeros discos duros comenzó a ser necesario un sistema de refrigeración. Por una parte, el mayor consumo de potencia hacía necesario

refrigerar la fuente de alimentación y, por otra, aquellos discos MFM generaban una elevada temperatura durante su funcionamiento. Sin embargo, un simple ventilador en la fuente de alimentación fue suficiente para resolverlo.

Actualmente hay varios componentes que gene- ran elevadas cantidades de calor que hay que evacuar adecuadamente.

Generación del calor

Los fenómenos que pueden generar calor en un ordenador se reducen básicamente a dos: calor por rozamiento y calor en semiconductores. También hay una pequeña parte de calor que se produce en los cables y componentes pasivos, pero es despreciable.

El calor por rozamiento se produce únicamente en componentes con partes móviles, es decir, en los medios de almacenamiento masivo. De ellos, los discos duros son los que más calor generan. Desde aquellos discos MFM que comentados anteriormente, apenas ha vuelto a dar problemas el calor por rozamiento; sin embargo, la aparición de discos de alta velocidad de giro (7.000-10.000 r.p.m.) ha puesto de manifiesto la necesidad de una atención especial.

También los CD´S (reproductores y grabadores) generan una buena cantidad de calor, pero es debido más al rayo láser que al rozamiento de las partes móviles. En cualquier caso, la temperatura que alcanzan es muy inferior a la de los discos duros más problemáticos y, cuando es necesario, suelen llevar un pequeño ventilador integrado.

Por otra parte, el calor producido en los semiconductores comenzó a hacerse patente con los 486. Estos fueron los primeros microprocesa-dores en los que se aconsejaba el uso de un radiador y un ventilador que mantuviesen una temperatura adecuada. En los actuales Pentium II, III y IV estos medios se han vuelto absolutamente imprescindibles, además de haber incrementado notablemente su potencia refrigeradora. Pero no son los microprocesadores los únicos semiconduc-tores que generan calor. Ya en los XT, los transistores de la fuente de alimentación se calentaban notablemente, y de ahí que las fuentes utilicen un ventilador. También algunas placas como tarjetas de sonido, de vídeo o controladoras SCSI alcanzan elevadas temperaturas, por la cre-ciente potencia de sus componentes.

Problemas de un calentamiento excesivo: todos estos productores de calor no serían ningún problema de no ser porque el funcionamiento de los semiconductores está íntimamente ligado con la temperatura. Cuando ésta se eleva por encima

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de determinados límites, su comporta-miento deja de seguir el patrón para el que fueron diseñados y los fallos comienzan a sucederse. Si la elevación de temperatura es pequeña, cuando ésta vuelva a sus niveles nor-males, el semiconductor volverá a funcionar correctamente. Si la elevación es demasiada, el daño será irreversible y el componente se habrá quemado.

Transmisión del calor

El calor no sólo afecta al componente que lo genera, sino a todos los circundantes. Por lo tanto, se hace imprescindible evacuarlo correc-tamente y para ello, hay que conocer los mecanismos de transmisión del calor.

El calor se transmite por tres mecanismos que siempre aparecen combinados: conducción, convección y radiación. Sin embargo, uno de ellos será dominante sobre los demás, debiéndole prestar por tanto mayor atención, pues será el que nos permita evacuar la mayor cantidad de calor. Cuál és el dominante en cada caso depende de las condiciones de la fuente de calor y de su entorno.

Conducción

Es el método más directo de transmisión del calor. Se produce cuando dos partes de un cuerpo, o dos cuerpos en contacto directo, se encuentran a distinta temperatura. Entonces el calor pasa de la parte más caliente a la más fría, hasta que la temperatura se hace homogénea.

Para aumentar la transmisión de calor por conducción se puede aumentar la superficie de contacto entre la parte fría y la caliente, o elevar la diferencia de temperatura entre estas.

Convección

Se da en líquidos y gases. Para el caso que nos interesa, en el aire. Se produce por ser menos denso el aire caliente que el frío y, por lo tanto, más ligero. Por ello, el aire caliente tiende a subir, siendo reemplazado por aire frío en las zonas inferiores.

