Guida ai sistemi di raffreddamento ad aria[Parte 1]

Proprietà dei materiali

Come sapete ormai il mercato è strapieno di dissipatori di tutte le misure,grandezze pesi e materiali ognuno di essi può essere costituito di rame o alluminio o un misto fra rame e alluminio. c′è da dire comunque che il rame non è il maggiore scambiatore di calore bensì(tralasciando il diamante per ovvi motivi pecuniari)è l′argento; nella tabella infatti il rame si trova in 2 posizione.

argento:
Proprietà atomiche
Peso atomico 107,8683 amu
Raggio atomico (calc.) 160 (165) pm
Raggio covalente 153 pm
Raggio di Van der Waals 172 pm
Configurazione elettronica [Kr]4d10 5s1
elettroni (e-) per livello energetico 2, 8, 18, 18, 1
Stati di ossidazione 1 (anfotero)
Struttura cristallina cubica a facce centrate
Proprietà fisiche
Stato a temperatura ambiente solido (diamagnetico)
Punto di fusione 1234,93 K (961,78 °C)
Punto di ebollizione 2435 K (2162 °C)
Volume molare 10,27×10-6 m3/mol
Calore di evaporazione 250,58 kJ/mol
Calore di fusione 11,3 kJ/mol
Tensione di vapore 0,34 Pa a 1234 K
Velocità del suono 2600 m/s a 293,15 K
Varie
Elettronegatività 1,93 (scala di Pauling)
Calore specifico 232 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 63 · 106 S/m
Conducibilità termica 429 W/(m*K)
Energia di prima ionizzazione 731,0 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 2070 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 3361 kJ/mol

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rame:

Generalità
Nome, Simbolo, Numero atomico rame, Cu, 29
Serie chimica Metalli di transizione
Gruppo, Periodo, Blocco 11 , 4, d
Densità, Durezza 8920 kg/m3, 3,0
Aspetto metallo rosa
aspetto del rame
Proprietà atomiche
Peso atomico 63,546 amu
Raggio atomico (calc.) 135 (145) pm
Raggio covalente 138 pm
Raggio di van der Waals 140 pm
Configurazione elettronica [Ar]3d104s1
elettroni (e-) per livello energetico 2, 8, 18, 1
Stati di ossidazione 2,1 (debolmente basico)
Struttura cristallina cubica a facce centrate
Proprietà fisiche
Stato a temperatura ambiente solido (diamagnetico)
Punto di fusione 1357,6 K (1084,6ºC)
Punto di ebollizione 2840 K (2567,2 °C)
Volume molare 7,11 · 10-6 m3/mol
Calore di evaporazione 300,3 kJ/mol
Calore di fusione 13,05 kJ/mol
Tensione di vapore 0,0505 Pa a 1358 K
Velocità del suono 3570 m/s a 293,15 K
Varie
Elettronegatività 1,9 (Scala di Pauling)
Calore specifico 380 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica 59,6 · 106/(m·Ω)
Conducibilità termica 390 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione 745,5 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1957,9 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 3555 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione 5536 kJ/mol

 

 

 

 

oro:

Generalità
Nome, Simbolo, Numero atomico oro, Au, 79
Serie chimica metalli di transizione
Gruppo, Periodo, Blocco 11 (IB), 6, d
Densità, Durezza 19300 kg/m3, 2,5
Aspetto metallico giallo
aspetto dell'oro
Proprietà atomiche
Peso atomico 196,96655 amu
Raggio atomico (calc.) 135 (174) pm
Raggio covalente 144 pm
Raggio di van der Waals 166 pm
Configurazione elettronica [Xe]4f145d106s1
elettroni (e-) per livello energetico 2, 8, 18, 32, 18, 1
Stati di ossidazione 3, 1 (anfotero)
Struttura cristallina cubica a facce centrate
Proprietà fisiche
Stato a temperatura ambiente solido
Punto di fusione 1337,33 K (1064,18°C)
Punto di ebollizione 3129 K (2856°C)
Volume molare 1,021 · 10-5 m3/mol
Calore di evaporazione 334,4 kJ/mol
Calore di fusione 12,55 kJ/mol
Tensione di vapore 0,000237 Pa a 1337 K
Velocità del suono 1740 m/s a 293,15 K
Varie
Elettronegatività 2,54 (scala di Pauling)
Calore specifico 128 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 45,2 · 106S/m
Conducibilità termica 317 W/(m*K)
Energia di prima ionizzazione 890,1 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1980 kJ/mol






alluminio:

