Recensione CoolIt Freezone Elite V2

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Coolit si è da tempo imposta come una delle case più attive nel panorama internazionale del raffreddamento a liquido per ciò che concerne i sistemi compatti e i sistemi personalizzati che vengono creati su misura a seconda delle esigenze del cliente.

Uno degli aspetti principali del suo gettito sono sicuramente i sistemi di raffreddamento a liquido dedicati alla corretta dissipazione del processore, sempre più esoso di risorse e di una adeguata dissipazione dell'energia termica erogata dai core.

Abbiamo già potuto analizzare uno dei sistemi entry level presentati durante lo scorso anno da parte dell'azienda canadese denominato CoolIT Domino:
http://www.coolingtechnique.com/recensioni/75-dissipatori/458-recensione-coolit-domino.html

Quest'oggi salteremo,grazie alla cortesia di CoolIT e del suo distributore italiano, ad analizzare l'estremo opposto del catalogo dell'azienda andando a collocarci nella fascia alta del raffreddamento.
Il prodotto di cui andremo a parlare in queste pagine è infatti il CoolIT Freezone Elite,sistema di raffreddamento a liquido compatto coadiuvato da diverse soluzioni tecniche che ne aumentano le prestazioni sotto determinati carichi e situazioni.

Il Freezone può essere definito come un "water chiller" ovvero un dispositivo in grado di portare il liquido di raffreddamento, contenuto al suo interno, sotto la temperatura ambiente mantenendosi al contempo sopra gli 0/-5°C al fine di evitare il congelamento del liquido stesso; il prodotto di CoolIt per spingersi sotto la Tamb( temperatura ambiente) usa ben sei celle di peltier.
A chi suonasse nuovo questo nome riportiamo da wikipedia la storia e la definizione della cella di Peltier:
La cella di Peltier è un dispositivo termoelettrico costituito da molte giunzioni ad effetto Peltier in serie, costituisce, assieme ai dispositivi ad effetto Seebeck, una applicazione dei sistemi detti "termoelettrici". Il suo nome deriva da Jean Charles Athanase Peltier.
La cella di Peltier è fondamentalmente una pompa di calore a stato solido dall'aspetto di una piastrina sottile con una superficie da cui il calore è assorbito, ed una da cui il calore è emesso. La direzione in cui il calore viene trasferito dipende dal verso della corrente continua applicata ai capi della piastrina stessa.
Struttura

Una comune cella Peltier è formata da due materiali semiconduttori drogati di tipo N e di tipo P, collegati tra loro da una lamella di rame. Se si applica al tipo N una tensione positiva e al tipo P una tensione negativa, vedremo che la lamella superiore si raffredderà, mentre quella inferiore si riscalderà. Invertendo la tensione lo spostamento di energia termica verrà altresì invertito. In commercio esistono celle Peltier isolate e celle Peltier non isolate: le prime sono rivestite sotto e sopra da materiale ceramico e garantiscono rendimenti maggiori delle seconde.
Alimentazione

Dovendo produrre lavoro per trasferire calore contro il secondo principio della termodinamica, ovvero creare una differenza di temperatura, le celle Peltier assorbono necessariamente un gran quantitativo di corrente elettrica. Una cella di dimensioni 30 × 30 × 4 mm da 25 W, presenta una caduta di tensione ai suoi capi di 8,5 V ed assorbe 2,1 A. Inoltre, a causa della curva tensione-corrente caratteristica per la giunzione, usualmente si alimenta il dispositivo in limitazione di corrente (a corrente costante).

Qualora si utilizzi un insieme di celle per spostare una certa quantità di calore, come nel caso del raffreddamento di un diodo laser e diversamente dal caso del raffreddamento di un sensore, si tenga presente che per far funzionare la cella occorrerà ovviamente asportare dal lato della giunzione "calda" la potenza totale fornita alla giunzione, si noti che ad effetto del modesto rendimento solo una parte limitata corrisponde al calore effettivamente spostato.