El mecanismo anterior se denomina convección natural, y es valido para evacuar pequeñas cantidades de calor. Para mejorar el rendimiento se suele utilizar la convección forzada, que consiste en acelerar el movimiento natural del aire por me-dio de un ventilador. Para que el ventilador no se oponga al mecanismo natural de convección, es importante que impulse el

aire caliente de abajo hacia arriba, o el frío desde arriba hacia abajo.

Radiación

En este mecanismo, el calor se transmite en forma de radiación electromagnética y, por tanto, a la velocidad de la luz. Cuanto mayor sea la superficie y la temperatura de un objeto, mayor será el calor que desprenda por radiación. Además, también está influido por el color del objeto, siendo los colores oscuros y mates los más propicios para la evacuación del calor por radiación

4.1 Convección Natural

Como hemos dicho, el aire caliente tiende a subir, por lo que los elementos generadores de calor se deben colocar lo más alto posible dentro del interior de la caja. De este modo se evitará el calentamiento innecesario de todos los demás componentes. Los elementos a los que hay que prestar más atención son la fuente de alimentación y el disco duro. El procesador genera mucho calor, pero está sometido al diseño de la placa base, por lo que no se dispone de ninguna libertad a la hora de situarlo. También hay que cuidar la posición de las tarjetas que sean especialmente cálidas, reservando para ellas las ranuras superiores.

4.2 Refrigeración con ventiladores

La convección que se da en un ordenador es for-zada, pues todas las fuentes de alimentación dis-ponen de un ventilador que mueve el aire de toda la caja. Si el ventilador extrae el aire debe estar situado arriba, de modo que saque aire caliente. En el caso de algunas fuentes, el ventilador introduce aire frío del exterior, por lo que, ideal-mente, debería colocarse en la parte inferior. Esto contradice las indicaciones anteriores, pues la propia fuente de alimentación ya estaría calentan-do el aire de toda la caja. Por este motivo es más aconsejable una fuente colocada arriba, cuyo ven-tilador saque aire caliente. Esto implica una condi-ción de eficiencia que se debe imponer al elegir la caja, de eficiencia, además de robustez y estética.

Para que el mecanismo de convección forzada funcione a la perfección, deben existir ranuras de entrada de aire en el extremo opuesto a la salida, de modo que la corriente pueda recorrer todo el interior de la caja. Además, debe mantenerse la caja cerrada con sus tapas, pues en otro caso la corriente se dispersaría, perdiendo su eficacia,

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Para garantizar que la caja permanece cerrada mientras el ordenador esté encendido se pueden implementar sistemas de control por interruptores o células fotoeléctricas. Algunas placas base integran estos sistemas de serie, permitiendo su gestión desde la BIOS o por software. Otra opción es incluir canalizaciones interiores de aire para conducir la corriente por las zonas más calientes.

Además del ventilador de la fuente de alimentación, puede ser conveniente añadir algún otro ventilador que refuerce la refrigeración, especialmente si se prevé el uso de componentes que generen mucho calor. Dichos ventiladores pueden colocarse direc-tamente en la carcasa, de modo que refrigeren todos los componentes, o en el interior, dedicados a uno en exclusiva. Es el caso de los ventiladores de las CPU, que se encargan de separar el calor rápidamente del microproce-sador para que, luego, sea evacuado al exterior. También es conveniente este sistema con los discos duros de alta velocidad. Los actuales modelos de placas base disponen de conec-tores específicos para conectar, al menos, el ventilador del microprocesador. En algunos ca-sos encontramos hasta tres conectores para ventila-dores, cuya velocidad puede estar controlada por sensores de temperatura presentes en la propia placa base, de modo que cada ventilador funcione al ritmo mínimo imprescindible para mantener una temperatura adecuada. De este modo se consigue reducir el consumo, pero sobre todo, el ruido que producirían varios ventiladores funcionando a plena potencia de forma permanente.