Generale
Nome, Simbolo, N° Atomico alluminio, Al, 13
Serie chimica metalli del blocco p
Gruppo, Periodo, Blocco 13 (IIIA), 3, p
Densità, Durezza 2700 kg/m³, 2,75
Colore bianco argenteo
aspetto dell'alluminio
Proprietà atomiche
Peso atomico 26,981538 amu
Raggio atomico 125
Raggio covalente 118 pm
Raggio di van der Waals n.d.
Configurazione elettronica Ne3s²3p¹
e- per livello energetico 2, 8, 3
Stato di ossidazione 3 (amfoterico)
Struttura cristallina Cubica
Proprietà fisiche
Stato di aggregazione solido
Punto di fusione 933,47 K, (660,32 °C)
Punto di ebollizione 2792 K, (2518,85 °C)
Volume molare 10,00 · 10-3 m³/mol
Calore di vaporizzazione 293,4 kJ/mol
Calore di fusione 10,79 kJ/mol
Pressione del vapore 2,42 · 10-6 Pa
Velocità del suono 5100 m/s a 933 K
Varie
Elettronegatività 1,61
Capacità calorica specifica 900 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 37,7 · 106/m·ohm
Conducibilità termica 237 W/(m*K)
Prima energia di ionizzazione 577,5 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1816,7 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 2744,8kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione 11.577 kJ/mol
Energia di quinta ionizzazione 14.842 kJ/mol
Energia di sesta ionizzazione 18.379 kJ/mol
Energia di settima ionizzazione 23.326 kJ/mol
Energia di ottava ionizzazione 27.465 kJ/mol
Nona energia di ionizzazione 31.853 kJ/mol
Decima energia di ionizzazione 38.473 kJ/mol

 

L′acciaio invece è il nome dato ad una lega di ferro contenente carbonio in percentuale non superiore al 2,11%. Oltre tale limite le proprietà del materiale cambiano e la lega assume la denominazione di ghisa e quindi ha una conducibilità molto scarsa molto simile a quella del ferro:

 

ferro:

 

Generalità
Nome, Simbolo, Numero atomico ferro, Fe, 26
Serie chimica Metalli di transizione
Gruppo, Periodo, Blocco 8 (VIIIB), 4 , d
Densità, Durezza 7874 kg/m3, 4,0
Aspetto metallico, lucido, grigiastro
aspetto del ferro
Proprietà atomiche
Peso atomico 55,845 amu
Raggio atomico (calc.) 140 (156) pm
Raggio covalente 125 pm
Raggio di van der Waals nessun dato
Configurazione elettronica [Ar]3d64s2
elettroni (e-) per livello energetico 2, 8, 14, 2
Stati di ossidazione 2,3,4,6 (anfotero)
Struttura cristallina cubica a corpo centrato
Proprietà fisiche
Stato a temperatua ambiente solido (ferromagnetico)
Punto di fusione 1808 K (1535°C)
Punto di ebollizione 3023 K (2750°C)
Volume molare 7,09 · 10-6 m3/mol
Calore di evaporazione 349,6 kJ/mol
Calore di fusione 13,8 kJ/mol
Tensione di vapore 7,05 Pa a 1808 K
Velocità del suono 4910 m/s at 293,15 K
Varie
Elettronegatività 1,83 (Scala di Pauling)
Calore specifico 440 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 9,93 · 106/m ohm
Conducibilità termica 80,2 W/(m*K)
Energia di prima ionizzazione 762,5 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1561,9 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 2957 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione 5290 kJ/mol



Ora da come avete visto ci sono materiali ben più performanti del rame(vedi:diamante e derivati) ma a causa del loro elevato valore sul mercato vengono scartati per usarne altri con una buona conducibilità termica e un costo relativamente basso.

