Guía para elegir fuentes de alimentación

por David Sancho 24/12/2009 1

Introducción

La fuente de alimentación es un componente al que muchas veces no le prestamos atención, sobre todo porque no se conoce su función en profundidad o al menos no es tan atractiva como puede ser el procesador o la RAM. Sin embargo es uno de los componentes más importantes ya que de ella depende en gran medida la estabilidad del sistema que diseñemos, la refrigeración y en algunos casos la protección contra problemas eléctricos.

A lo largo de este artículo, trataremos varios aspectos que nos ayudarán a conocer mejor su funcionamiento y a poder elegir la fuente de alimentación más correcta para nuestro equipo. En primer lugar analizaremos cuál es su función, que tipos de fuentes de alimentación hay y cuál es la más adecuada según el destino que vaya a tener. Es muy importante conocer el funcionamiento de los componentes que se va a seleccionar ya que uno de los grandes fallos a la hora de diseñar un equipo informático, es que muchos componentes los emparejamos con otros por un “acto de fe” cuando un conocimiento en profundidad de los mismos puede permitir optimizar el sistema no sólo en cuanto a rendimiento se refiere, sino a estabilidad.

En la segunda parte del artículo aprenderemos como podemos calcular la potencia necesaria para el equipo a diseñar y sobre todo la potencia de la fuente que vayamos a seleccionar (que no tiene porque ser la misma que la que necesitamos). En este aspecto cabe destacar que no siempre las etiquetas de los componentes que indican la potencia consumida o las de las fuentes de alimentación que indican la potencia suministrada quieren decir lo que a priori aparentan, muchas veces la información está manipulada para que parezca lo que no es.

En definitiva vamos a encontrar todo lo necesario para poder elegir una fuente de alimentación con garantías de que no nos dará problemas ni con la configuración actual ni con sucesivas ampliaciones.

¿Para qué sirve una fuente de alimentación?

La función de este dispositivo es muchas veces desconocida por los usuarios, sabemos que convierte de un tipo de tensión a otra ¿Pero para qué lo hace?, o lo que es mejor ¿Cómo lo hace?

Sabemos que existen dos tipos de corrientes la alterna y la continua. La primera es la que tenemos en los enchufes y sabemos que tiene un voltaje alto, mientras que la continua la encontramos generalmente en las pilas y su voltaje no suele superar algunas decenas de voltios.

La diferencia básica entre ambos tipos de corrientes está en la polaridad, es decir por donde salen los electrones y por donde vuelven, lo que conocemos como el positivo y el negativo de las pilas o baterías. En la corriente alterna esta polaridad cambia varias veces por segundo, 50 en Europa (por los 50Hz) y 60 en América (allí son 60Hz), esto hace que se puedan utilizar algunos dispositivos que en corriente continua no son factibles como los transformadores.

Distintos tipos de transformadores domésticos

Gracias a estos dispositivos, se puede pasar de muy alto voltaje en corriente alterna (varios miles de voltios) a un voltaje más reducido para consumir en los hogares (220V en España). Gracias a ello esta corriente es la que tenemos en casa, ya que sale mejor transportarla a muy alta tensión que a baja por temas de pérdidas de energía, además su transformación de alto voltaje a uno más bajo no lleva casi perdidas de energía gracias a los transformadores, por lo que hace ya tiempo que se adoptó en los hogares como el estándar.

La corriente continua es la que encontramos en pilas y baterías, su voltaje es bajo y la polaridad es fija, por ello es de vital importancia que cuando instalamos una pila en un dispositivo está se ponga con la polaridad correcta. La transformación de voltaje en corriente continua de niveles altos a bajos y viceversa resulta compleja y sobre todo presenta grandes pérdidas de energía en forma de calor entre otros.

Los dispositivos electrónicos necesitan de la corriente continua para funcionar correctamente, es más no solo deben ser voltajes muy pequeños y de polaridad fija, sino que estos deben ser estables. Si un dispositivo se alimenta por ejemplo a 5V la estabilidad de este valor será fundamental para el buen funcionamiento del mismo. Una fuente de alimentación que de menos potencia de la que necesita el sistema hará que su valor baje alguna decima de voltio por ejemplo de 5V a 4,7V, ello provocará un mal funcionamiento del sistema, cuelgues e incluso si esas variaciones son por encima, por ejemplo 6V la destrucción del mismo.