Para los componentes que más se calientan hay que recurrir a la conducción. Para ello se insta-lan disipadores de Aluminio (excelente conductor) en contacto directo con el elemento caliente. Estos disipadores deben mantener el contacto en la mayor superficie posible, de modo que se au-mente la transferencia de calor. Es por ello que hay que huir de pegatinas sobre las CPU, así como de disipadores arañados o curvados en su cara de contacto. Cobreando sobre el procesador se coloca la típica etiqueta de garantía, por fina que sea ésta, se está limitando el contacto a la zona donde se encuentra adherida y, además, hay que tener en cuenta que el papel y el adhe-sivo de la pegatina son aislantes del calor, por lo que la función del disipador se ve drásticamente reducida o incluso anulada. Para mejorar el con-tacto se puede utilizar grasa de silicona. Esta grasa es una pasta altamente conductora del calor que, aplicada entre el disipador y el ele-mento a refrigerar, rellena cualquier irregularidad de las superficies, e incrementa el

rendimiento al aumentar la superficie útil de contacto.

El calor se transfiere al disipador por conducción, pero éste debe evacuarse al aire del entorno por otros mecanismos, principalmente por convección. Para ello, los disipadores se diseñan con numerosas aletas y estrías que incrementan la superficie de contacto con el aire. A mayor superficie, mayor eficacia. Además, corno todos los cuerpos calientes, se emite energía por radiación. Para optimizar este proceso, el disipador debe estar pintado de negro mate, resultando mucho menos eficaces los modelos dorados que proliferan últimamente. En cualquier caso, si hay que elegir entre un gran disipador dorado o uno negro de menor tamaño, nos decantaremos por el dorado, pues los efectos de la transmisión por radiación son mínimos si los comparamos con los obtenidos por una mayor superficie que mejore la convección. Para facilitar el proceso de conducción se puede aumentar la diferencia de temperaturas entre la parte fría y la caliente. Así pues, si enfriamos el disipador con un ventilador colocado directamente sobre él, se habrá elevado mucho el rendimiento.

Aunque la disipación por conducción suele usarse sólo en los semiconductores, también puede ser conveniente usarla en otros componentes. En concreto, algunos fabricantes de discos duros recomiendan su empleo en los modelos más rápidos, aunque suele ser posible reemplazarlo por una generosa corriente de aire.

En resumen, una buena refrigeración de la CPU es fundamental para un correcto funcionamiento, evitar dañarla y es conveniente refrigerar la caja con ventiladores auxiliares

Ahora el dónde colocar los ventiladores depende de cada caja. Mejor si podemos controlar las revoluciones por minuto (rpm) de los ventiladores mediante un potenciómetro, ya lo lleve incorpo-rado o mediante un baybus.

Iremos exponiendo los casos más usuales para las diferentes cajas en cuanto a dimensiones.

Para entender los gráficos que nos ayudarán a explicar cada caso primero de todo describiremos los elementos dibujados en ellos: la zona negra es la caja en sí, y la blanca es su espacio interior aprovechable; la figura azul representa el HSF (conjunto disipador + ventilador); las figuras verdes son ventiladores para la entrada de aire, y las rojas significan ventiladores para la salida de aire.

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Caja µATX (véase Figura 12)

Figura 12. Caja µATX

Esta caja al ser tan pequeña es quizás la más complicada de situar para sacar el aire, ya que el ventilador trasero está muy cerca del HSF, y si se pone a una velocidad alta le quita prác-ticamente todo el aire al conjunto HSF.

Así que el ventilador trasero lo escogeremos dependiendo de la dimensión y rpm del ventila-dor de la CPU.

 Caja ATX (véase Figura 12)

Figura 12. Caja ATX

El tamaño de ésta caja suele ser el más habitual en la mayoría de equipos. En éste el espacio trasero nos permite colocar el ventilador más alto que el de la CPU, por lo que podremos regular las rpm de su funcionamiento a nuestro gusto sin quitar demasiado aire al HSF.   

El ventilador superior es opcional, se puede instalar bien si consideramos que no tenemos suficiente con el trasero, o bien si la caja es bastante ancha y algo más alta del estándar ATX.

En cuanto al frontal (véase Figura 13), las posibilidades aumentan referente a la anterior caja. Aluminio ser algo más ancha se le pueden instalar 2 ventiladores de 8 cm o bien uno de 12 cm. Su rendimiento (CFM) a las mismas rpm será mayor con la opción de los 2 ventiladores de 8 cm.

Figura 13. Frontal de las cajas µATX y ATX.

