Métodos e Sistemas de
Refrigeração para CPU
Xandelly
Área Modding
Carlos Alexandre Carvalho Duarte – Xandelly
Campus Party 2008 Brasil
Visão geral
Métodos de Refrigeração
Air Cooling
Air Cooling com Heat Pipes
Imersão
Chiller
Water Cooler
Conceitos Básicos
Diferentes Perfomances
Water Cooler x Air Cooling
Overclock
Visão geral
Chiller
O que é ?
Onde e como usar?
Dúvidas gerais
Imersão
Conceitos e funcionamento
Dúvidas gerais
Water Cooler
Conceito Básico
Visão geral
Fazendo o Projeto de WC
Escolhendo as peças
Fundamentos
Viabilizando o Projeto
Tirando Dúvidas
Finalizando o Projeto
Momento de Reflexão
Momento para os convidados tirarem as duvidas e
compartilhar experiências
Métodos de Refrigeração
Hoje em dia Computadores cada vez mais rápidos e velozes, precisam de avançados sistemas de
refrigeração para dissipação do calor gerado pelas CPU’s, lembramos que um Intel Core Duo Core
em OverClock agressivo, chega a gerar algo em torno de 130 W de calor, ou seja, pouco mais de
80 C., e para que todo o sistema não seja atingido por perda de performance, os sistemas de
refrigeração e um dos mais importantes no conjunto para não comprometer todo o seu Micro.
Tipos de Coolers
Com ou sem base de cobre, alumínio escovado ou
polido.
Formatos diferenciados e tamanhos variados.
Coolers poderosos de 4500 RPM com 120 mm e 40
db.
Enfim, hoje o mercado dispõe de algumas dezenas
de centenas de Coolers a Ar, para todos os gostos
e tipos de usuários.
Seus valores mais baixos são R$ 20,00 atingindo
até R$ 230,00
Algumas fotos
Alguns modelos de cooler a ar,
são bem arrojados, construídos
em base sólida de cobre, mas
pecam quando em análise no
conjunto todo da dissipação
geral. Maior erro da maioria
dos fabricantes, é deixar o fan
como uma opção de segundo ou
terceiro nível.
Como funciona ?
1. Condução de calor do processador para o dissipador
2. Transferência do dissipador para o ar ambiente através de
convecçào forçada.
As leis da física para a transferência de
calor por condução indicam que a taxa e
transferência é proporcional à área de
contato entre os materiais e à diferença de temperatura entre os dois. Há
também uma propriedade dos materiais,
a condutividade térmica, que
determinará a eficiência do processo. A
transferência por convecção é mais
complexa e ineficiente, no entanto, as
mesmas proporcionalidades citadas
para a condução valem.
Processo de Condução
Quando o computador é ligado, o dissipador estará em temperatura
ambiente, enquanto que a CPU atingê altos valores já em frações de
segundo. O dissipador passa a esquentar até que, em algum momento,
a temperatura se estabiliza (a transferência de calor para o dissipador
é total, e a temperatura do núcleo pára de aumentar). Obviamente, a
diferença de temperatura é a responsável pela variação na taxa de
transmissão do calor até a chegada ao equilíbrio, já que a área de
contato apresenta variações que podem ser consideradas inexistentes
Se esta estabilidade ocorre com a temperatura do núcleo muito alta, é
sinal de que o conjunto dissipador ventoinha não está realizando seu
trabalho corretamente. E possível que parte da energia nem cheque ao
dissipador não consiga enviar esta energia ao ambiente (área de
contato do dissipador com o ar é pequena ou a ventoinha não oferece
um fluxo de ar suficiente).
Segundo Passo = Convecção
O segundo passo consiste em dissipar o calor para o ar em
volta. Neste processo, chamado de convecção, a
transferência de calor é muito mais complicada, por isso, é
necessário o dissipador (a área de contato entre o ar e o
pequeno núcleo do processador seria insuficiente para repassar ao ambiente toda a energia térmica liberada). O
dissipador encarrega-se de transferir, com grande
eficiência, a energia térmica para onde há maiores áreas
de contato, facilitando o processo de convecção. Ainda
assim, por ser um processo bastante ineficiente, a
transferência por convecção é o estágio que acaba
provocando maiores diferenças de temperatura.