Por ello gracias a que se pueden subir a altos voltajes fácilmente para su transporte (se gasta menos energía transportando a alto voltaje que a bajo), la corriente alterna es la mejor para llevar a los hogares, sin embargo los dispositivos electrónicos necesitan corriente continua para funcionar. Esta es la función que realizan las fuentes de alimentación, reducen el voltaje de la alterna para posteriormente estabilizarlo a una polaridad fija y a un valor determinado en corriente continua.

La transformación la hace en varias etapas tal y como se observa en la imagen. Primero reduce la corriente alterna de 220V a un valor menor, de esta etapa llamada de “transformación” la corriente sigue siendo alterna pero de valor muy reducido. A continuación está la etapa de “rectificación” donde la corriente alterna deja de variar entre los valores positivo y negativo para ser solo positiva aunque su valor cambia muy rápidamente. La tercera etapa es la de “filtrado” que lo que consiste es en que la corriente que varía la deja más o menos a un valor fijo que varía lentamente. Por último en la etapa de “estabilización” se reduce esa corriente fija a los distintos valores que necesitamos, 5V, 12V, 3.3V, etc., obteniendo así la corriente continua (en siglas C.C.) que ya podemos utilizar en nuestros componentes electrónicos.

Potencia necesaria I: Procesador y Placa base

Tradicionalmente el cálculo de la potencia necesaria se ha hecho de manera aproximada, lo que en algunos casos obliga a comprar una fuente de alimentación de mayor potencia de la necesaria con el desembolso innecesario que ello implica y otras a comprar una que se quedará corta rápidamente y por tanto hará que el equipo sea inestable e incluso se destruya la fuente.

El cálculo lo haremos sumando la potencia de todos los dispositivos que vamos a instalar, para ello podremos utilizar dos métodos: el primero y más sencillo que es mirar la etiqueta del componente y si pone la potencia consumida en watios simplemente iremos sumando cada valor para obtener el total. El segundo método consiste en utilizar la fórmula de la potencia, que es P=VxI donde V es el voltaje de alimentación del dispositivo medido en voltios (V) e I es la intensidad medido en Amperios (A) o miliamperios (1000mA=1A), en este caso multiplicaremos ambos valores para obtener la potencia en watios. Vamos a crear una configuración de ejemplo para calcular la fuente de alimentación necesaria:

Si os fijáis no hemos seleccionado aún ni la torre ni la fuente de alimentación, lo que haremos es ir calculando los consumos poco de cada componente.

El procesador es un Intel C2D E8500, la verdad es raro que ponga los consumos en la página del proveedor donde compremos los componentes, así que nos iremos a su página oficial http://www.intel.com/products/processor_number/ ahí nos explica que los procesadores de Intel que empiezan por la letra E, consumen aproximadamente 55W, en principio ya tendríamos nuestro primer valor. Sin embargo si lo queremos saber más exacto a la izquierda hay un enlace donde pone “View processor specifications” desglosa las principales características de estos micros, comparando el consumo de cada uno donde nos dice que el consumo son 65W. En estos casos no hay que hilar muy fino porque después sobredimensionaremos bastante la fuente para este tipo de errores, pero al ser este un ejemplo vamos a ir al detalle, si queremos saber más detalles del microprocesador tal y como se explicó en la parte de conocimientos electrónicos del artículo Guía de Componentes de una Placa Base, tenemos también disponible el datasheet en la misma página.