Caja Server ATX (véase Figura 14)

Figura 14. Caja server ATX)

Esto ya es un monstruo de caja. Así que aquí puede haber una cantidad de ventiladores superior a nuestra imaginación para ser capaces de ventilar éste volumen, las medidas aquí expuestas son el mínimo de lo adecuado para instalar, y por cada salida se podrían situar dos ventiladores.

Ya hemos visto por encima cada uno de los casos en los tres tamaños más usuales de cajas para ordenador, ahora veamos las premisas generales para decidir una refrigeración personalizada:

El aire caliente tiende a subir, por lo que las entradas estarán de la mitad horizontal de la caja hacia abajo, y las salidas de la mitad horizontal hacia arriba.

Para un mayor aprovechamiento del aire refrigerado de la caja, procuraremos que entre más aire del que sale, pero no exagerada-mente.

Hemos de tener en cuenta que la fuente de alimentación suele llevar de 1 a 2 ventila-dores.

Relación de tamaño/velocidad de los ventila-dores y su situación en la caja.

En caso de colocar ventilador trasero ponerlo lo más alejado posible de la CPU, y cuidando el tamaño y sus rpm dependiendo de las mismas características del ventilador del conjunto HSF.

     Por último, es normal que al tener ahora tantos ventiladores funcionando el polvo se atraiga fácilmente, para ello existen filtros ya hechos y

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adaptables, una solución casera es poner a los ventiladores un cuadrado de filtro para aire acondicionado doméstico.

Figura 15. Caja Thermal take Xaser II 5000 Plus.

1.Fuente de alimentación: (1 o 2 ventiladores)2.Bahías 5¼.3.Dos ventiladores de extracción de aire opcionales.4.Bahías de 3½.5.Ventilador Frontal (introduce aire).6.Filtro de Entrada de aire.

4.3 Métodos especiales de refrigeración

Primero aclararemos que su objetivo no es solo sacar el exceso de calor, sino en algunos casos, producir temperaturas incluso inferiores a la ambiental. Hay que advertir que son métodos poco habituales, pues su coste es elevado y, generalmente, no es necesario temperaturas tan bajas. Se trata más bien de técnicas con poco tiempo de aplicación que, quizás en un futuro, sea necesario aplicar.

4.3.1 Refrigeración liquida (véase figura 16)

Ahora explicaremos, la instalación y funcionamien-to básico de una buena refrigeración liquida (sistema de refrigeración parecido al del automóvil):

Figura 16. Sistema de refrigeración líquida.

Para un sistema básico, necesitaremos:

- Bloque de la CPU. - Ventilador/es. - Bomba de agua. - Radiador. .

- Tubos, empalmes, etc. - Depósito.

Bloque de la CPU (véase Figura 17)

Figura 17. Bloque de la CPU.

Es el encargado de transmitir el calor del micro al agua; suele ir montado encima como si fuera un simple disipador. Los hay de muchos tipos, de simple recorrido o más complejos, con meta-crilato, etc. A la hora de elegir un buen bloque, debemos guiarnos por algunos detalles, que serán determinantes en algunos aspectos.

Por ejemplo, el material que lo compone, un bloque construido enteramente de cobre (que transmite mejor el calor que el aluminio) transmitirá mejor el calor. Otro detalle a observar será el tipo de racor que lleva. Los racores son los "enchufes" donde irán los tubos de todo el sistema. Es recomendable el uso de racores estándar en todo el circuito, para evitar tener que convertir diferentes diámetros, los hay los llamados "rápidos" que no requieren abrazadera ya que se agarran con una abrazadera que ya trae el mismo racor. Sobre esto es la comodidad lo único que prima. Luego esta el diseño del mismo, los hay de simple recorrido y otros mas complejos.

Muy importante es el sistema de sujeción del bloque al socket de la placa, debe ser sólido y resistente, pero también fácil de colocar y que no interfiera en los demás componentes por su tamaño. Aunque siempre cabe la posibilidad de fabricarlo uno mismo, es recomendable comprar uno hecho a menos que se tenga las herramientas necesarias y experiencia en ello, de lo contrario es una aventura nada aconsejable.

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Figura 22. Ventilador.

Figura 18. Bloque con racores de espiga ¼. Bloque con racor rápido.

Figura 19. Bloque de recorrido sencillo; bloque de recorrido complejo.

