Sistemas de resfriamento de computador: Passivo, Ativo, Líquido, Freon, Water Cooler, Evaporação Aberta, Cascata, Resfriamento Peltier

Durante a operação do computador, alguns de seus componentes ficam muito quentes e, se o calor gerado não for removido com rapidez suficiente, o computador simplesmente não poderá funcionar devido à violação das características normais de seus principais componentes semicondutores.

Remover o calor das partes de aquecimento do computador é a tarefa mais importante que o sistema de resfriamento do computador resolve, que é um conjunto de ferramentas especializadas que funcionam de forma contínua, sistemática e harmoniosa durante todo o tempo em que o computador é usado ativamente.

Durante a operação do sistema de resfriamento do computador, é utilizado o calor gerado pela passagem das correntes de operação pelos elementos-chave do computador, especialmente pelos elementos de sua unidade de sistema.A quantidade de calor gerada neste caso depende dos recursos de computação do computador e sua carga atual em relação a todos os recursos disponíveis para a máquina.

Em qualquer caso, o calor é recuperado na atmosfera. No resfriamento passivo, o calor é removido das partes aquecidas através de um radiador diretamente para o ar circundante por convecção convencional e radiação infravermelha. No resfriamento ativo, além da convecção e da radiação infravermelha, é usado o sopro com um ventilador, o que aumenta a intensidade da convecção (esta solução é chamada de «cooler»).

Existem também sistemas de resfriamento líquido em que o calor é primeiro transferido por um transportador de calor e depois usado novamente na atmosfera. Existem sistemas evaporativos abertos onde o calor é removido devido à transição de fase do refrigerante.

Assim, de acordo com o princípio de remover o calor das partes de aquecimento do computador, existem sistemas de refrigeração: refrigeração a ar, refrigeração líquida, Freon, evaporação aberta e combinada (baseada em elementos Peltier e refrigeradores de água).

Sistema de resfriamento de ar passivo

O equipamento que não é carregado com calor não requer nenhum sistema de resfriamento especial. O equipamento não carregado de calor é aquele em que o fluxo de calor por centímetro quadrado da superfície aquecida (densidade do fluxo de calor) não excede 0,5 mW. Nessas condições, o superaquecimento da superfície aquecida em relação ao ar circundante não será superior a 0,5 ° C, o máximo usual para esse caso é de +60 ° C.

Mas se os parâmetros térmicos dos componentes no modo normal de operação excederem esses valores (mantendo a geração de calor, no entanto, relativamente baixa), apenas radiadores serão instalados nesses componentes, ou seja, dispositivos para remoção passiva de calor , os chamados sistemas de resfriamento passivo.

Quando a potência do chip é baixa, ou quando os requisitos de capacidade computacional do sistema são constantemente limitados, via de regra, apenas um dissipador de calor é suficiente, mesmo sem ventoinha. O radiador é selecionado individualmente em cada caso.

Basicamente, o sistema de resfriamento passivo funciona da seguinte maneira: o calor é transferido diretamente do componente de aquecimento (chip) para o dissipador de calor devido à condutividade térmica do material ou com a ajuda de tubos de calor (termossifão ou câmara de evaporação são diferentes soluções com tubos de calor).

A função do radiador é irradiar calor para o espaço circundante através da radiação infravermelha e transferir calor simplesmente através da condutividade térmica do ar circundante, o que contribui para a ocorrência de correntes de convecção natural. Para irradiar calor por toda a área do radiador o mais intensamente possível, a superfície do radiador fica preta.

Especialmente hoje (em vários equipamentos, inclusive computadores), o sistema de resfriamento passivo é amplamente difundido. Esse sistema é muito flexível, pois os radiadores podem ser facilmente montados na maioria dos componentes com uso intensivo de calor. Quanto maior a área efetiva de dissipação de calor do radiador, mais eficiente é o resfriamento.

Fatores importantes que afetam a eficiência do resfriamento são a velocidade do fluxo de ar que passa pelo dissipador de calor e a temperatura (principalmente a diferença de temperatura em relação ao ambiente).

Muitas pessoas sabem que antes de montar um dissipador de calor em um componente, é necessário aplicar pasta térmica (por exemplo, KPT-8) nas superfícies de contato. Isso é feito para aumentar a condutividade térmica no espaço entre os componentes.

Inicialmente, o problema é que as superfícies do radiador e do componente sobre o qual ele está instalado, após produção em fábrica e retificação, ainda apresentam rugosidade da ordem de 10 mícrons, e mesmo após o polimento permanecem cerca de 5 mícrons de rugosidade. Essas irregularidades impedem que as superfícies de conexão sejam pressionadas juntas o mais firmemente possível sem uma lacuna, resultando em uma lacuna de ar com baixa condutividade térmica.