Continuação Segundo Passo
= Convecção
Lembre-se que, para ocorrer transferência de calor,
deve haver diferença de temperatura. Logo, a
transferência por convecção, ao se estabilizar, faz
com que haja uma grande diferença de
temperatura entre o dissipador e o ambiente - o
dissipador deve estar mais quente, é claro. Por
outro lado, o dissipador deve estar mais frio do
que núcleo da CPU.
Análise Final
Quais os problemas com este sistema?
Essencialmente, deve haver uma diferença de temperatura entre o dissipador
e o núcleo para que a transferência de calor possa ocorrer. Isto significa
que, quanto menor a temperatura do dissipador menor também poderá ser
a temperatura do núcleo. Os fabricantes já mudaram os materiais, o
tamanho e o design, sempre na busca de um dissipador que repasse o
calor para o ambiente da melhor forma possível. No entanto, existem
limites impostos pela baixa eficiência inerente ao processo de convecção.
Em particular, o ar é um péssimo condutor de calor quando não está em
movimento. Sem uma ventoinha, o ar na vizinhança do dispositivo ficará
bastante quente, embora o ar a alguns centímetros de distância esteja mais
frio. Portanto, fluxo de ar é essencial para melhorar a eficiência com que o
ar fresco é capturado. Outra "falha" relaciona-se com o fato um conjunto
dissipador + ventoinha ser um mero dispersador de calor ou como disse
acima um conjunto de refrigeração passiva.
Continuação Análise Final
Isto significa que o processo não faz nada alem, de
facilitar a transferência de energia para o ar, sem
realizar nenhum "bombeamento" efetivo entre os meios
envolvidos; em outras palavras, é impossível atingir
valores de temperatura abaixo dos encontrados no
ambiente. Aliás, é impossível que a temperatura na
superfície do dissipador seja igual à do ambiente.
Como a diferença de temperaturas seria zero,não
haveria mais calor (energia em trânsito) e o dissipador
voltaria a esquentar do mesmo jeito.
Air Cooling Prós e Contras
Pontos favoráveis
Custo muito baixo
Instalação mais fácil
de todos os sistemas
Não requer
experiência anterior
Centenas de opções
no mercado
Pontos Negativos
Alto nível de ruído
Acúmulo de Poeira e
Sujeira
Não indicado para
OverClock
Visual não agradável
para modding
Heat Pipe
Heat Pipes (tubos de Calor)
O Cooler ganha
um poderoso
aliado !!!!
Heat Pipes ?
Conheça um
pouco deste
novo tipo de
cooler.
Suas
verdades e
mitos. Porque
ele é tão
eficiente?
Tipos que
existem no
mercado.
O heat pipe contém um líquido que evapora
facilmente. O calor do processador é absorvido
pelo heatpipe, fazendo com que este líquido
evapore. O vapor é transportado para a outra
extremidade do heat pipe, onde é resfriado e
condensa. Então o líquido volta para a extremidade
que fica em contato com o processador e inicia um
novo ciclo.
Sistema eficiente aliado ao poderoso projeto de
engenharia Termo Dinâmica.
Funcional
Perfomance similar ao Water Cooler.
Cooler a Ar com tubos de calor
Pelo que consta, independente da
aplicação os HeatPipes só atingem os
100% da eficiência para a qual foram
projetados se forem colocados na vertical,
isto é, seus "caninhos" capilares sejam
conservados na posição ideal de
funcionamento que é recolher a
temperatura na parte inferior e direcioná-la
para o topo onde se dá a troca
temperatura, de maneira passiva ou ativa.
Seu funcionamento ?
Passo a Passo da dissipação
Existe outro
tipo de Tubo
de Calor com
tecnologia
mais
avançada e
mais eficiente
para
Gabinetes
Torres.
Chamado de
Heat Lane.
Levando-se em conta que a maioria dos Gabinetes
são tipo torre, hoje podemos afirmar categoricamente
que infelizmente os Heat Pipes não atingem sequer
seu nível máximo de arrefecimento e eficiência.
Porém é um sistema eficaz e eficiente. Chegando na
maioria dos caso se equiparar com um WC comercial.
Existem alguns tipos de coolers que seguem a risca a
engenharia dos tubos de calor, e desenharam
conforme as expecificacoes técnicas, adaptando-os
aos novos desenhos e formatos, atingindo assim
niveis de 85% a 90% de eficiência.
