Meter una Raspberry Pi 5 en una caja cerrada de plástico es meter una fuente de calor en un termo. El calor que la Pi genera no tiene por dónde escapar, así que se acumula, la temperatura sube y el sistema empieza a protegerse a costa del rendimiento. Este artículo trata de que eso no pase: cómo mover el aire, qué aberturas funcionan y qué temperaturas son aceptables.

El problema del termo

En una placa al aire libre, el calor se disipa por convección natural: el aire caliente sube, el frío baja y el componente se enfría solo. Dentro de una carcasa cerrada esa convección se ahoga, porque el aire caliente no tiene salida y se queda dando vueltas. Necesitas ayudar al calor a salir, y para eso hay dos palancas: disipadores (que extraen calor del chip al aire) y flujo de aire (que saca ese aire caliente de la caja).

Cuánto calor estamos moviendo

Pon números. La Raspberry Pi 5 consume del orden de 4 a 5 W en reposo y puede llegar a unos 12 W bajo carga. Casi todo eso acaba convertido en calor dentro de tu caja. A eso súmale lo que disipan la pantalla, la radio y los convertidores DC-DC. No es muchísimo, pero en un volumen cerrado y pequeño basta para acumular calor rápido.

Temperaturas que importan

La Raspberry Pi 5 tiene umbrales claros que conviene conocer:

• A partir de 80 °C empieza el throttling suave: la CPU reduce su frecuencia de reloj para no calentarse más (el throttling es ese estrangulamiento automático del rendimiento por temperatura que ya viste limitar a la Pi en el módulo 7).
• A 85 °C entra el throttling duro: la firmware baja la CPU de 2,4 GHz a 1,5 GHz. Pierdes casi la mitad del rendimiento.

Tu objetivo en régimen estable (la Pi trabajando un buen rato, no un pico) es mantenerte cómodamente por debajo de 80 °C. Si en reposo ya estás a 70 °C, no tienes margen para la carga.

Para el resto de componentes:

• LoRa (Heltec V3): la radio de largo alcance del módulo 6 se calienta al transmitir, sobre todo en ráfagas largas. No suele ser crítico, pero no la entierres pegada a la Pi.
• Batería 2S LiPo: aquí el calor sí es peligroso. Una LiPo no debe trabajar caliente; mantenla lejos de la Pi y del ventilador de extracción. El calor degrada la batería y, en exceso, es un riesgo de seguridad.

Probar el flujo de aire con incienso

Antes de fiarte de tu diseño, compruébalo. El truco clásico y barato: una varilla de incienso. Enciéndela, acércala a las aberturas de la carcasa montada (con el ventilador en marcha) y observa el humo. Te dice tres cosas:

• Por dónde entra el aire de verdad.
• Por dónde sale.
• Dónde hay zonas muertas donde el humo se queda quieto: ahí el aire no circula y el calor se acumula.

Si el humo no cruza por encima de la Pi, tienes un problema de diseño aunque el ventilador gire. El objetivo es que el flujo barra los componentes calientes, no que dé vueltas por una esquina vacía.

Geometrías de ventilación para FDM

Las aberturas no pueden ser un agujero limpio: necesitan dejar pasar aire pero impedir que entren dedos o objetos, y han de imprimirse bien sin soportes. Dos geometrías funcionan especialmente bien en FDM:

• Láminas (louvers): ranuras inclinadas tipo persiana. Se imprimen sin soporte porque cada lámina hace de puente para la siguiente, y dirigen el aire en una dirección.
• Panal (honeycomb): una rejilla hexagonal. Da una enorme área abierta manteniendo rigidez, y los hexágonos se imprimen limpiamente. Es la opción estética favorita para decks.

Ambas se modelan en el CAD de la carcasa del artículo anterior. Pon la entrada con una geometría y la salida con otra, en lados opuestos.

Ventilador PWM silencioso

Si la convección no basta (y en una caja cerrada con una Pi 5 bajo carga rara vez basta), añade un ventilador. Para un deck portátil te interesa que sea silencioso, y ahí los Noctua de 5 V con control PWM son la referencia. Claves para integrarlo:

• Un ventilador PWM tiene cuatro hilos: 5 V, masa, señal de revoluciones (tacómetro) y entrada PWM de control.
• El control PWM trabaja a unos 25 kHz (el rango válido es de 21 a 28 kHz; fuera de ahí el ventilador se comporta de forma errática).
• Lo gobiernas desde un GPIO de la Raspberry Pi, típicamente el GPIO 18, que puede generar esa señal PWM.
• Los Noctua de 5 V aceptan sin problema la señal de 3,3 V del GPIO como nivel alto, así que no necesitas adaptación de niveles.

Lo elegante es controlar la velocidad según la temperatura: a 50 °C el ventilador apenas gira (silencio total), y solo acelera cuando la Pi se calienta. Hay scripts y servicios que leen la temperatura del SoC (System on a Chip, el chip único que integra CPU, GPU y memoria de la Pi, presentado en el módulo 7) y ajustan el PWM en consecuencia.

  Noctua 5V PWM        Raspberry Pi 5
   5V   --------------- 5V
   GND  --------------- GND
   Tacho ------------- GPIO (lectura RPM)
   PWM  --------------- GPIO 18 (señal 25 kHz)

Estrategia completa

Combina las tres capas, de menos a más ruido:

1. Disipador en el SoC de la Pi. Siempre, es pasivo y gratis en consumo.
2. Aberturas bien colocadas (entrada y salida en lados opuestos, verificadas con incienso).
3. Ventilador PWM controlado por temperatura, que solo entra cuando hace falta.

Con esa estrategia mantienes la Pi por debajo de 80 °C en régimen estable, la batería fría y el deck silencioso la mayor parte del tiempo. Mide siempre con carga real durante varios minutos: el calor es un problema de régimen permanente, no de un instante.