Il rendimento di una cella di Peltier è massimo quando la differenza fra lato caldo e lato freddo è molto bassa, e quanto più è bassa la corrente assorbita. Il sistema è alquanto poco efficiente, e può avere qualche giustificazione, se ben governato, solamente per la possibilità di raffreddamento molto preciso, sia puntiforme (nel senso di raffreddare solo punti specifici) che per il campo di temperature che localmente può assicurare.

Per questo motivo le celle Peltier sono principalmente usate dove occorre spostare solo piccole quantità di calore, sono molto utili per abbassare la temperatura di parti passive (che cioè non generino calore).
Funzionamento

Il comune uso della cella è la sottrazione di calore mediante adesione del lato freddo al corpo da raffreddare; la sottrazione di calore è favorita dalla creazione di opportuni ponti termici (adesivi termoconducenti) che permettano al meglio la sottrazione del calore. Il calore sottratto è trasferito sul lato caldo, assieme al calore di funzionamento (che è la maggior parte); dal lato caldo il calore deve essere trasferito all'ambiente esterno.

Il problema principale è il controllo della intensità di corrente a cui corrisponda la dovuta sottrazione di calore; se la sorgente termica cambia in valore di emissione di calore anche la sottrazione effettuata dalla cella deve variare di conseguenza, possibilmente con rilevatori di temperatura che regolino in retroazione la intensità di corrente somministrata alla cella, in modo che il funzionamento rimanga nei campi di temperatura ammissibili.

Si può verificare infatti che la sorgente termica refrigerata diminuisca la produzione di calore o cessi di produrne, in tal caso la sottrazione di calore della cella, se non controllata, può abbassare in pochi secondi la temperatura al di sotto del punto di congelamento. Nel caso che la parte raffreddata sia ad esempio una CPU di un computer questo significa che il complesso CPU-piastra di Peltier può congelare e, se esposta all'atmosfera, condensare sulla parte l'umidità atmosferica in ghiaccio.

Ugualmente un improvviso innalzamento della temperatura della sorgente, in funzione della sottrazione di calore effettuata, fa aumentare la temperatura del lato caldo della cella. Se la temperatura del lato caldo della cella supera i valori ammessi questa può "cuocere", cioè essere irrimediabilmente danneggiata cessando di funzionare; inoltre il danneggiamento interrompe la sottrazione di calore e quindi anche le parti non più raffreddate possono a loro volta essere danneggiate.

In sintesi il funzionamento della cella, in caso che provveda alla sottrazione di entità variabili di calore, deve essere attentamente governato in maniera variabile.

Tutta la energia erogata al sistema deve essere sottratta sotto forma di calore in modo efficiente e sicuro dal lato caldo e dispersa verso l'esterno.

 

Limiti delle celle di Peltier (punti condivisi da coolingtechnique.com e dati come caratteristica intrinseca delle celle stesse)
Le celle di Peltier hanno alcuni pesanti limiti che ne penalizzano l'utilizzo.

* I rendimenti, sia nel caso diretto della cella, che nel caso inverso (Seebeck), sono bassi, questo determina una elevata quantità di energia persa sotto forma di calore, ed inoltre la necessità di dover smaltire il calore stesso. Sostanzialmente il sistema è poco efficiente; l'uso è ragionevole solo se è imperativo ottenere il risultato, trascurando le efficienze.
* I trasferimenti di calore alla cella, e dalla cella, sono spesso molto più costosi e complessi della cella stessa.
* È estremamente facile, con un uso sbadato, uscire dai campi di temperatura ammissibili, (la cella è un componente elettronico ottenuto da adesione di cristalli e saldatura di conduttori, con precisi limiti di densità di corrente e temperature ammissibili, determinati dal componente più debole); se si superano i limiti si ha il danneggiamento irreversibile della cella. Di norma le celle possono sopportare una temperatura di circa 75 °C, e per tenere sotto controllo la temperatura è opportuno inserire un sensore termico nell'impianto, oppure, semplicemente, utilizzare un termometro a distanza (i cosiddetti termometri laser). Per evitare il surriscaldamento della stessa cella si può ricorrere a sistemi di raffreddamento ad aria forzata o attraverso dissipatori di calore e heatpipe, a seconda della quantità di calore da smaltire.

http://it.wikipedia.org/wiki/Cella_di_Peltier

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