Heat Lane, tecnologia
avançada
Gás e seu resfriamento
Air cooling com Heat Pipes
Resultados dos Testes de
comparacao
Cooler
CPU
Temp Nucleo
Temp STRESS
Intel BOX 3.4 ghz
E6300
44
58
Evo 120 Akasa (Heat
Pipes)
E6300
38
44
3
Condição C
Verdadeiro
Verdadeiro
Conclusão heat pipes
O mercado disponibiliza através de fabricantes de
peso, étimas opções de Cooler`s com Heat pipes a
preços acessíveis.
Sua performance pode e devera surpreender os
mais aficionados em Overclock.
Traz um visual de fácil harmonia para os adeptos
do Modding, e varias opções de tamanhos cores e
formatos.
Heat Pipes Prós e Contras
Pontos favoráveis
Custo razoável
Nível de ruído
geralmente baixo
Muitas de opções no
mercado
Performance muito
boa
Pontos Negativos
Acúmulo de Poeira e
Sujeira
Não indicado para
usuário inexperiente
Requer paciência na
instalação
Perguntas e Discussão
Temos 15 minutos para esclarecer as
dúvidas dos convidados ate o
momento.
Porque existe Calor na CPU ?
A circulação de corrente elétrica por qualquer
elemento provoca uma dissipação de pontêcia igual
ao produto do quadrado da corrente elétrica pela
resistência do circuito. Tal potência dissipada
converte-se em calor. (Efeito JAULE).
Você sabia?
A água é provavelmente o melhor líquido para resfriamento
em termos de densidade, viscosidade, condutividade térmica e
calor específico.
O etileno glicol adicionado ao fluído (água deionizada ou
destilada) aumenta a vida útil e o poder de arrefecimento do
sistema de refrigeração e evita a corrosão do cobre ou
alumínio utilizado no sistema.
Continue Sabendo !!!
Você sabia que a cor do dissipador não influência em absolutamente nada no
calor gerado ou absorvido por ele?
Sim, isso mesmo, a cor da superfície influência apenas na absorvidade da
radiação, mas este não é o mecanismo que o dissipador absorve o calor,
ele é absorvido por condução térmica. (contato entra as partes físicas superfícies) Então quebra-se o mito de um dissipador vermelho ficará mais
quente que o preto ou vice versa.
Você Sabia ?
Voce sabia que a água tem a capacidade 30x
superior ao AR para transportar o calor?
O primeiro Watercooler comercial foi feito em
2002. (Anteriormente so exisitiam WC caseiros)
O caminho que a água percorre dentro do
WaterBlock é chamado de MAZE ou Labirinto.
Mitos ou Verdades !!!!
Quanto maior a área do dissipador, maior arrefecimento /refrigeração?
Nem sempre o maior será o
melhor ou o que terá maior
perfomance final na refrigeração.
Uma série de cálculos físicos
precisam ser levados em conta.
Mas a regra é simples, quanto
maior o sistema de resfriamento,
melhor a perfomance, seja ele um
cooler ou um block a agua.
Aprenda a calcular a temperatura
da CPU antes de instalar o Cooler
Interpretando o Coeficiente °C/W: Mas o que é o
coeficiente °C/W ?
Matematicamente até que é simples:Tcpu = (°C/W * Watts)
+Tamb Ou seja: a temperatura da CPU será igual ao
coeficiente °C/W vezes o calor gerado pelo processador
mais a temperatura ambiente.
Ou ainda: para cada Watt gerado pelo processador, o
cooler irá resfriá-lo em (°C/W * Watts) acima da
temperatura ambiente.
Por exemplo: no nosso caso (E6300 1,35) o calor gerado é
de aproximadamente 85,0W, se usarmos um cooler que
tenha o coefiente °C/W de 0,25 e estando a temperatura
ambiente em 28°C, então a temperatura do processador
ficará em mais ou menos 39°C.
Um pouco sobre Térmicas
Pasta Térmica ? Chicletes?
Pasta Dental ? Pode?
Em algumas conversas recebo muitas questões de se
é possível isso..., aquilo..., ligar sem pasta térmica,
já até perguntaram se podia colocar chicletes na
CPU !!!! Então vamos à algumas orientações
primordiais para todos.
O que é a tal Pasta Térmica
As pastas térmicas tradicionais são compostas de silicone especialmente
preparado para conduzir energia térmica.