Os dissipadores de calor com o maior tamanho e área ativa geralmente são montados em CPUs e GPUs. Se for necessário montar um computador silencioso, então, dada a baixa velocidade de passagem do ar, são necessários radiadores especiais muito grandes, caracterizados por maior eficiência de dissipação de calor.

Sistema de resfriamento de ar ativo

Para melhorar o resfriamento, para tornar o fluxo de ar através do radiador mais intenso, ventiladores são usados ​​​​adicionalmente. Um radiador equipado com um ventilador é chamado de refrigerador. Os coolers são instalados nos processadores gráficos e centrais do computador. Se não for possível instalar um dissipador de calor em alguns dos componentes, como um disco rígido, ou não for recomendado, então uma simples ventilação sem dissipador de calor é usada.Isso é o suficiente.

Sistema de refrigeração líquida

O sistema de refrigeração líquida funciona com base no princípio da transferência de calor do componente resfriado para o radiador com a ajuda de um fluido de trabalho que circula no sistema. Esse líquido geralmente é água destilada com aditivos bactericidas e antigalvânicos ou anticongelante, óleo, outros líquidos especiais e, em alguns casos, metal líquido.

Tal sistema inclui necessariamente: uma bomba para circular o fluido e um radiador (bloco de água, cabeçote de resfriamento) para retirar o calor do elemento de aquecimento e transferi-lo para o fluido de trabalho. O calor é então dissipado por um dissipador de calor (sistema ativo ou passivo).

Além disso, o sistema de refrigeração líquida possui um reservatório de fluido de trabalho, que compensa sua expansão térmica e aumenta a inércia térmica do sistema. O tanque é conveniente para encher e também é conveniente drenar o fluido de trabalho através dele. Em tal sistema, são necessárias as mangueiras e tubos necessários. Um sensor de fluxo de líquido pode estar opcionalmente disponível.

O fluido de trabalho tem uma capacidade de calor suficientemente alta para fornecer alta eficiência de resfriamento em baixa velocidade de circulação e alta condutividade térmica, o que minimiza a diferença de temperatura entre a superfície de evaporação e a parede do tubo.

Freon sistema de refrigeração

O overclock extremo do processador requer uma temperatura negativa do elemento resfriado durante sua operação contínua. Instalações Freon são necessárias para isso. Esses sistemas são unidades de refrigeração nas quais o evaporador é montado diretamente no componente do qual o calor deve ser removido em uma taxa muito alta.

As desvantagens do sistema de freon, além de sua complexidade, são: a necessidade de isolamento térmico, o combate obrigatório com o condensado, a dificuldade de resfriar vários componentes ao mesmo tempo, o alto consumo de energia e o alto preço.

Resfriador de água

Waterchiller é um sistema de refrigeração que combina uma unidade Freon e refrigeração líquida. Aqui, o anticongelante que circula no sistema é posteriormente resfriado em um trocador de calor usando um bloco Freon.

Nesse sistema, uma temperatura negativa é obtida com a ajuda de uma unidade de freon, e o líquido pode resfriar simultaneamente vários componentes. Um sistema de resfriamento Freon convencional não permite isso. As desvantagens de um bebedouro são a necessidade de isolamento térmico de todo o sistema, bem como a complexidade e alto custo.

Sistema de resfriamento evaporativo aberto

Os sistemas abertos de resfriamento a vapor usam um fluido de trabalho - um refrigerante como hélio, nitrogênio líquido ou gelo seco. O fluido de trabalho é evaporado em um vidro aberto, que é montado diretamente no elemento de aquecimento, que deve ser resfriado muito rapidamente.

Este método pertence a amadores e é usado principalmente por amadores que precisam de overclocking extremo ("overclocking") do equipamento disponível. Com este método, você pode obter a temperatura mais baixa, mas o vidro com o refrigerante terá que ser reabastecido regularmente, ou seja, o sistema tem limite de tempo e requer atenção constante.

Sistema de refrigeração em cascata

Um sistema de resfriamento em cascata significa a inclusão sequencial simultânea de dois ou mais freons. Para atingir temperaturas mais baixas, freon com ponto de ebulição reduzido é usado.Se a máquina freon for de estágio único, é necessário aumentar a pressão de trabalho com compressores potentes.

Mas existe uma alternativa - resfriar o radiador de um bloco de freon com outro bloco semelhante. Assim, a pressão de operação no sistema pode ser reduzida e a alta potência não é mais exigida dos compressores, podendo ser usados ​​compressores convencionais. O sistema em cascata, apesar de sua complexidade, permite atingir uma temperatura mais baixa do que com uma instalação freon convencional e, em comparação com um sistema de evaporação aberto, tal instalação pode funcionar continuamente.

Sistema de refrigeração Peltier

No sistema de refrigeração com elemento Peltier ele é montado com o lado frio na superfície a ser resfriada, enquanto o lado quente do elemento requer resfriamento intensivo de outro sistema durante sua operação. O sistema é relativamente compacto.