La bomba de agua (véase Figura )

Es la encargada de mover el agua a través de los tubos y demás elementos del sistema. Tendremos en cuenta las especificaciones, como por ejemplo litros de agua por hora, altura, etc. Lo recomendable para un sistema sencillo serian unos 300-600 litros por hora y una altura de 1,5m (la altura es hasta donde llegaría el agua por un tubo puesto de forma vertical en el racor de presión y de la misma medida que este). Esto no significa que otras opciones inferiores o superiores no sirvan. Es lógico que si el sistema es largo debemos contar con una bomba potente, y una de 200L se quedaría corta. Básicamente hay dos tipos de bombas: las sumergibles y las "en línea". Las primeras requieren un depósito donde se coloca dicha bomba y succiona y bombea el agua que la rodea. Las en línea simplemente succionan el agua que les proviene de una toma o "intake", p.e. un tubo; aunque también pueden funcionar sumergidas (véase Figura 20).

. Figura 20. Bombas con y sin depósito.

El radiador

El radiador es el encargado de enfriar el agua al circular por sus tubos. Estos conducen el calor a través de las aletas y estas son refrigeradas por el aire. Las características básicas que debe re-unir un radiador radica en lo que busquéis, los hay muy compactos, simples, complejos y

grandes (véase Figura 21), todo ello en base a lo que necesitéis. Es recomendable que coincida con alguna medida standard de ventilador para evitar tener que hacer un colector y que no tenga unos racores excesivamente grandes. Los materiales de los que esta hecho suelen ser Aluminio y Cobre.

Figura 21. Radiador simple; radiador doble

Ventilador (véase Figura 22)

Su función es la de enfriar el agua circulante por el radiador. Estos ventiladores mueven el aire, pa-sando el calor de las finas aletas del radiador al aire en circulación. Sus características principales son la cantidad de aire que puede mover, expresado en CFM, las r.p.m. a las que gira, y muy importante, el ruido que genera, en dB. Para los radiadores se recomienda un ventilador de 120mm, aunque 1 o 2 de 80 también podrían dar buenos resultados.

Depósito (véase Figura 23)

En las bombas sumergibles es el encargado de suminis-trar agua a la bomba, donde se introduce, además, es muy recomendable instalarlo en las bombas lineales al mantener un nivel de agua, así si por algún motivo es necesaria mas agua, la coge directamente del depósito. Estos depósitos se pueden comprar hechos, usualmente para las bombas lineales o los puede fabricar uno mismo con un tupperware.

Figura 23. Depósito.

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Tubos y empalmes (véase Figura 24)

Son los encargados de realizar las conexiones entre los elementos bloque, radiador y bomba. Simplemente decir que hay varios tipos de tubos, los mas comunes son los de PVC y los de silicona, estos últimos son superiores pero su precio también es mucho mas elevado.

Figura 24. Tubos y empalmes.

4.3.2 Refrigeración por efecto Peltier

Es un refrigerador que utiliza un elemento Peltier, se trata de unas placas de dimensiones aproximadas a las de un procesador y un es-pesor similar, formadas por pequeños bloques de silicio entre dos frágiles láminas cerámicas. Un elemento Peltier se puede describir como “una bomba de calor” que bombea el calor de una cara a la otra. Esto significa que estos elementos tienen una cara fría y otra caliente.

Cuando se aplica una tensión continua (12V), uno de los lados se calienta y el otro se enfría, pudiendo llegar fácilmente a temperaturas de -250ºC. Estas células mantienen un salto térmico entre ambas caras de unos 70ºC, por lo que enfriando el lado caliente se consigue menor temperatura en el lado frío. Aunque la temperatura que se puede conseguir es muy baja, se trata de un método muy poco eficaz para evacuar el calor. A pesar de poder conseguir -25ºC en vacío, esta temperatura se elevará a varios grados sobre cero en el momento en que se ponga en contacto con la CPU, produciendo un elevado calor en la cara opuesta. Para mejorar el rendimiento se pueden colocar varias placas asociadas, pero esto dispara el coste y el consumo. Hay que tener en cuenta que cada placa consume en torno a 4 ó 5 A (bastante).

Los buenos refrigeradores Peltier refrigeran significativamente mejor que los convencionales disipadores, siendo muy adecuados para el overclocking. Es importante subrayar que el disipador de un refrigerador Peltier estará mas caliente que un disipador de un refrigerador convencional, debido al calor añadido que produce el propio elemento Peltier.

