Refrigeración por Nitrógeno Líquido LN2

Guía sobre cómo empezar a usar Nitrógeno Liquido (LN2) como método de refrigeración. Preparación de componentes y materiales que debemos usar.

Esta guía busca que tengan puntos de referencia para cuando decidan dar el paso a la refrigeración extrema, los valores que doy como ejemplo son de referencia no los tomen como fijos ya que como sabemos cada PC es un mundo.

Pueden afectar a tu experiencia muchísimas variables que dada su cantidad son imposibles de reflejar en esta guía, como tu procesador , tu mother, tu forma da aislar, tu Pot, la humedad del cuarto en el que estés o la temperatura ambiente, por eso, hay que hacerlo con cuidado y responsabilidad.

Introducción

La utilización de Nitrógeno Liquido como refrigerante, es el método más extremo al que podemos aspirar los overclockers. Es el sistema de refrigeración por excelencia del overclock extremo y requiere que tengamos una serie de cocimientos muy elevados sobre aislamiento, temperaturas, overclcok en general y de nuestra PC, dado que los tiempos, tanto de condensación como de aprovechamiento del frío son en comparación con cualquier otro método, extremadamente cortos como ya veremos más adelante.

Cualquier error, puede arruinarnos la sesión, nuestro equipo o hacernos dano a nosotros mismos. Si utilizamos Nitrógeno Liquido, no hay sitio para el error.

Precauciones

Documento recopilado a dedo y tecla con la intención de prevenir mejor al usuario.

Identificación del producto

• Producto: Nitrógeno (liquido criogénico)
• Sinónimos: No se aplica
• Formula: N2
• Nombres Comerciales: Nitrógeno liquido
• Grupo químico: No se aplica
• Peso Molecular: 28,01

Componentes de riesgo

• Material: Nitrógeno (CAS7727-37-9) (ONU – 1977)
• Vol. %: 100
• LT (TLV)= Límite de tolerancia del producto: Asfixiante Simple.

Propiedades Físicas

• Punto de ebullición @760mm hg: -195.8°C (-320,4°F)
• Punto de Congelamiento: -210°C (-345.8°F)
• Densidad (agua=1): 0.808@-195.8°C
• Densidad de Vapor (aire=1): 0.967
• Porcentaje de materia volátil en volumen: 100
• Apariencia y olor: Liquido e incoloro
• Presión de vapor @21°C : Gas
• Soluble en Agua % en peso: Despreciable
• Coeficiente de Vaporización (Acetato de butilo=1): Alto

Información necesaria para la protección de la salud

• Inhalación: Asfixiante. Moderadas concentraciones pueden causar dolores de cabeza, mareos, somnolencia, debilidad excitación, salivación excesiva, vómito e inconsciencia. La falta de oxigeno puede causar la muerte.
• Contacto con la piel: No se esperan efectos daninos del vapor. El líquido puede causar congelamiento.
• Absorción por la piel: De acuerdo con la información disponible no hay evidencia sobre efectos adversos.
• Contacto con los ojos: No se esperan efectos daninos del vapor. El líquido puede causar congelamiento.
• Ingestión: Congelamiento severo puede resultar del contacto con el líquido. No se espera ningún efecto negativo del vapor.

Primeros auxilios

• Inhalación: Llevar al paciente al aire fresco. Aplicar respiración artificial si no respira. Administrar oxigeno si la respiración se dificulta. Llamar al médico.
• Contacto con la piel: En caso de exposición al líquido, de inmediato elevar la temperatura de la zona afectada con agua bien tibia (no más de 40°). En caso de exposición masiva, quitar las ropas al paciente bajo una ducha de agua tibia. Llamar al medico
• Contacto con los ojos: En caso de salpicadura, inmediatamente enjuagar los ojos con abundante agua durante por lo menos 15 minutos. Llamar al médico.
• Ingestión: Este producto es un gas a temperatura y presión normales.
• Notas para el médico: no hay antídoto específico. El tratamiento debe dirigirse al control de síntomas y a la condición clínica.

