El intento de Noctua de fabricar el ventilador perfecto - Un ingeniero de Noctua expone las limitaciones del diseño actual de ventiladores

El ángulo de las palas y el ángulo de ataque son distintos pero a menudo se confunden

Dellinger aclara que el "ángulo del aspa" (o ángulo de escalonamiento) se refiere a la inclinación geométrica entre el aspa del ventilador y el plano de rotación, mientras que el "ángulo de ataque" describe la interacción aerodinámica entre el aspa y el flujo de aire entrante. Estos ángulos varían a lo largo del aspa -más pronunciados cerca del buje y más planos en la punta- para adaptarse al perfil de velocidad de rotación. Un mayor ángulo de las palas aumenta el flujo de aire por rotación pero corre el riesgo de entrar en pérdida, lo que provoca una separación del flujo y un aumento de las turbulencias acústicas. Incluso pequeños ajustes en el ángulo de las palas, de tan sólo 1°, pueden tener un impacto mensurable tanto en el rendimiento del flujo de aire como en la producción de ruido.

Menos aspas pueden reducir el ruido, pero a un coste de diseño

El número de aspas del ventilador afecta directamente a la frecuencia de paso de las aspas, que se correlaciona con la forma en que los humanos perciben el ruido del ventilador. Por ejemplo, un ventilador de siete aspas girando a 2000RPM emite un tono de menor frecuencia de 233Hz comparado con los 300Hz de un diseño de nueve aspas. Sin embargo, reducir el número de aspas introduce compensaciones en la generación de presión y la rigidez de las aspas. Los diseñadores deben compensar con aspas más grandes o RPM más altas, lo que puede anular el beneficio acústico. Actualmente, Noctua favorece los diseños de nueve aspas para los ventiladores de 120 mm, citándolos como un equilibrio entre el flujo de aire, la presión, la integridad estructural y la acústica.

La densidad de las aletas del disipador térmico influye en la turbulencia y el tono

El diseño del disipador térmico no sólo afecta al rendimiento de la refrigeración, sino también al comportamiento acústico de los ventiladores. Aunque los disipadores se benefician de un mayor número de aletas y de una mayor superficie, el aumento de la densidad de las aletas introduce resistencia al flujo de aire. Esta resistencia puede obligar a los ventiladores a funcionar cerca de las regiones de estancamiento en sus curvas de presión, lo que aumenta las turbulencias y el tono desagradable. La transferencia de calor también es desigual a lo largo de una aleta, aumentando en el borde de ataque y disminuyendo debido a la formación de la capa límite. Los diseños recientes de Noctua intentan emparejar las características del ventilador con la resistencia del disipador para mantenerse dentro de los rangos óptimos de flujo de aire.

Los avances en el diseño vendrán probablemente de los materiales, no de la geometría

Aunque las herramientas de simulación y predicción han madurado, las futuras mejoras en el diseño de ventiladores de consumo pueden depender más de los materiales que de la geometría. La transición de Noctua de los plásticos PBT y ABS al polímero de cristal líquido (LCP) permitió unas tolerancias más ajustadas en las puntas y una menor vibración, lo que ayudó a estabilizar el rendimiento a velocidades más altas. Las palas metálicas o de material compuesto podrían ofrecer ventajas en teoría, pero probablemente aumentarían el ruido y los costes de fabricación. Ya se está realizando cierto ajuste acústico mediante técnicas de turbulencia controlada, como la estructura de cubo de turbulador centrífugo que se ve en los ventiladores G2 de Noctua.

Conclusión

Dellinger se mantiene cauto sobre futuros avances en el diseño de ventiladores, sugiriendo que la mayoría de las posibilidades de ingeniería se han explorado dentro de las limitaciones de los materiales y casos de uso actuales. Aunque los conceptos de bajo número de aspas o sin aletas pueden suscitar interés, las limitaciones prácticas del flujo de aire, la turbulencia y el coste los mantienen en gran medida teóricos por ahora.