El procesador deberá instalar un refrigerador, si queremos saber los datos del que suministra INTEL, la verdad es que lo tendremos bastante complicado, así que buscaremos un ventilador similar pero que sepamos que la potencia está holgada, el ventilador deberá ser de 8cm que es lo normal que llevan estos disipadores y para curarnos en salud miraremos uno de 3500 rpm que consumirá mucho más que del de Intel. En el caso de ejemplo he tomado un ventilador TITAN TFD-8020HH12X, cuya intensidad son 0,24A y Voltaje 12V, según la fórmula indicada anteriormente la potencia consumida será: P=0,24x12V =2,88W, como estamos aproximando lo redondearemos siempre hacia arriba, tomaremos 3W. Con esto ya tenemos el consumo asociado al microprocesador y sus accesorios. Hay que tener en cuenta tal y como se explicó en el artículo sobre componentes de las placas base que la electricidad suministrada al procesador se convierte mediante un sistema que tiene la placa base (los famosos mosfets), cuyo rendimiento no es siempre del 100%, por lo que para suministrar 65W al procesador gastaremos bastante más, siendo un poco desconfiados pensaremos que el rendimiento es de un 85%, por tanto para conseguir 65W, necesitaremos 65/0,85= 76,4 es decir 77W aproximado, que sumados a los 3W del ventilador nos da 80W.

El siguiente elemento será la placa base, en este caso una ASUS P5QL PRO. Normalmente los fabricantes de placas base no suelen indicar el consumo de sus productos, sin embargo con el artículo de Guía de Componentes de una Placa Base, podemos ver que chips lleva y que consume cada uno. Mi consejo es que no miréis chip a chip, sino que os centréis en el chipset cuyo consumo será mucho mayor que el de los otros circuitos integrados, en este caso tiene un Intel P43. En la web de intel, en la sección trabaja, en productos y luego chipset encontraremos las características de estos. Una vez más deberemos consultar el datasheet (para el que no sepa que es y cómo funciona puede consultar en el artículo sobre componentes de placa base), en el índice hay un capítulo (el 13 en el caso del P45) que se llama “Electrical Characteristics”, ahí nos dice el consumo en amperios (A) medido y a que voltaje, tomaremos el valor máximo de cada fila y el voltaje al que se ha medido y los multiplicaremos entre sí, a priori la tabla parece muy engorrosa pero realmente sólo debemos utilizar los valores que superen 1A, el resto son insignificantes, nos saldrá más o menos 60W con las intensidades grandes, lo que multiplicaremos por un 10% es decir 60x1.1=66W, para aproximarnos a las otras que no hemos sumado. Este valor es el consumo máximo que puede requerir la placa base con todas sus tarjetas conectadas y la RAM, faltaría añadir los chips que hay sueltos que redondeando el valor que nos salga, en este caso 70W, ya tendremos más que suficiente. Los únicos componentes que no se quedan calculados con esto, son el microprocesador, que lo hemos calculado antes, el sistema de potencia, que lo hemos calculado implícitamente en el procesador y el resto de componentes que vayan conectados directamente a la fuente de alimentación como discos duros, cd rom, ventiladores extra, etc.

Fragmento de la tabla de consumos del chipset iP45

Potencia necesaria II: Tarjeta Gráfica y periféricos

La tarjeta gráfica que es el siguiente componente que calcularemos es una Point of View, nVIDIA 9400GT, el consumo de esta gráfica, si no lo indica el fabricante buscaríamos otra similar de otro fabricante. Al igual que en el caso de la placa base va a ser complicado encontrar el consumo por lo que deberemos hacer lo mismo que con la placa base o buscar un poco en google a ver si hablan del consumo de esta gráfica.

Para el Disco duro y la grabadora buscaremos en la misma web del fabricante, donde lo suele indicar. En el caso del disco duro Seagate (www.seagate.com) en su web nos indica que necesita una corriente inicial máxima de 2A, multiplicado por 12V tendremos un consumo máximo de 24W, que redondearemos a 25W. En la web del fabricante de la grabadora de DVD, LG (www.lge.com) sin embargo a diferencia de otros fabricantes, este no indica el consumo en sus dispositivos de PC, pero podemos deducir que al tener dentro dos motores el consumo no será mayor que el de un disco duro, así que le pondremos 25W. El resto de componentes, son unos altavoces y un monitor que se alimentarán directamente de la red eléctrica. El teclado y el ratón se incluyen en el consumo de la placa base.

Para terminar deberemos calcular los ventiladores extra que llevan, en nuestro ejemplo pondremos 2 ventiladores de 3W, que consumirán 6W extra. Y por último el consumo de los dispositivos USB, que pueden consumir hasta 1A dependiendo de los casos, como no siempre vamos a consumir el máximo ni a tener todos los puertos consumiendo multiplicaremos el número de puertos útiles (en el ejemplo 8) por el voltaje que da un USB, 5V, y por la mitad de la intensidad, entonces la potencia necesaria será: 8x5x0,5=20W es muchísimo más de lo que necesitaremos pero así le damos un factor de holgura para no ir justos.