Si bien un refrigerador Peltier puede ser una perfecta solución térmica, si su diseño es

insuficiente o los ventiladores están instalados inadecuadamente puede ser peligroso. He aquí relacionados algunos de los peligros:

- Sobrecalentamiento: Los refrigeradores Peltier vienen con un disipador y un ventilador. Si el ventilador falla, esto es más peligroso que con un disipador convencional. Debido a que el calor del elemento, puede freír su CPU. También debe asegurarse la ventilación adecuada del sistema. Un refrigerador Peltier añadirá calor al sistema; otras unidades sensibles al calor como discos duros deben ser refrigerados adecuadamente. Asegúrese que no haya cables de impidan la libre circulación del aire o cubran el ventilador. Como con otros refrigeradores, deberá utilizar algún componente termal.

- Problemas eléctricos: El elemento Peltier consume una potencia eléctrica importante, posi-blemente más de lo que pueda suministrar su fuente de alimentación. Esto es un problema, especialmente al arrancar un sistema: Mientras sus discos duros alcanzan velocidad, estos utilizan mas potencia, y si el Peltier inicia consu-miendo esta potencia al principio, esto puede ser un problema. Los buenos refrigeradores Peltier resuelven este problema arrancando los eleven-tos Peltier después de cierto tiempo, cuando la CPU está caliente. Otro problema puede ser el cableado eléctrico del elemento Peltier - si es de-masiado fino, como algunos Peltiers baratos, este puede no ser suficiente para poder con los reque-rimientos del Peltier y se sobrecalentará. Tam-bien, observe que el refrigerador Peltier debe tener una línea dedicada desde la fuente de alimentación. No deje que el Peltier comparta una línea con un disco duro, floppy, etc.

- La Condensación de agua es especialmente un problema cuando utiliza su ordenador en un ambiente húmedo. Cuando su CPU funciona muy frío (en segundos o minutos después de la puesta en marcha), puede enfriarse por debajo de la temperatura de la habitación, y esto produce condensación en el CPU, en el zócalo, y debajo del zócalo. Los buenos Peltiers resuelven este problema haciendo funcionar el elemento Peltier sólo después de que la CPU alcance una cierta temperatura. La condensación es un problema a considerar, pero no sobrestimar su importancia. Un cortocircuito debido a la condensación es muy improbable, especialmente a partir de agua con-densada, pues conduce muy mal la electricidad (casi no contiene iones).

- El elemento Peltier debe tener el tamaño adecuado (véase Figura25). Si el elemento Peltier sólo cubre una parte del CPU (algunas veces hay un problema con el CPU que tiene una pequeña placa metálica en el medio, por ejemplo el

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Pentium-200 MMX), entonces puede ocurrir la condensación. Si el elemento Peltier es demasiado pequeño (como el caso del K6, que tiene una gran placa metálica), entonces la refrigeración puede ser inadecuada.

Figura 25.Tipos de placas peltier.

Si en un elemento Peltier ocurre o no la conden-sación, depende de tres factores: La tempe-ratura ambiente, la humedad del aire, y la temperatura del objeto refrigerado (p.e. CPU o lado frío del elemento Peltier). El aire caliente y húmedo dentro de la caja del ordenador, es el problema más probable para producir conden-sación.

4.3.3 Refrigeración por compresor (véase Figura 26)

Este método es el mismo en que se basa cualquier frigorífico o sistema de aire acondicio-nado. Se trata de instalar un compresor, un circuito de freón y un evaporador, de modo que se consiguen Tas de hasta -40ºC y, en este ca-so, una buena eliminación del calor. Es un método drástico e incómodo que, por el momen-to, no tiene ninguna aplicación realmente prác-tica. Precisa de un aporte de potencia extra de 120W, lo que puede ser más que la necesaria para el ordenador e incluso para una caja especial que pueda alojar los nuevos compo-nentes, Sin embargo, este desarrollo de la em-presa KryoTech permite elevar la velocidad de funcionamiento de los procesadores hasta lími-tes insospechados. Concretamente se ha con-seguido hacer funcionar un Pentium II de 266 MHz a 400MHz o un Alpha de 600MHz a 767 MHz. Esto hace pensar que pueda llegar a ser la solución que se adopte en el futuro para refri-gerar los nuevos procesadores, cuya velocidad se está viendo limitada, en algunos casos, por los problemas de refrigeración que plantean.

