Reciclado de fuentes de alimentación de PC's para proyectos electrónicos: células Peltier

En nuestro afán por concienciar sobre el reciclaje, hemos realizado en el centro distintos proyectos y propuestas para dar una segunda vida a distintos componentes. Existen numerosos proyectos en nuestro centro, tales como Norba en Verde, que se mueven en esta línea. Los alumnos del programa proyect@ también realizan muchas actividades que se mueven en esa dirección. Y nosotros mismos, desde NorbaSky hemos realizado numerosas entradas en nuestro blog en donde los alumnos usaban componentes reciclados para sus diseños. En cuanto al uso de piezas de PCs obsoletos, hemos realizado un estudio de mercado para poder construir potentes ordenadores reutilizando componentes y adquiriendo otros de segunda mano. Hoy nos centraremos en el la reutilización de las fuentes de alimentación de PC's para distintos desarrollos.

Necesidad de potencia y amperaje

Tanto en este curso como en cursos anteriores hemos realizado una serie de proyectos tecnológicos con componentes electrónicos, motores y otros dispositivos que hacían uso de corriente continua para funcionar. Cuando estos proyectos requieren de una cantidad considerable de potencia (principalmente amperaje a un determinado voltaje fijo) surgen numerosos problemas. Por lo general, el uso de pilas convencionales no es posible, y el de baterías (generalmente de litio) es ineficiente y caro, teniendo que utilizar frecuentemente varias conectadas en paralelo. Es por ello por lo que intentamos buscar un medio económico y eficiente que pudiera solucionar nuestros problemas, y lo encontramos en la basura.

Son muchos los PC's que se abandonan por obsoletos o defectuosos. Generalmente, la mayoría de las personas no reciclan sus componentes, bien por falta de conocimientos técnicos o bien porque en muchos casos no merece la pena hacerlo, al menos económicamente hablando. También es cierto que cuando el PC que se desecha tiene muchos años, sus componentes no suelen ser prácticos ni funcionales en un nuevo equipo, bien por problemas de compatibilidad (todo tipo de tarjetas de expansión...), bien por capacidad irrisoria para los tiempos que corren (sean discos duros o memorias), bien por un bajo rendimiento (CPU's, dispositivos de almacenamiento,...) o bien porque la función que tenían ya se ha perdido (disqueteras, lectoras de CD, tarjetas de sonido, digitalizadoras de video analógico...). En cuanto a las fuentes de alimentación, las muy antiguas, aunque siguen pudiendo utilizarse en equipos actuales, suelen proporcionar poca potencia para los tiempos que corren en donde los componentes más exigentes consumen demasiado. Además, suelen ser más ruidosas que las de hoy en día y menos fiables en cuanto a picos de corriente. Sin embargo, perfectamente pueden proporcionar potencias de hasta 300w sin ningún tipo de problemas, algo que no es fácil de conseguir haciendo uso de pequeñas baterías.

Tipos de fuentes de alimentación y conectores principales

Existen numerosos tipos de fuentes de alimentación para PC (ATX, SFX, SFX-L, TFX,...) que básicamente se diferencian unos de otros en el tamaño y forma de la misma. Lo bueno para nosotros es que en todos estos tipos el cableado es prácticamente similar, o al menos muy parecido. Cada fuente de alimentación dispone de una serie de conectores estandarizados con distintas funciones que permiten, además de alimentar eléctricamente a los distintos componentes del sistema, encender la fuente de alimentación, informar si esta está encendida o proporcionar una pequeña corriente cuando el sistema se encuentra en stand-by. 

Distintos conectores de una placa ATX: 1 Mini-Molex para disquetera (en desuso), 2 Molex para dispositivos IDE (Discos duros y unidades ópticas), 3 Alimentación de dispositivos SATA (Discos duros y SSD), 4 y 5 para tarjetas gráficas potentes, 6 y 7 para alimentación de potentes CPU's, 8 conector ATX 20+4 para la placa base y sus tarjetas.

Cada conector absorbe una pequeña parte de la potencia total de la fuente de alimentación para proporcionarla a un determinado componente del PC. De hecho, aunque solo usáramos uno de los conectores, este no proporcionaría toda la potencia que la fuente puede generar. Así, por ejemplo, una fuente de 200w podría suministrar un máximo de 120w al conector ATX, un máximo de 25w a cada uno de los conectores Molex y SATA,... Por tanto, si en disponemos de una fuente de este tipo y necesitamos una potencia de 180w, tendríamos que combinar la potencia de salida de varios conectores.