Procedimientos en los derrames o perdidas

• Medidas a tomar si el material se derrama o pierde: Inmediatamente evacuar a todo el personal de la zona de peligro. Usar equipo de respiración autónomo cuando se requiera. Si se puede hacer sin riesgo, cerrar la fuga. Ventilar el área de la fuga o llevar a un área bien ventilada el recipiente que presenta la fuga. Antes de permitir el reingreso del personal, probar el área, especialmente las áreas cerradas para asegurarse de que hay suficiente oxigeno.
• Método para la disposición de residuos: Consultar lo dispuesto por las leyes nacionales y provinciales vigentes. Mantener retirado al personal. Desechar el producto, residuos y recipientes desechables de una manera ambientalmente aceptable.

Cuidados especiales

• Precaución: Gas y liquido extremadamente frio. El contacto con el líquido o gas frio puede causar serias quemaduras. El gas puede causar sofocación por la deficiencia de oxigeno. Siempre deberá almacenarse y usarse con una ventilación adecuada. Cerrar la válvula cuando no lo utilice, o cuando se termine el gas. Use tubería y equipos disenados para resistir posibles presiones. Proteger los recipientes contra danos físicos.
• Mezclas: Cuando dos o más gases licuados se mezclan, sus propiedades peligrosas pueden combinarse para crear un riesgo adicional inesperado. Obtener y evaluar la información de seguridad de cada componente antes de producir la mezcla. Consultar a un experto de seguridad u otra persona entrenada cuando haga su evaluación de seguridad del producto final. Recuerde, los gases y los líquidos tienen propiedades que pueden causar lesiones graves o hasta incluso la muerte. Asegúrese de leer y entender todas las etiquetas y otras instrucciones proporcionadas con todos los recipientes de este producto.
• Guantes protectores: Se requiere guantes criogénicos, bien holgados.
• Protección ocular: Utilizar anteojos de seguridad con protección lateral. Se aconseja complementar con pantallas faciales completas. No deberán usarse lentes de contacto o pupilentes.
• Otros equipos de protección: Consultar las normas vigentes de seguridad e higiene en el trabajo. Utilizar calzado tipo botin con su protección metatarsal y de acero para el manejo de cilindros. Los pantalones deberán llevarse por fuera del calzado sin valenciana. Utilizar ropa protectora cuando sea necesario. Son preferibles los calzados de cana larga.

Aislación

Cuando utilicemos Nitrógeno Liquido, en el Pot se va a producir un intercambio brusco que va a llevar a este a una temperatura que rondara entre los – 120 y – 190oC aprox. dependiendo de la cantidad de LN2 que pongamos. Como entre la temperatura ambiente y la temperatura del Pot hay una diferencia tan grande (más de 150 oC en algunos casos), se genera un fenómeno llamado condensación.

La humedad del aire se condensa y genera gotas de agua, y ya sabemos lo mal que se llevan el agua y los componentes electrónicos.

No voy a entrar en profundidad en el tema de cómo aislar el mother ya que si estás leyendo esta guía es porque ya probaste otros métodos extremos y ya habrás aislado en otras ocasiones.

Además, no hay “una” manera de aislar, sino varias, como en casi todo, “cada maestro tiene su libro”, aunque si voy a aclarar que la condensación se produce de manera más rápida y más abundante que con otros métodos, por lo que hay que estar alerta.

Materiales necesarios

Refrigerar con NL2 es algo totalmente distinto a otros sistemas de refrigeración extrema, da igual que sea Cambio de Phase, Cascade o Dry Ice, nada se parece porque nada se acerca siquiera a estas temperaturas tan bajas.

Pot

El Pot (El Pot es un tubo metálico suele ser de Aluminio (mas barato y con una conductividad térmica de 237 W/ (m.K) o Cobre bastante más caro pero mucho más eficiente a la hora de conducir el calor 400 W/ (m.K).