Figura 26. Caja de ordenador con sistema de refrigeración por compresor instalado.

5. Otros factores a tener en cuenta

ACCESIBILIDAD

Hay que fijarse bien en la colocación de la fuente de alimentación y el soporte de los discos duros incluso en una caja grande.

En una caja pequeña, podemos necesitar hacer malabarismos para ampliar la memoria o conectar un cable al canal IDE secundario.

Un detalle que se observa muchas veces es que por la construcción de la caja es imposible quitar el/los tornillo/s del lado derecho del disco duro cuando, por ejemplo, necesitamos configurarlo como esclavo o queremos cambiarlo de posición para instalar otro y que no esté pegado. Hay incluso cajas en las que el panel del lado derecho de la caja no se puede quitar.

Una caja en la que se puedan quitar indepen-dientemente los paneles izquierdo y derecho es muy cómoda cuando abrimos el ordenador con frecuencia, e incluso para los amantes del overclocking que prefieren quitar el panel izquier-do para así no tener problemas de refrigeración, y además aporta rigidez a la caja.

TERMINACION

Más de una vez nos hemos cortado un dedo al intentar instalar o quitar un componente, o al rozar con una de las aristas de la caja, o nos hemos enganchado la ropa en un remache mal acabado. Tenemos que comprobar que el metal está bien acabado y limado y que no corta.

Y no digamos de esas cajas que cuando están vacías parecen de alambre y se doblan a poco que hagamos un poco de fuerza. El peso, en es-tos casos, es un buen dato.

MONTAJE

A poco que nos guste actualizar nuestro equipo, agradeceremos una caja que tenga una bandeja de montaje de placa base móvil. No nos referimos a esas cajas con un panel de placa base desmontable por el lado derecho de la caja quitando tornillos, si no todo un conjunto de armazón (incluidas ranuras para slots de expan-sión y tapas de conectores) que se desplaza hacia atrás como por unos carriles.

Existen muchas cajas que no necesitan tornillos para su montaje, ni siquiera para las tarjetas de expansión, que se sostienen con un artilugio plástico. Para un ordenador de oficina, tornillos, llave e incluso anilla de anclaje al escritorio, para evitar que se abra y algún avispado aproveche para actualizar su ordenador doméstico; para un usuario particular, cuantos menos mejor, pero si

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realmente no se va a abrir y cerrar el equipo con frecuencia, ¿qué más da?

Recordad que una caja sin un ajuste firme vibra-rá fácilmente siempre que nuestro CD-ROM sea muy rápido o no esté del todo bien equilibrado o con ciertos CD´s que regalan las revistas y del transporte se alabean ligeramente. Existen cajas que tienen una especie de presillas metá-licas para absorber vibraciones.

ERGONOMÍA

Cuando hablamos de ergonomía, hablamos de facilidad de manejo: un botón de reset que no se pueda pulsar fácilmente por error hacién-donos perder ese trabajo que llevamos reali-zando dos horas y no hemos guardado, un botón de encendido de buena calidad que no falle cada dos por tres, luces indicadoras de encendido y estado de ahorro de energía, una luz indicadora de funcionamiento del disco duro, un botón para poner el equipo inmediatamente en modo ahorro de energía , una tapa para las bahías cuyas bisagras no rompan a los 15 días y una tapa deslizante que no tape los botones al estar bajada, unas bahías de expansión no demasiado encastradas que eviten que tenga-mos que hacer malabarismos para colocar un CD-ROM en la bandeja, etc.

ESPACIO

Hablando de espacio EXTERNO. Si vamos a colocar nuestra caja encastrada en un mueble o una mesa: la parte posterior del mueble o mesa debe de estar abierta, y si el mueble o mesa está pegada a una pared, debemos dejar al menos 25cm de espacio libre [véase Figura 27], y además unos 10cm por cada lado, para evacuar el aire. En su defecto (el mueble ya está hecho y no pensamos en ello al encargarlo) debemos colocar un ventilador en la parte frontal del equipo (si la caja tiene ranuras delanteras de salida de aire; hacérselas puede ser una chapuza y será mejor comprar otra caja) para que extraiga el aire interior.