Los consumos totales a sumar serán los siguientes:

Este no es nuestro total real, ya que hemos redondeado y obviado muchos valores, por lo que le sumaremos siempre un 25% para que se acerque al consumo real, con lo que obtenemos 276Wx1,25 = 345W, redondeando 350W, este se acerca bastante al consumo real.

Potencia necesaria III: Elección de la fuente necesaria

Con el consumo obtenido en el apartado anterior (350W), deberemos tener en cuenta varios factores que requerirán picos de consumo momentáneos, por ejemplo el arranque de los dispositivos ya que al encenderse tienen un pico de consumo mucho más alto, a esto le sumaremos entre un 15 y un 25% dependiendo sobre todo de la potencia, cuanto mayor más nos acercaremos al 25%, en nuestro caso le añadimos otro 25% que resultarán 431,5W y por último un factor de corrección gracias al cual podremos instalar más dispositivos sin que sea necesario cambiar de fuente, es decir, si garantizamos que el ordenador no se va a cambiar en toda su vida, con 430W iremos más que sobrados, pero si queremos preveer alguna posible ampliación e incluso un overclocking es bueno sumarle otro 10%, en este caso 431,5Wx10%= 474,37W. En nuestro ejemplo nos salía igual de precio la fuente de 500W que la de 550W así que hemos optado por esta segunda opción.

¿Por qué es bueno no ajustar la fuente de alimentación? Además de para que los componentes no sufran tanto estrés y no tengan un envejecimiento prematuro, para que estos no generen mucho calor que perjudicará la refrigeración del equipo, cuanto más justos o forzados vayan más se calentarán, por ello si queremos tener los ventiladores al mínimo es bueno tener una fuente de alimentación holgada.

Además del cálculo del consumo hay que tener en cuenta que el valor que suministra el fabricante de la fuente de alimentación puede no ser el real. Es decir, una fuente de alimentación de 500W ¿Qué potencia es, la que consume o la que suministra? Al igual que con el sistema de conversión de voltaje del procesador, las fuentes de alimentación tienen un rendimiento que puede ser hasta del 85%, por lo que esos 500W consumidos se reflejarán en 425W en el PC, por ello hemos hecho los cálculos tan holgados para que si esa marca no es la real, nuestra fuente funcione a la perfección.

Para calcular el valor real de la fuente deberíamos mirar la etiqueta donde pone cada voltaje y la intensidad que da en cada canal, se multiplica el voltaje por la intensidad y tendremos la potencia en cada canal, sumando todos los canales tendremos la potencia real que suministra. Una práctica de este tipo no muy recomendable es calcular lo que consume cada componente en cada canal de voltaje, en 12V, en 5V que algunos lo indican y ver lo que suministra la fuente para ajustar, esta práctica está totalmente desaconsejada, ya que puede haber problemas al ajustar tanto el consumo, por ello la mejor técnica es calcular la potencia con holgura y comprar directamente el valor que nos sale una vez holgado.

Averías y cuidados de la fuente de alimentación

Las averías debido a una mala elección de la fuente de alimentación son muy fáciles de detectar. La más común es la inestabilidad del sistema cuando tenemos un pico de consumo de energía. Esto es por ejemplo cuando vamos a utilizar el lector de DVD y está justo escribiendo el disco duro, es decir consumiendo los dos a la vez, el ordenador se vuelve inestable e incluso se queda colgado de manera que ni con el famoso ctrl+alt+supr podemos recuperarlo, síntoma de que es fallo de hardware y no del sistema operativo.

Para evitar estos problemas y sobre todo picos de consumo lo ideal sería no dejar nunca DVDs ni CDs en el lector cuando apagamos el ordenador, ya que cuando lo encendamos al pico de consumo inicial del disco duro se le sumaría el del arranque del lector de DVDs. Los arranques del sistema, donde se encienden ventiladores, los motores del disco duro, etc., son los momentos más críticos, donde el consumo de intensidad energía, es más del doble del que tendrán una vez en movimiento ya que consume más energía un motor cuando empieza a moverse que cuando está en movimiento, por ello lo mejor es introducir DVDs una vez el disco duro y los ventiladores han arrancado.