Conducibilità termica dei materiali più comuni:

Materiale Thermal conductivity
(cal/sec)/(cm2 C/cm)
Thermal conductivity
(W/m K)*
Diamante ... 1000
Argento 1.01 406.0
Rame 0.99 385.0
Oro ... 314
Ottone ... 109.0
Aluminio 0.50 205.0
Ferro 0.163 79.5
Acciaio ... 50.2
Piombo 0.083 34.7
Mercurio ... 8.3
Ghiaccio 0.005 1.6
Vetro,ordinario 0.0025 0.8
Concrete 0.002 0.8
Acqua a 20° C 0.0014 0.6
Amianto 0.0004 0.08
neve 0.00026 ...
Fibra di vetro 0.00015 0.04
Mattoni isolanti ... 0.15
Mattoni rossi ... 0.6
Cork board 0.00011 0.04
Feltro di lana 0.0001 0.04
Lana di roccia ... 0.04
Polistirolo ... 0.033
Poliuretano ... 0.02
Legno 0.0001 0.12-0.04
Ari a 0° C 0.000057 0.024
Elio (20°C) ... 0.138
Idrogen (20°C) ... 0.172
Azoto (20°C) ... 0.0234
Ossigeno (20°C) ... 0.0238
Silicel ... 0.003

Dell'argomento in oggetto abbiamo già parlato sul nostro portale.
Il downvolt delle ventole è uno dei principali problemi che affligge chi assembla computer poichè solo grazie ad un accurato downvolt si può ottenere il miglior compromesso tra emissione acustica e metri cubi d'aria spostati.
Di seguito vengono riportate le premesse che chiunque si accinga ad eseguire codesto lavoro dovrebbe conoscere:
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logoct
5,7 o 12v quante volte avete sentito tali valori ma non sapete come ottenerli nel vostro sistema?
Avete delle ventole troppo rumorose con un portata d'aria in stile galleria del vento di "top gun"?
Bene;in questa guida vi spiegheremo passo passo come sedare i bollenti spiriti delle vostre fan ottenendo il migliore compromesso tra portata ed emissione acustica prodotta.

Anzitutto le premesse:
D:Cosa sono le ventole e qual'è la loro funzione all'interno di un case?

R:Le ventole sono degli apparecchi studiati per lo spostamento dell'aria affinchè tale spostamento possa migliorare le condizioni di lavoro di un altro strumento;hardware in questo caso.

D:Quali sono i componenti che caratterizzano una ventola?
R:Essa è composta principalmente da 4 parti:
-Motore;può utilizzare diverse tecnologie tra cui le più famose sono: sfdb(fluid dynamic bearing), sso-bearing, ball bearing, enlobal bearing(trascinamento magnetico).
-Chassis; è costituitto da diversi materiali il più usato è sicuramente la plastica e i suo derivati, non mancano comunque modelli con materiali alternativi come l'alluminio.
-Pale; è forse l'elemento più importante della ventola grazie ad esse infatti si decide sia portata che emissioni acustiche.
Il numero varia a seconda di cosa si vuole ottenere; si spazia da un minimo di 5 a un massimo di 11.
-Cavi di alimentazione; sono in tutto 3(4 se con controllo PWM) ed hanno il compito di portare i +12v, la cosidetta terra 0v e il segnale tachimetrico.

struttura_ventola

D:che dimensioni hanno le ventole?
R: possono essere di svariate misure, si spazia in un range che parte dai 4cm fino alle ultime nate da 20/25cm implementate nei case.
Le più usate rimangono tutt'ora le 120x120x25mm.

4_to_12cm

D:sempre più spesso si sente parlare di pressione statica,a cosa si riferisce questo valore?
R:semplificando al massimo il concetto la pressione statica è la "forza" con la quale la ventola spinge l'aria nella direzione desiderata,maggiore sarà il valore (misurato solitamente in mmh20 o inh20) maggiori saranno le prestazioni registrate sul dissipatore.
Le ventole ad alta pressione statica si differenziano dalle altre soprattutto per l'altezza maggiorata,si passa dai canonici 2,5cm ai 3,2-3,5cm;un esempio possono essere le Scythe ultrakaze e le Silverstone fm122.

