NF-A12x25: Información técnica y desafíos en fabricación

Con un periodo de desarrollo total de más de 4,5 años, más de 200 prototipos fabricados con control numérico (CNC) y un volumen de proyecto total que supera a los anteriores ventiladores NF-F12 y NF-S12A, en conjunto, el NF-A12x25 ha sido, hasta el momento, el proyecto Noctua más complicado de desarrollar en cuanto a ventiladores. Una de las medidas cruciales que se han llevado a cabo en el diseño y que permite que el NF-A12x25 mejore aun más el famoso rendimiento de sus predecesores es la distancia récord punta-marco (distancia entre la punta del aspa y el interior del marco): mientras que la mayoría de los ventiladores de 120mm tienen una distancia de, como mínimo 1,5 a 3mm, el NF-A12x25 dispone de un espacio de únicamente 0,5mm, con lo que se establece un nuevo punto de referencia. Este diseño tan ambicioso permite que el ventilador funcione con más eficiencia en contrapresión, como en disipadores o radiadores, ya que se reduce la pérdida de caudal a través del hueco que existe entre el rotor y el marco. Sin embargo, también plantea retos novedosos en fabricación.

La construcción de un ventilador con una distancia punta-marco de únicamente 0,5mm no solo requiere, en general, mayor precisión y tolerancias más estrictas, sino también hace necesario el abordar fenómenos de fluencia que son irrelevantes para los ventiladores con una distancia punta-marco mayor. Debido a periodos de uso prolongados y ciclos térmicos, los rotores de los ventiladores axiales sufren pequeñas deformaciones en relación con la fluencia debido a las fuerzas centrífugas que empujan la masa hacia el exterior y que resultan en un pequeño aumento del diámetro del ventilador.

Por ejemplo, el rotor de un ventilador convencional de 120mm fabricado en PBT estándar puede aumentar de tamaño hasta 0,2mm después de varios años de uso. Con ventiladores que tienen una distancia punta-marco mayor (p. ej. 2mm), esto no supone un problema, pero con una distancia tan pequeña como 0,5mm, la fluencia del rotor se convierte en un inconveniente importante e incluso un aumento de 0,2mm puede conllevar el riesgo de que las aspas hagan contacto con el marco en caso de que haya un pequeño desequilibro o vibración.

Para hacer frente a estos desafíos, Noctua ha tomado diferentes medidas que, desde el punto de vista de la fabricación, hacen del NF-A12x25 el ventilador Noctua más avanzado y mejor diseñado hasta la fecha. En primer lugar, la pieza central del buje del NF-A12x25 está fabricada completamente en acero para reforzar la estructura exterior de plástico. Además, el soporte del eje ha sido reforzado con una pieza adicional de metal para fortalecer la unión entre el eje y el rotor. En combinación, ambas medidas garantizan la reducción de las tolerancias y un aumento de la estabilidad en una zona tan fundamental como la del buje.

Sin embargo, la clave para solucionar los problemas de fluencia del rotor fue el desarrollo del Sterrox®, un novedoso material de polímero de cristal líquido (LCP) que tiene mucha más estabilidad dimensional y menos fluencia en comparación con los termoplásticos de ingeniería como los ABS, PA, PBT o PC. El nombre Sterrox® deriva del término griego στερρός, que significa rígido, firme, sólido, duro o resistente.

Los polímeros de cristal líquido poseen unas excepcionales propiedades químicas y mecánicas, como una alta fuerza de tensión e inercia ambiental, que los hacen idóneos para aplicaciones médicas y militares de alta calidad con necesidades muy estrictas y presupuestos que puedan sufragar el alto coste de los materiales (aproximadamente cuatro veces superior al del PBT). El LCP más conocido es el Kevlar, que ha sido utilizado en productos como chalecos antibalas, cascos de combate y otro tipo de trajes blindados debido a su excelente relación fuerza-peso.

La excepcional rigidez mecánica de los materiales LCP se debe a su estructura molecular única: a diferencia de los polímeros convencionales que tienen una orientación caótica de la cadena molecular tanto en forma sólida como en fase de fusión, los LCP termotrópicos como el Sterrox® muestran un alineamiento molecular en forma de varillas incluso en la fase de fusión y se solidifican en una estructura de cadena muy bien orientada y excepcionalmente rígida, que ofrece unas propiedades mecánicas muy superiores.

El Sterrox® es el tipo de LCP reforzado con fibra de vidrio y personalizado para Noctua que ha sido ajustado cuidadosamente en temas de sonoridad para su uso en los diseños de ventiladores de nueva generación como el NF-A12x25. Su intensa fuerza de tensión, su coeficiente de expansión térmica excepcionalmente bajo, su alta inercia ambiental y excelente estabilidad dimensional hacen posible reducir los fenómenos de fluencia del rotor a niveles que, previamente, eran impensables con los rotores fabricados con materiales plásticos como el PBT o PA.

Además de permitir diseños de ventilador con una distancia punta-marco mucho menor, Sterrox® proporciona una segunda ventaja muy importante al tener un módulo de elasticidad y propiedades de amortiguación idóneos para reducir los fenómenos de resonancia y vibración en los diseños avanzados de aspas de ventilador como los que encontramos en el NF-A12x25. En especial, el uso de Sterrox® permite la eliminación del fenómeno llamado modo vibración de la superficie de las aspas: el rotor de un ventilador tiene una frecuencia propia y distintos modos de resonancia. Cuando un ventilador está funcionando, el aire turbulento que rodea las aspas del ventilador transferirá la energía de vibración a las aspas y provocará vibraciones resonantes.

Estas vibraciones de la superficie son tan pequeñas que no son importantes desde un punto de vista mecánico (a diferencia de, p.ej. las vibraciones debidas a un desequilibrio), pero pueden provocar graves problemas acústicos. La razón de esto es que, cuando el ventilador está funcionando, existe una diferencia de presión entre el lado de salida y el de entrada del ventilador (menor presión en la parte superior de las aspas y mayor presión en la parte inferior de las aspas). Desde el punto de vista de la aeroacústica, esta situación es similar a la de un altavoz estéreo, donde la presión es mayor dentro del chasis y menor fuera del chasis. En ambos casos, la diferencia de presión conduce a un acoplamiento acústico eficiente, por lo que la vibración, ya sea de la superficie de las aspas del ventilador como de la membrana del altavoz, se transfiere al aire. Mientras que el efecto acústico es aconsejable en el caso de los altavoces, es muy importante evitarlo a la hora de ajustar el sonido propio de los diseños avanzados de aspas de ventilador; y aquí es donde la mayor dureza y la amortiguación mejorada del material LCP Sterrox® entran en juego: si comparamos el mismo diseño de aspa de ventilador fabricado en PBT o en Sterrox® y medimos las vibraciones de la superficie con un vibrómetro láser Doppler (VLD) sin contacto, el rotor Sterrox® amortigua la misma vibración que el de PBT pero mucho más rápido.

En el uso real, esto significa que se transfieren a las aspas del ventilador menos vibraciones del caudal de aire y, como consecuencia, también se transfieren menos vibraciones desde la superficie otra vez al aire, y en forma de ruido, lo que contribuye a mantener el perfil acústico suave del NF-A12x25.