Otra de las averías más comunes es la debida a sobretensiones, para ello lo más recomendable es utilizar regletas de enchufes protegidas, sobre todo si el PC está en un edificio con una instalación eléctrica muy antigua. Personalmente, lo recomiendo en el 100% de los casos, desde 10€ tenemos regletas protegidas con una calidad más o menos aceptable y que nos evitarán muchos disgustos. Además si contamos con entrada de televisión o de teléfono en el PC es muy recomendable comprar una regleta que proteja también dichas entradas.

Regleta con protecciones

Para detectar el resto de problemas de la fuente de alimentación simplemente tenemos que ver cuando nuestro ordenador falla o se vuelve inestable. Sabemos que el momento más crítico es el arranque por lo que si antes de llegar a la parte de arranque del sistema operativo tenemos problemas, es posible que entre otras causas sean debidos al pico de consumo que no aguanta la fuente.

No sólo por picos de consumo falla la fuente de alimentación, si la potencia es muy ajustada también puede fallar por sobrecalentamiento, si el ordenador está muy pegado a una pared e incluso si la fuente no es la adecuada cuando esté mucho rato funcionando se puede sobrecalentar y acabar fallando.

Interior de una fuente de alimentación

Por último ante un fallo de la fuente de alimentación no es recomendable intentar abrirla o repararla si no sabemos lo que hacemos ya que dentro tiene condensadores que acumulan gran cantidad de energía y que podrían descargarse en nosotros causándonos quemaduras. Además realmente ante un fallo de la fuente de alimentación lo único que podemos cambiar, en el caso de que lo tenga, es un pequeño fusible que tiene dentro, que se rompe ante sobretensiones para ello deberemos dejar la fuente unas horas apagada y desconectada del PC, entonces la abriremos y sustituiremos ese fusible por otro igual. El resto de componentes, normalmente nos va a costar más dinero y esfuerzo cambiarlos que comprar una fuente nueva.

Ejemplo de fusible

Conclusiones

La fuente de alimentación es un componente barato y que muchas veces pasamos por alto a la hora de diseñar un ordenador. Sin embargo un ordenador es como una cadena que cuando falla se compre por el eslabón más débil, por lo que todos los componentes deben estar en consonancia uno con el otro.

El caso de la fuente de alimentación cobra especial importancia debido a que es la que suministrará la energía a la totalidad de los componentes del ordenador por lo que si esa energía no es suficiente o viene en mal estado, con interferencias por ejemplo, nuestro equipo informático no sólo no funcionara bien sino que algunos componentes pueden acabar destruidos.

Las reparaciones de este componente resultan complejas y en la mayoría de los casos no merecen la pena debido a que implica muchas horas de trabajo y unos componentes cuyo coste es similar al que nos costaría una fuente de alimentación nueva. Además tenemos el peligro de que algún condensador se descargue en nuestra mano causándonos daños. El cambio del fusible es una reparación sencilla y que es el fallo que normalmente tenemos en la fuente de alimentación por lo que si somos cuidadosos podremos reparar el fallo que tienen el 80% de las fuentes.

En este artículo se ha expuesto como realizar los cálculos en detalle, en la mayoría de los casos no será necesario y compraremos una fuente holgada, sin embargo, ante problemas recurrentes de inestabilidad en nuestro equipo sería interesante saber la potencia que consumen los componentes y la que suministra la fuente para así descartar un posible fallo de esta. Un truco que utilizan muchos técnicos de hardware es calcular la potencia necesaria para un equipo tipo y luego según van variando algún componente aproximar el nuevo consumo, para así no realizar los cálculos en cada diseño que hagamos.

Como siempre os invito a todos a que investiguéis, probéis y leáis sobre la electrónica de los ordenadores que con muy poco que aprendáis veréis como la comprensión del funcionamiento de vuestros equipos a nivel electrónico os ayudará a repararlo de manera más eficiente y rápida. Para cualquier duda o sugerencia podéis dirigiros al foro donde podréis preguntar sobre este tema y cualquiera que se os ocurra.