Algunos traen “intercambiador” para aumentar la superficie de contacto, particularmente lo veo innecesario. Los hay de varios tipos: macizos (de una sola pieza metálica), de dos piezas (el que se usa en este articulo) y soldados (los más baratos).

Pot de Aluminio de 2 Piezas / Pot Macizo de Cobre con Intercambiador (F1)

Interior sin Intercambiador / Base del Pot

Armaflex o Neopreno

El Armaflex o Neopreno: que quede claro que son la misma cosa con nombres comerciales diferentes. Son aislantes térmicos de espuma elastomérica a base de caucho sintético flexible, de estructura celular cerrada y con un elevado factor de resistencia a la difusión de vapor de agua. El neopreno se conoce mas como material para trajes de buceo, y el Armaflex para aislante industrial en instalaciones del tipo Aire acondicionado pero es lo mismo

• Ficha técnica Armaflex
• Ficha técica Neopreno

Distintos tamanos de Armaflex adhesivo

Armaflex normal y ya cortado

Termómetro

La verdad que no hay muchos termómetros que puedan medir el rango que necesitamos nosotros, solo conozco estos; UEI DT200, el CHY 502 y el Voltcraft K102, personalmente me quedo con el Volcraft ya que es de gran calidad (Alemán) y precio más ajustado que los otros 2. Lamentablemente en Argentina estos pots no se fabrican a no ser que sea por pedido.

Termo de acero

El típico “matero” de Acero, es para pasar el LN2 de la Dewar al Termo y de ahí al Pot

Del Dewar al termo

Del termo al Pot

Pasta térmica

Artic Ceramique hasta el momento es la única pasta térmica en el mercado que nos ofrece un soporte de temperatura con las que vamos a trabajar, esta pasta tiene un rango de trabajo de – 150oC y 180oC

Artic Silver 5 y Thermalright Thermal Compound, Ojo! No nos sirven!

La Artic Ceramique es la única hasta la fecha capaz de trabajar hasta -150oC

Otros materiales

• papel de cocina o servilletas de papel (para ir secando)
• una linterna viene muy bien para inspeccionar los alrededores del socket en busca de condensación, ventiladores extra cuantos más mejor, esto nos dará más tiempo antes de la condensación, cuando con LN2 se produce velozmente y en abundancia.
• debido a las variaciones de temperatura y al poco margen de maniobra que esto nos deja, es muy útil también es tener los settings de la BIOS anotadas en un papel.

Armado

Empezamos a armar colocando el Back Plate del Pot con sus tornillos en el mother, damos vuelta y comenzamos a aislar el socket, como ya dijimos hay mil maneras de hacerlo, cada maestro tiene su libro, yo me decanto por el armaflex y el papel o la Artist Eraser. Colocamos una capa de Artic Ceramique sobre el procesador y terminamos de poner el Armaflex.

Ahora es cuando hay que colocar una de las sondas del termómetro, esto es muy importante!!!

Una vez hecho esto llego la hora de colocar el Pot, es una parte muy importante ya que este debe quedar bien colocado haciendo contacto con el procesador, teniendo cuidado de no doblar mucho el motherboard cuando ajustemos. Cuando este ya bien colocado ponemos el Armaflex sobre el cuerpo del Pot y volvemos a inspeccionar el montaje en busca de fallos o algún olvido.

Aislamos a nuestro gusto, con papel, Artist Eraser, cinta aislante, Liquid Electrical Tape, Grasa dieléctrica…en este caso, Armaflex y papel de cocina

Colocamos una capa de Ceramique / El Pot ya está perfectamente aislado

Cold Boot y Cold Bug

El secreto de este método de refrigeración es el control de la temperatura, y para ello es fundamental tener un termómetro de confianza. Y es que hay dos problemas con los que nos vamos a encontrar además de la ya conocida condensación, se llaman Cold Boot y Cold Bug.

