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Titolo: Tecnica dei dissipatori (lungo)

Salve
spero possiate chiarirmi questo dubbio che affligge la mia vita e che non mi
fa dormire la notte ;)
Sia data una resistenza di potenza pari a 27W (manco a farlo apposta, un
processore!), che
deve essere adeguatamente raffreddata pena rottura della stessa.
Si decide di optare per un sistema di dissipazione ad aria attivo (con
ventola, quindi).
Si prendano in considerazione due dissipatori, uno di alluminio (c=0,11) e
l'altro di rame
(c=0,09), aventi massa uguale.
Per conduzione termica, anche il dissipatore (a contatto con la CPU) produce
un lavoro di 27
joule/sec., e si scalda.
Adesso, se al dissipatore di alluminio applichiamo una ventola da 4900rpm, a
quello di rame,
che ha un'efficienza di (0,11/0,09=) 1,2x migliore, che tende a scaldarsi di
più di 1,2x ,
occorre che la stessa ventola abbia una velocità di (4900x1.2=) 6000rpm
ALMENO.
Se vogliamo vedere i veri vantaggi di un sistema di dissipazione al rame, la
ventola deve
avere una velocità maggiore di 6000rpm, quindi per esempio, di 7000rpm.
Detto questo, se la ventola di cui sopra ha un diametro di 50mm (A=250),
farà un casino
enorme a 7000rpm, e quindi si decide di sostituirla con un modello da 80mm
(A=640) di eguale
portata (con un convogliatore 50 > 80mm)
Dovrà dunque avere un regime di ALMENO 7000/(640/250)= 2700rpm circa.
(insomma, deve avere eguale portata in CFM).
Vorrei sapere se tutto cio è valido, o è soltanto fisica male applicata alla
dura verità
della realtà (temo che il mio processore si brucerebbe all'istante!)
Saluti
Mirko

 
Fondamentalmente e' cosi'.
-- 
To start press any key... Where's the any key?

 avere una velocità maggiore di 6000rpm
Infatti stanno uscendo dissipatori in alluminio che utilizzano solo un
leggero strato di rame fra l'alluminio e la CPU nel tentativo di sfruttare
sia i vantaggi del rame che dell'alluminio.

non hai dimenticato lo scambio termico diverso aria/alluminio aria/rame?

 della realtà (temo che il mio processore si brucerebbe all'istante!)
Per come la vedo io innanzi tutto non hai fatto caso ad una cosa:
I dissi in AL hanno di solito poche alette e spesse
I dissi in Rame hanno molte alette finissime e fittissime.
Quindi la superficie di scambio è differente.
Cmq diciamo che il rame ha bisogno di piu' pressione  a parità di tutto.
C'è da dire che cmq i dissi in rame solitamente sono anche piu' curati
nella costruzione e anche questo è un punto a favore
-- 
Ciao
   Freccia

all'alluminio... sempre a parità di massa... per cui il calore viene
Mmmm... no, direi di no.
Il calore specifico influisce, moltiplicandolo per la massa del
dissipatore, sull'inerzia termica del dissipatore stesso, il che si
traduce nella velocita' con cui sale di temperatura.
A regime il risultato e' lo stesso.
A parita' di potenza dissipata dalla cpu (e questa e' uguale) il
calore asportato dall'aria dipende sostanzialmente dal volume d'aria
pompato (la portata, data dalla ventola), dalla geometria del
dissipatore, e dalla temperatura a cui il dissipatore si trova.
Perche' il rame e' meglio dell'alluminio? Se facessimo l'assunzione,
che in molti casi di calcolo puo' risultare adeguata, che il
dissipatore ha la stessa temperatura in ogni punto, tra rame e
alluminio non ci sarebbe differenza. Invece non e' cosi', e il
vantaggio del rame sta proprio nel fatto che, conducendo meglio il
calore, riesce a distribuirlo uniformemente su tutta la superficie
investita dall'aria. Invece l'alluminio rimane piu' caldo in certe
parti, e piu' freddo in altre, e queste ultime danno un contributo
inferiore al trasporto di calore complessivo per convezione forzata.
Per cui la temperatura di equilibrio finale e' piu' alta.
Il rame e' venuto alla ribalta, IMHO, sia per le potenze in gioco da
dissipare, che esigono che tutta la superficie alettata partecipi il
meglio possibile allo scambio termico, e soprattutto per favorire la
dissipazione del calore nel punto cruciale, che l'area di contatto
cpu-dissipatore. Con il rimpicciolimento della cpu e' sempre piu'
importante che il calore, che viene fatto passare con elevato flusso
attraverso una piccola superficie, "vada via" al piu' presto e si
distribuisca su tutto il metallo. Non a caso la prima parte del
dissipatore che viene realizzata in rame e' la base, nei dissipatori
misti Cu/Al.
Il minore calore specifico incide sulla rapidita' del rame di salire
di temperatura. All'avvio del pc il dissipatore e' freddo. La cpu
inizia a smaltire calore, che viene recepito da un corpo a capacita'
termica piu' bassa (il rame) piuttosto che dall'alluminio. Il rame,
parallelamente a "spandere" subito il calore verso tutto il bulk del
blocco metallico, inizia anche a salire di temperatura piu'
velocemente, il che alla fine e' ininfluente sul risultato finale
(trattasi sempre di un transitorio) e in fondo fa pure bene, visto che
il dissipatore inizia subito a lavorare bene.
Per dirla in equazioni:
dQ = m * cp * dT
dove m e' la massa, cp e' il calore specifico e dT e' l'incremento di
temperatura per la quantita' di calore dQ fornita.
Se passiamo alla potenza, dividendo per il tempo dt, abbiamo:
W = m * cp * (dT/dt)
e quindi: (dT/dt) = W / (m * cp).
(dT/dt) e' la velocita' di innalzamento della temperatura, che dipende
appunto in modo inversamente proporzionale dalla massa e dal calore
specifico.
Pensa, per estremizzare, ad un materiale che abbia un calore specifico
altissimo, ma bassissima conducibilita' termica. In questo caso la
potenza dissipata dalla cpu resterebbe accumulata nei dintorni della
superficie di contatto. Inizialmente, a causa dell'altissimo calore
specifico, la temperatura nei dintorni della cpu salirebbe molto
poco... pero' a poco a poco, vista la difficolta' a diffondere questo
calore, la temperatura salirebbe a dismisura.
Invece al contrario, un materiale a bassissimo cp ma ad altissima
conducibilita' salirebbe subito di temperatura, ma smaltirebbe il
calore su tutto il suo volume con altrettanta velocita'.
--
Ciao,
  Lonewolf
(togli "LIBERO" per rispondere in mail)

 ALMENO.
no ...
il fatto che il rame abbia un coefficiente termico + basso
implica solamente una minore resistenza al passaggio del calore
ma sempre 27 watt dovranno essere dissipati
quello in rame porterà + facilmente il calore dal core alla superficie
delle alette e da qui l'aria circolante l'allontanerà
quindi a parità di ventola (e di giri) l'accoppiata rame e
ventola eliminerà + facilmente il calore (poco)
mentre a parità di dissipazione la ventola del dissy in rame
potrà girare + lentamente (poco)
cmq i termini + importanti in uno scambiatore di calore (dissipatore)
sono : 1) superficie di scambio (motivo dell'alettatura)
           2) differenza di T. (solido/aria) ( motivo della ventola)
oltre alla resistenza di contatto solido/fluido (come ricordato da Atrejus)
tipica di ogni accoppiata di materiali e influenzata dal colore del solido
maurizio