Com mais de trinta anos de emprego, a pasta de silicone continua
imbatível na sua capacidade de conduzir energia térmica. Apesar desta
significativa qualidade, há alguns aspectos críticos.
Depois de algumas centenas de ciclos de aquecimento, a pasta começa a
perder as suas características iniciais, podendo ressecar, migrar e formar
blocos isolados. O processo ocorre gradativamente e em dado ponto da
degradação toma-se indispensável a sua remoção e substituição.
Há pastas boas e ruins. A condutividade térmica das melhores pode
ultrapassar 2,5 W/(m-K) (Watt por metro vezes Kelvin). Tipicamente
considera-se 1,5 W/(m-K), mesmo assim, um bom valor .
Porque tem que usar ?
Entre o Processador e
a base do dissipador
existe imperfeições na
superfície, fazendo
com que exista ar e
consequentemente a
não aderência às
superfícies.
4 em 4 meses.... Ciclo de
vida
Pasta térmica após 4 meses de instalação sem a
devida manutenção ou reposição
Termo condutores ou Pasta
Cinza ?
Elastômero = massa acinzentada de difícil remoção
e parecendo fita dupla face.
Pasta Cinza = geralmente em formato quadrado e
vem aplicado pelo fabricante, feita de produtos
térmicos com grafite.
Existem ainda coolers mais baratos que vêm com um
quadrado de grafite ou fita térmica parecida com um chiclete,
que são péssimos condutores de calor. Nesse caso você deve
remover estes compostos e aplicar pasta térmica no lugar.
Sem exageros. . .
Escolha custo benefício
Water Cooler
Um pouco sobre
Watercooler
O que é Water Cooler?
É uma técnica que ataca a ineficiência da transferência de calor por
convecção de duas maneiras: aumentando a área de contato e diminuindo
a diferença de temperatura entre o ar (sempre o meio final) e o meio
condutor de calor, que neste caso é a água. Na sua forma mais simples,
ainda é uma forma de refrigeração passiva, no entanto, é possível atingir
valores bastante próximos da temperatura ambiente.
Componentes Básicos
O modelo de um watercooler
típico é um bloco metálico,
preenchido internamente por uma
tubulação. Este bloco faz contato
com a CPU. Na tubulação circula
água, que recebe o calor e o
transfere até um radiador, onde
este é dissipado para o ar do
ambiente. Como o espaço nas
adjacências da cpu é limitado, o
radiador pode ser colocado em
um lugar mais espaçoso,
geralmente fora do gabinete.
Peças e nomenclatura
Reservatório
Radiador
Bomba
WaterBlock
Funcionamento Padrão
O ciclo completo e básico de um sistema de WaterCooler
será:
1)- Reservatório
2)- Bomba
3)- CPU
4)- Radiador
Em testes, este ciclo demonstrou ter o melhor rendimento e
performance final, mas pode variar muito de sistemas para
máquinas.
Water Blocks
Blocks para mosfets
Blocks para CPU
Blocks para VGA
Blocks para Chipset
Tipos de Radiadores
Radiador comercial
120 mm
Radiador comercial
240 mm
Hoje encontra-se com facilidade no mercado
radiadores que vão desde 120 mm ate 480 mm
Radiador de ar
quente do Corsa
Algumas marcas e
Fabricantes de Water Cooler
Alphacool
Aquacomputer
Feser One
Black Ice
Magicool
SilenX
LianLI
EK Waterblocks
Swiftech
A C Ryan
Revoltec
Inovatek
Thermaltake
Danger Den
Zalman
etc
Principais Vantagens WC
Custo relativamente baixo, melhor performance e
alcance a usuários não avançados, pois não requer
experiência em instalação avançada, necessitando
de apenas os cuidados básicos e pertinentes aos
outros sistemas de arrefecimento.
A água é o melhor sistema atual de arrefecimento
utilizado em relação custo benefício.
Porque devo migrar para um
Watercooler
O Watercooler hoje, sem sombras de dúvidas,
deixou de ser um artigo de luxo ou acessório de
NeerdFanBoy para se tornar parte integrante do
seu hardware.
Além de Obter uma performance melhor, ele
também irá estabilizar a temperatura o mais
próximo o possível da sua temperatura ambiente.
O que ganhamos com
WaterCooler
Além do ganho e rendimento final no quesito
temperatura, o Water Cooler proporciona uma
performance superior a maioria dos Heat PIPES