D:quanto consuma una ventola?
R:il calcolo da fare in questo caso è piuttosto semplice,sul retro della ventola troviamo due valori: uno si riferisce alla tensione di alimentazione uguale per tutte di12v mentre il secondo cambia da fan a fan e si riferisce all'intensità di corrente assorbita (xA).
Per ottenere il consumo in Watt ci basterà seguire questo semplice calcolo W=V*A nel caso di una Silverstone fm121 il consumo a +12v sarà pari a 12v*0,4A=4,8W.

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L'intero articolo con le spiegazioni per eseguire il downvolt attraverso diversi metodi è raggiungibile al seguente indirizzo url:
http://www.coolingtechnique.com/guide/ventole-rheobus-/344-guida-downvolt-ventole.html


Peso e Push pin

Ultimamente girano per i meandri di internet quellI che potremmo definire "detti popolari",questi detti affermano che il sistema di ritenzione a push pin di Intel non sia efficace per esercitare una corretta pressione con i dissipatori a torre e simili.

Tutto ciò tuttavia non risulta essere vero;il sistema di ritenzione se montato corettamente e, non danneggiato in una delle sue parti, produce tutta la pressione necessaria per il corretto funzionamento del dissipatore come dimostrato dalle foto sottostanti.
Pressione di un infinity su un conroe:

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Da disdire sono inoltre le voci che affermano che dissipatori da 600/700grammi danneggino il socket; in realtà la soglia di avvertenza è situata attorno ai 2kg(2000grammi).

Per dimostrare cio estremizziamo il concetto e montiamo un infinity (ora denominato mugen) su un punto addirittura più debole del socket.

infinity su 7900g

Il sistema risulta essere perfettamente funzionante e come si può notare non c'è alcun pericolo e/o problema.

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Forse i miscredenti dei push pin dopo aver visto questo articolo si ricrederanno.
Si dimostra infatti come una soluzione a push pin standard sia del tutto sicura e funzionale.

Il dissipatore utilizzato non è di certo famoso per le sue dimensioni contenute;stiamo parlando dello scythe orochi quasi 1,3kg(1,285gr) di rame ed alluminio ridistribuiti su una superficie di 120 x 194 x 155 mm.
Sicuramente il dissipatore più pesante ad oggi in commercio dopo l'ultra 120 extreme copper edition della taiwanese Thermalright.
Nei video seguenti si sottopone una scheda madre e il relativo socket e kit di ritenzione Intel 775 a degli stress meccanici estremizzati che nell'uso abituale assai difficilmente si possono verificare.

Scythe orochi:

Scythe mugen:

 

C'è da spezzare comunque una lancia in favore dei sistemi di ritenzione aftermarket con molle di carico che rimangono ancora ad oggi la scelta migliore per ciò che riguarda la pressione da attuare sul socket/processore essendo le molle regolabili discrezione dell'utente.
Guida installazione push pin:
http://www.coolingtechnique.com/guide/air-cooling/174-montaggio-push-pin-intel-775.html

Maggiore pressione significa temperature inferiori?
http://www.coolingtechnique.com/recensioni/75-dissipatori/188-maggiore-pressione-significa-temperature-inferiori.html

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LA LAPPATURA

Spesso si sente parlare di lappatura ma pochi sanno realmente come effettuarla.
Il processo in se non porta pericoli enormi ma comunque può comportare ad un malfunzionamento del dissipatore.

Come procedere

Come prima cosa abbiamo bisogno del materiale che consiste in:
-pasta abrasiva (tipo quella che si usa x le carrozzerie delle auto)

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-carta abrasiva o vetrata di 4 differenti grane:
400/600/800/1200

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-Olio d'oliva
-nastro adesivo x il fissaggio della carta vetrata
(tutti i materiali li potete trovare in qualsiasi negozio di fai da te per una 10 di euro.)

