Métodos e Sistemas de Refrigeração para CPU

1. Métodos e Sistemas de Refrigeração para CPU Carlos Alexandre Carvalho Duarte – Xandelly Campus Party 2008 Brasil Área Modding

2. 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

3. Visão geral • Chiller • O que é ? • Onde e como usar? • Dúvidas gerais • Imersão • Conceitos e funcionamento • Dúvidas gerais • Water Cooler • Conceito Básico

4. 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

5. 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.

6. 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

7. 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.

8. 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. Condução

9. 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).

10. 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.

11. 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.

12. 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 comodisse acima um conjunto de refrigeração passiva.

13. 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.

14. Air Cooling Prós e Contras Pontos favoráveis Pontos Negativos • Custo muito baixo • Instalação mais fácil de todos os sistemas • Não requer experiência anterior • Centenas de opções no mercado • Alto nível de ruído • Acúmulo de Poeira e Sujeira • Não indicado para OverClock • Visual não agradável para modding

15. Heat Pipe

16. Heat Pipes (tubos de Calor) O Cooler ganha um poderoso aliado !!!!

17. 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.

18. 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.

19. Seu funcionamento ?

20. Passo a Passo da dissipação 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. Existe outro tipo de Tubo de Calor com tecnologia mais avançada e mais eficiente para Gabinetes Torres. Chamado de Heat Lane.

21. Heat Lane, tecnologia avançada

22. Gás e seu resfriamento

23. Air cooling com Heat Pipes

24. Resultados dos Testes de comparacao

25. 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.

26. Heat Pipes Prós e Contras Custo razoável Nível de ruído geralmente baixo Muitas de opções no mercado Performance muito boa Acúmulo de Poeira e Sujeira Não indicado para usuário inexperiente Requer paciência na instalação Pontos favoráveis Pontos Negativos

27. Perguntas e Discussão Temos 15 minutos para esclarecer as dúvidas dos convidados ate o momento.

28. 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).

29. 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.

30. 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.

31. 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.

32. 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.

33. 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.

34. Um pouco sobre Térmicas

35. 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.

36. 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 .

37. 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.

38. 4 em 4 meses.... Ciclo de vida • Pasta térmica após 4 meses de instalação sem a devida manutenção ou reposição

39. 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.

40. Sem exageros. . .

41. Escolha custo benefício

42. Water Cooler Um pouco sobre Watercooler

43. 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.

44. 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.

45. Peças e nomenclatura Reservatório Radiador Bomba WaterBlock

46. 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.

47. Water Blocks Blocks para mosfets Blocks para CPU Blocks para VGA Blocks para Chipset

48. Tipos de Radiadores Radiador comercial 120 mm Hoje encontra-se com facilidade no mercado radiadores que vão desde 120 mm ate 480 mm Radiador de ar quente do Corsa Radiador comercial 240 mm

49. Algumas marcas e Fabricantes de Water Cooler • Swiftech • A C Ryan • Revoltec • Inovatek • Thermaltake • Danger Den • Zalman • etc • Alphacool • Aquacomputer • Feser One • Black Ice • Magicool • SilenX • LianLI • EK Waterblocks

50. 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.