A efectos prácticos, lo que más nos interesa son los colores de los cables: los cables negros están conectados a tierra, los cables amarillos proporcionan una salida de 12V de corriente continua, los cables rojos proporcionan 5V. Estos colores son los que nos van a resultar más útiles. Disponemos también de cables azules que proporcionan -12V con muy poca intensidad, cables naranjas que proporcionan 3,3V y en algunas placas modernas alguna combinación más exótica con voltajes específicos para piezas concretas. Todos estos cables de colores permitirán alimentar nuestros distintos proyectos con distintos voltajes. Por otra parte, para que la fuente de alimentación funcione, es necesario encenderla, lo que se consigue conectando el cable verde de puesta en marcha con cualquier cable negro de tierra (esto es lo que hace el interruptor del PC). Finalmente tenemos un cable gris de 5V con muy baja intensidad que habitualmente se usa para iluminar un led que nos indica que el PC está funcionando, o un cable purpura que proporciona 5V a un bajo amperaje incluso cuando la fuente está apagada, para alimentar a los dispositivos en standby.

El conector ATX

Usado para alimentar a la placa base, así como a la mayoría de los componentes acoplados directamente a la misma, consideramos el conector ATX de 20 o de 24 (20+4) pins como el más importante de la fuente de alimentación, ya que contiene cables con todos los voltajes disponibles, así como interruptor (verde) y cables de información (como el gris) o la línea púrpura de standby. Además, las líneas que suministran más potencia al PC se encuentran aquí. Las antiguas fuentes de alimentación (y las antiguas placas base) usaban conectores de 20 pins, pero a las modernas, al necesitar más potencia, se les agregaron 4 pins adicionales (de tierra, 12V, 5V y 3,3V). Sin embargo, un conector de 20 pins puede alimentar una placa de 24 pins (siempre que esta tenga no tenga componentes que requieran un elevado consumo), y un conector de 24 pins puede alimentar una placa de 20 pins (desechando los 4 pins añadidos).

Esquema de conexiones de los conectores ATX de 20 pins (en desuso) y de 20+4 pins (más moderno)

Usando fuentes ATX para alimentar placas Peltier

Durante el presente curso hemos intentado construir una cámara de niebla para detectar partículas radioactivas. En teoría es algo fácil de realizar si se dispone de los materiales adecuados y el dinero necesario para adquirirlo. Pero si para construirla usas materiales reciclados y componentes disponibles en el laboratorio, el tema se complica. Para su construcción, era necesario bajar la temperatura de la misma bastantes grados y para ello se nos ocurrió hacer uso de células Peltier. Estas células no son nada eficientes energéticamente, consumiendo en torno a 30w de potencia cada una. El uso de baterías, por tanto, era complicado. Es por ello por lo que decidimos utilizar fuentes de alimentación de ordenadores que se iban a tirar a la basura por obsoletos, ya que estas proporcionan suficiente potencia.

Disponíamos de varias fuentes de alimentación de entre 200w y 300w, pero desconocíamos su funcionamiento. Así que nos pusimos a investigar. Lo primero buscar como arrancarlas. Rápidamente nos dimos cuenta de que había que puentear el cable verde con uno negro:

Detalle del puenteado para arrancar la fuente de alimentación: conexión de cable verde con tierra

Una vez arrancada, debíamos alimentar las placas con 12v. Probamos con cables amarillo-negro de varios conectores molex, pero no cuando la placa llevaba un rato funcionando, la fuente de alimentación se apagaba. Al parecer, este tipo de conectores no proporcionan suficiente potencia para nuestros componentes. Así que al final optamos por extraer la alimentación directamente del conector ATX, que si bien era más potente, solo nos permitía alimentar correctamente una placa Peltier, la cual rápidamente se puso a funcionar.

Hielo generado por una placa Peltier conectada a la fuente ATX tras depositar sobre la misma unas gotas de agua y esperar varios segundos

Hicimos varias pruebas y anotaciones de cuanto conseguíamos bajar la temperatura de las placas en distintas condiciones. También íbamos anotando todos los problemas que nos iban surgiendo (muchos de ellos relacionados con la potencia suministrada por la fuente de alimentación). Intentamos conectar varias células Peltier en serie para conseguir bajar más la temperatura, pero los conectores sueltos de la fuente de alimentación no daban tanta potencia (una fuente moderna hubiera funcionado perfectamente, pero estas fuentes antiguas iban muy justas). 

Héctor G. G., de 3º de ESO, realizando mediciones de temperatura obtenidas con una célula Peltier en distintas condiciones

El siguiente paso que nos planteamos para usar toda la potencia de la fuente de alimentación era la de unir todos los conectores amarillos juntos y todos los conectores negros por otra parte, obteniendo así dos conectores que en teoría nos darían el máximo de potencia disponible. Esta solución la hemos visto en varios webs (entre ellas forocoches) para reutilizar viejos radiocasette de coches.  Sin embargo, la suspensión de clases presenciales y el posterior confinamiento nos impidió realizar todas las pruebas que queríamos. No obstante, aprendimos bastantes cosas que más adelante podremos utilizar en nuevos proyectos que requieran una potencia eléctrica superior a la que estamos acostumbrados a utilizar con nuestras pequeñas creaciones.

Parte de los recursos materiales y humanos necesarios para realizar estas actividades han sido cofinanciados por el programa Proyect@ de la Junta de Extremadura.