• El Cold Boot: es un fenómeno que se genera en algunos procesadores. Consiste en que el procesador, a determinada temperatura, no deja arrancar (botear) el sistema. El origen es desconocido: algunos dicen que se debe a una protección que se pone en algunos procesadores aleatoria mente. Otros dicen que la protección está en algunas placas. En mi opinión personal es un problema de los procesadores
• El Cold Bug: consiste en que el procesador a una determinada temperatura deja de funcionar de forma correcta, hay coldbugs que pueden ser muy agresivos en reacción (no dejan arrancar la CPU, o la desconectan).

La única forma de descubrir donde tiene el Cold boot y el Cold Bug nuestro procesador es termómetro en mano y hacer pruebas. Es importantisimo conocer esos datos ya que luego deberemos mantenernos entre esos números como se ve en este gráfico para Benchear tranquilos.

Tengamos en cuenta una cosa antes de “desilusionarnos” con la temperatura de Cold Bug de nuestro procesador, si buscan por ahí verán procesadores que soportan temperaturas increíbles, como el nuevo AMD Phenom II @ -185oC o E8600 @ -180oC. No es que el nuestro se “malo” sino que esos son “hand picked” o elegidos a mano, no suelen estar al alcance de cualquiera.

Estas son mis temperaturas de Cold Bug, se cuelga el sistema y hay que esperar a bajar de la temperatura de Cold Boot para poder encender:

Ejemplo con mis temperaturas de Cold Boot y Cold Bug:

(Linea Roja: Temperatura del procesador)

Últimas recomendaciones antes de empezar

Con el Nitrógeno Liquido la condensación será mucho más abundante y más constante que con otro método de refrigeración extrema, por eso es recomendable envolver el Pot en papel de cocina para ir conteniendo las gotas que se formaran.

No olvides poner tantos ventiladores como tengas tirando aire a la base del Pot, esto retrasara la inevitable condensación dándote más tiempo antes de que esta sea preocupante

Es útil tener a mano un vaso descartable, (si es de papel mejor), yo lo uso de plástico revestido de cinta aislante, que nos sirva como embudo.

Papel envolviendo el Pot

Mientras más aire a la base del Pot mejor

Empezando con el N2

El LN2 exige más que nada del Overcloker, ya que esta tan frío que deberemos controlar la temperatura para no pasarnos de vertido con LN2 y llegar a Cold Bug.

Empezamos poniendo un pequena cantidad de LN2 en el Pot para enfriarlo, buscamos que el cambio de temperatura no sea tan brusco, lo más frío posible pero siempre estando por debajo de la temperatura de Cold Boot, esto depende del procesador, en mi caso esto sería por debajo de -90oC.

Hay que destacar para los que hayan probado con Dry Ice, que no se hace de la misma manera.

Mientras que con el Dry Ice siempre tendremos Hielo y una pequena cantidad de acetona en el Pot buscando mantener la máxima temperatura posible (Max. -78oC, noten que la temperatura máxima está bastante por debajo de la temperatura de Cold Boot), con el Ln2 iremos echando en el Pot poco a poco observando el termómetro.

Lo primero que nos vendrá a la mente es “que rápido se evapora” pensando en que si se evapora ya no enfría, pero es que aunque veamos que ya no queda , el frio se ha transferido al Pot, por eso antes de volver a echar debemos mirar a que temperatura están las sondas.

La regla No1 del Oveclock con LN2 es no se puede hacer sin un Termómetro!

Es importantísimo que estemos mirando el termómetro a cada momento buscando la temperatura más baja justo antes de la temperatura de cold bug, ya que esto nos permitirá obtener más MHz o correr un Bench a velocidades que serian imposibles con temperaturas más bajas. Les dejo este vídeo en él se puede escuchar el ruido característico del LN2, noten también que termino de grabar porque me pase y llegue a temperatura de Cold Bug, se puede ver como se apagan los ventiladores.

Sonidos y Cold Bug al final del vídeo

Otro punto muy importante a tener en cuenta es que pasa con las temperaturas en los momentos de máxima exigencia, por ejemplo cuando carga el Sistema operativo o estamos Bencheando.