Bene; ora che abbiamo tutto l'occorrente possiamo passare alla pratica:
come prima cosa prendiamo un foglio di carta vetrata con grana da 400 e lo fissiamo su un piano liscio e solido, va benissimo anche un tavolo di legno basta che sia stabile e planare(usate la bolla se non ne avete la certezza), quindi prendiamo il nostro dissipatore e incominciamo a sfregarlo contro la carta con una discreta pressione e con un movimento a forma di 8 il che permette di avere una migliore uniformità di attrito su tutta la base del dissipatore.
All'inizio vi sembrerà che le cose peggiorino invece che migliorare ma non preoccupatevi è tutto nella norma.
Una volta che avrete ottenuto il dissipatore con una base omogenea dovreste sentirlo molto ruvido e ''rigato'',non fatevi prendere dal panico ma passate alla fase successiva e prendete il foglio di carta vetrata da 600.
Fissiamo anche questo al tavolo e se avete riscontrato particolare fatica nella fase precedente mentre passavate il dissipatore sul foglio potete aggiungerci qualche goccia d'olio in modo da diminuirne leggermente l'attrito; dopo circa 15 minuti che state effettuando questa operazione dovreste riscontrare una buona planarità su tutta la superficie.
Se siete sicuri della buona riuscita dell'operazione e non riscontrate miglioramenti ulteriori con il foglio da 600 passate a quelli da 800 e 1200 sempre effettuando una discreta pressione con un movimento a 8.

 

20080513234241_lap2


finite anche quest'ultime operazioni il dissipatore si presenta completamente liscio al tatto e non provoca nessun attrito se non quello fisico che si va a formare tra due superfici a contatto.
Passiamo ora alla fase di estetica e di lappatura a specchio del dissipatore:

 

-Prendiamo un po' di pasta abrasiva e mettiamola su una spugna o batuffolo di cotone e sfreghiamo energicamente con movimenti circolari la base del dissipatore e dopo 5/10 minuti dovreste avere un risultato simile a questo:

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20080513234219_lap

 

Se avete eseguito un buon lavoro l'immagine riflessa è per buona parte esattamente speculare al disegno posto sul tavolo; se invece notate una distorsione sostanziale già dall'inizio dell'immagine avete ancora una base non del tutto planare che potrete risolvere con una nuova passata di 1200/1600.

Per chi volesse essere sicuro al 100% di avere una base planare può disegnare su di essa una X prima di iniziare a lappare il proprio dissipatore;in tal modo non appena l'intera x sarà cancellata avrete una base planare.

Ora che avete il vostro dissipatore potete andare a rimetterlo sul processore e meritarvi il vostro ben meritato calo di temperature*

 

La lappatura è indicata solo per dissipatori aventi base non planare convessa o concava che sia.
Effettuare la lappatura su basi planari a volte non porta nessun miglioramento e nella peggiore delle ipotesi porta ad un possibile decadimento delle prestazioni

 

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lappatura più lucidatura eseguite in modo ottimale:

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Le foto impiegate sono utilizzate a solo scopo illustrativo ed ove non specificamente indicato sono di proprietà dei loro rispettivi proprietari,i quali se lo ritengono necessario posso richiedere la loro rimozione in qualunque momento.


Paste termoconduttive

Una volta che abbiamo ottenuto il nostro dissipatore a specchio possiamo iniziare a montarlo ma anche qui incappiamo in alcune difficoltà tra cui la scelta della pasta termoconduttiva.
Essa serve per eliminare le possibili sacche d'aria che si vanno a formare tra il dissipatore e l'his (o ihs che dir si voglia) del processore e che quindi andrebbero a compromettere il corretto scambio termico tra la cpu e il dissy andando inevitabilmente ad aumentare le temperature di lavoro.

eccone alcune elencate in ordine di efficienza dalla più prestante alla meno performante:

OCZ freezer Extreme

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ic diamond 7 carat

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tuniq tx2

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artic cooling mx2

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artic silver 5

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zalman ZM-STG1

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i metodi di applicazione qui sono molteplici:
-chicco di riso al centro della cpu che poi viene spalmato dalla pressione dell dissipatore.
-pasta che viene spalmata con carte di credito o tessere telefoniche
-dito avvolto nel domopack

segnalo inoltre altre 3 paste termoconduttive dalle discrete performance

OCZ Ultra 5 Plus
CoolerMaster Premium
GeIL High Performance

oltre alle normali paste termiche da circa un anno è possibile acquistare anche in it il metallo liquido.

ne consiglio comunque l'uso solo ai più esperti dato che ha proprietà altamente corrosive:

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Segue parte 2-------->http://www.coolingtechnique.com/guide/guida-ai-dissipatori/385-guida-sistemi-raffreddamento-aria-p2.html