Hablando de espacio INTERIOR (véase Figura 28), una caja de mayor tamaño no implica más espacio para trabajar cómodamente, más espa-cio para componentes, o mayor refrigeración.

Para trabajar cómodamente, mejor semi-torre o torre; fijémonos bien en la colocación de la fuente de alimentación (a veces está muy baja), y en el soporte de los discos duros (a veces interfieren con muchos jumpers, el procesador, empeorando su refrigeración al no dejar espacio libre para desalojar el aire, los zócalos de memoria, etc.). A veces una caja grande exte-riormente tiene pocas bahías externas para su

tamaño (CD-ROM, unidades de BACKUP, discos extraíbles, etc.) y en muchos casos el soporte de discos duros es pequeño. Debemos recordar que no se deben colocar los discos duros pegados, por cuestiones de interferencias (muy a menudo se ven casos de discos duros dañados inexplicable-mente por esta razón) y de calor, pues los discos modernos, especialmente los de 7.200 rpm o los SCSI, generan bastante calor y a veces es incluso recomendable instalarlos en una bahía con acceso externo dentro de una caja con ventilador dedicado.

Una posición frecuente últimamente para colocar el disco duro es encima de la fuente de alimentación; nos pueden surgir dos problemas: a veces el cable de datos no llega tan lejos (sobre todo en una torre) y además, en esa posición, ¿quién lo refrigera?

Figura 27. Parte trasera de una caja

6. Mantenimiento de Cajas

Las operaciones más importantes de manteni-miento relacionadas con la caja, son:

Figura 28. Parte interna de una caja

Limpieza de componentes:

Una operación rutinaria de mantenimiento consis-te en abrir la caja y soplarla con aire limpio, para retirar el polvo. Éste sólo no es conductor, pero junto con la humedad ambiental, puede cortocir-cuitar componentes del ordenador. Temperatura:

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La limpieza, inspección o sustitución de rejillas y ventiladores, hace que la refrigeración de los componentes sea correcta.

Vibraciones:

Hay que mantener en buen estado los tacos de goma situados en la parte inferior de la caja, para que las vibraciones ocasionadas no provo-quen ruidos molestos, y no lleguen vibraciones desde el exterior a los componentes internos y los dañen.

Acceso:

Para cualquier acceso a los componentes internos hay que abrir o desmontar la caja.

Un detalle que se observa muchas veces es que, por la construcción de la caja es imposible quitar el/los tornillo/s del lado derecho del disco duro cuando, por ejemplo, necesitamos configurarlo como esclavo o queremos cambiarlo de posición para instalar otro y que no esté pegado. Hay incluso cajas en las que el panel del lado derecho de la caja no se puede quitar.

Una caja en la que se puedan quitar los paneles izquierdo y derecho por separado es muy cómoda cuando abrimos el ordenador con frecuencia, e incluso para los amantes del overclocking que prefieren quitar el panel izquierdo para así no tener problemas de refrigeración, y además aporta rigidez a la caja.

Debemos comprobar que el/los tornillo/s no estén oxidados y que se puedan desatornillar con facilidad para acceder a cualquier componente.

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7. Comparativa

La tabla 1 muestra una comparativa de las características más importantes de tres cajas diferentes

Producto AOpen H340AEnlight EN-8950 SERVER 400W

Intel SC5000 Server Chasis Redundt.

FabricanteAOpen Enlight Intel

Ref. Audiotronics008154 006914 005232

Ref. Fabricante91.96320.A0N EN-8950 AXSD40 KHDHSRPU

Precio 49,93 €8.308 pta

336,12 €55.926 pta

1.011,84 €168.356 pta

Bahías de 3.50"1 1 0

Bahías de 5.25"1 9 3

Dimensiones (ancho x alto x largo) 399x95x324 mm 220x429x600 mm 190x425x578 mm

Formato de cajaSobremesa Minitorre Torre

Fuente de alimentación incluida Si (1x180W) Si (1x400W)

Si (1+1x350W) Redundante

Garantía12 meses 12 meses 12 meses

Tabla 1

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