Es decir, cuando tengamos el micro en la temperatura ideal y tiremos un Bench o carguemos el SO las temperaturas bajaran drásticamente para volver a subir de nuevo al punto anterior, estas subidas y bajadas bruscas pueden hacernos pasar los limites, podemos pasarnos para arriba o para abajo pero el resultado será el mismo, se nos va a caer el sistema. En estos ejemplos se ve claro:

Ejemplo No 1: exigimos el sistema sin controlar la temperatura, Reboot

(Linea Roja: Temperatura del procesador)

Ejemplo No 2: exigimos el sistema, agregamos NL2 sin tener en cuenta el pico de subida al acabar el esfuerzo, Reboot

(Línea Roja: Temperatura del procesador)

Otro punto a tener en cuenta es la condensación cuando esperemos a que baje la temperatura por debajo del Cold Boot, es decir si se nos cae el sistema y estamos a temperaturas muy bajas, deberemos esperar a que suban para estar a una temperatura que nos deje bootear, esta espera es bastante peligrosa porque la condensación que estaba helada empieza a derretirse y verán gotas de agua, una vez enfríen de nuevo se vuelven a congelar.

Hielo en la tornillería, en las Phases del mother y en los alrededores del socket

Gotas de agua en el R27

Desarmando

Bien llego la hora de desarmar todo, para mí, uno de los momentos clave, es ahora cuando más peligro hay de que rompamos algo, ya que todo ese hielo formado empezara a convertirse en agua sobre el Mother, el socket, el procesador….

Por mas bien que aíslen seguramente tendrán condensación, piensen que la diferencia de temperatura entre el Pot y el ambiente será terrible, pasa que al estar todo tan frío durante la sesión esta se convertirá en hielo y es mientras desarmamos cuando se complica.

Desconectamos absolutamente todo, y quitamos el hard, tendremos que tener un sitio preparado para vaciar el Pot del Nitrógeno que nos quede dentro, una vez hecho esto sobre una superficie absorbente, como una toalla o una cama empezamos con mucho cuidado a quitar loa tornillería que sujeta el pot al mother.

El desmontaje debe ser rápido dentro de lo que se pueda, muchas veces secamos la tornillería y el Pot se queda pegado como si estuviera soldado, tranquilidad, lo mejor es con un secador de pelo e ir dándole para que afloje y siempre papel de cocina en mano secando las gotas que corren por el mother.

Solo tarde 2 minutos en desconectar y ya se empieza a ver el brillo del agua

Hielo en el Mother al quitar la tornillería y el Backplate

Aspecto del Socket y el Procesador una vez quitado el Pot

El Pot continuara extremadamente frío durante un tiempo aun, asique es recomendable ponerlo en algún lugar seguro hasta que sea posible quitar el Armaflex sin romperlo, ya que este estará como un piedra.

No hace falta pasarle el secador, simplemente lo dejamos un tiempo, el Armaflex es muy frágil cuando está congelado.

El Pot seguirá desprendiendo el frío absorbido del Nitrógeno Líquido durante un tiempo

Como último paso, una vez todo bien seco volvemos a armar el PC para ver que todo funcione correctamente, personalmente no doy por terminada una sesión hasta que no compruebe que no se rompió nada y todo funciona perfecto.

Conclusión

Bien, para los overclokers mas extremos llegar a utilizar Nitrógeno Líquido es como para un futbolista jugar en primera, no es posible competir con los grandes si no utilizamos este sistema que aunque es muy complicado nos puede dar grandes satisfacciones.

Llegar a dominar esta técnica es muy complicado y entretenido al mismo tiempo, ya verán como si lo hacen una vez, querrán repetir.

Como hemos visto también es un método peligroso, por lo que hay que ser muy cuidadoso.

Recopilación y agregados: Nicolás Guerrero Elaboración del material informativo: Leandro Díaz