Métodos e Sistemas de Refrigeração para CPU

Carlos Alexandre Carvalho Duarte – X andellyCampus Party 2008 Brasil

X andelly

Área Modding

Visão geralMétodos de Refrigeração

Air CoolingAir Cooling com Heat PipesImersãoChillerWater Cooler

Conceitos BásicosDiferentes Perfomances

Water Cooler x Air CoolingOverclock

Chiller O que é ? Onde e como usar?Dúvidas gerais

ImersãoConceitos e funcionamentoDúvidas gerais

Water CoolerConceito Básico

Visão geral

Visão geral

Fazendo o Projeto de WCEscolhendo as peçasFundamentosViabilizando o ProjetoTirando DúvidasFinalizando o Projeto

Momento de ReflexãoMomento para os convidados tirarem as duvidas e compartilhar experiências

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.

Métodos de Refrigeração

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 dissipador2. 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 diferen-ça de temperatura entre os dois. Há

também uma propriedade dos materiais, a condutividade térmica, que

determinará a eficiência do processo. Atransferência por convecção é mais

complexa e ineficiente, no entanto, asmesmas 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 re-passar 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.

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.

Continuação Segundo Passo = Convecção

Análise Final Quais os problemas com este s is tema?

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.

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.

Continuação Análise Final

Air Cooling Prós e Contras

Custo muito baixoInstalação mais fácil de todos os sistemasNão requer experiência anteriorCentenas de opções no mercado

Alto nível de ruídoAcúmulo de Poeira e SujeiraNão indicado para OverClockVisual não agradável para modding

Pontos favoráveis Pontos N eg ativos

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.

FuncionalPerfomance 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

C ooler C PU Temp N uc leo Temp S TR ES S

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 Cooler̀ 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

Custo razoávelNível de ruído geralmente baixoMuitas de opções no mercadoPerformance muito boa

Acúmulo de Poeira e SujeiraNão indicado para usuário inexperienteRequer paciência na instalação

Pontos favoráveis Pontos N eg ativos

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 J AULE).

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 C oefic iente °C /W: Mas o que é o coeficiente °C/W ?Matematicamente até que é simples:Tc pu = (°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 ?

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.

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.

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

Radiador

WaterBlock

Reservatório

Bomba

Funcionamento Padrão

O ciclo completo e básico de um sistema de WaterCooler será:

1)- Reservatório2)- Bomba3)- CPU4)- 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 CPU

Blocks para mosfets

Blocks para VGA

Blocks para Chipset

Tipos de Radiadores

Radiador comercial

120 mm

Radiador comercial

240 mm

Radiador de arquente do Corsa

H oje enc ontra -s e c om fac ilidade no merc ado

radiadores que vão des de 120 mm ate 480 mm

Algumas marcas e Fabricantes de Water Cooler

AlphacoolAquacomputerFeser OneBlack IceMagicoolSilenXLianLIEK Waterblocks

SwiftechA C RyanRevoltecInovatekThermaltakeDanger DenZalmanetc

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 WaterCoolerAlém do ganho e rendimento final no quesito

temperatura, o Water Cooler proporciona uma performance superior a maioria dos Heat PIPES