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Dissipatori ad aria e ad acqua, in alluminio e rame, lavorazione dei medesimi

INTRODUZIONE

Si definisce DISSIPATORE un corpo capace di trasferire all'ambiente una quantità di energia ad esso applicata. Qualsiasi corpo di qualsiasi materiale è quindi in grado di essere un dissipatore dato che non esiste in natura un materiale isolante perfetto.

MATERIALI CONDUTTORI DI CALORE

Naturalmente al fine della costruzione di dissipatori ci occorre scegliere un materiale con ottime caratteristiche di conduzione del calore, quali ad esempio argento , oro, rame, alluminio, leghe ecc a seconda degli scopi e delle necessità. Nel campo Hardware è particolarmente importante avere un dissipatore con ottime caratteristiche di conduzione del calore, sia perchè la potenza da dissipare è parecchia ma soprattutto perchè la zona in cui questo calore deve transitare è estremamente piccola, intorno ad 1 cm/quadro. La classifica dei migliori materiali conduttori è la seguente:

Argento ........ 425 W/m*K
Rame ........... 390
Oro ............... 293
Alluminio .......240

Come in tutte le cose di questo mondo però tra il dire e il fare c'è di mezzo il mare ! Infatti visti gli alti costi dei migliori materiali, occorre scendere a compromessi, che per nostra fortuna non sono memmeno poi così limitanti. Utilizzando il rame e l'alluminio possiamo ottenere ottime prestazioni con un costo tranquillamente sopportabile. Riporto per conoscenza il prezzo dei materiali riscontrato presso rivenditori della mia zona:
Rame circa 14.000 al kg, alluminio circa 8.000 kg , per oro e argento potete seguire le quotazioni della borsa :)))))

RAPPORTO C°/ W - resistenza termica

Nella scelta di un dissipatore di qualsiasi tipo il dato piu importante da esaminare qualora fornito dal costruttore è il C°/ W il quale ci da direttamente la possibilità di sapere se il dissipatore in questione è un buon dissipatore e se fa al caso nostro. Il rapporto C°/ W viene attribuito dal costruttore dopo lunghe prove e di solito è abbastanza veritirero. Esso ci indica di quale temperatura aumenta il dissipatore stesso applicando ad esso una potenza calorica di 1 W. Supponendo infatti di voler conoscere se il dissipatore XXX con un C°/ W di 0.35 è in grado di far dissipare 30w al nostro processore dovremo solo effettuare questi semplici calcoli:
30W x 0.35C°/ W = 10,5C°
ovvero che se al dissipatore XXX in questione applichiamo un processore che deve dissipare 30W di potenza, il medesimo dissi aumenterà la sua temperatura fino a 10.5C° in piu della temperatura da cui questo era partito. Supponendo una temperatura ambiente di 25 gradi, il nostro processore verrà a lavorare a 35.5C°.

DISSIPATORI AD ARIA

In alluminio
I dissipatori ad aria sono stati da sempre il modo piu comune e piu semplice di raffreddare un PC. Forzare inoltre l'aria a passare in maniera piu rapida su un corpo caldo, favorisce lo scambio termico e ne abbassa la temperatura dello stesso. Teoricamente facendo passare un flusso tanto grande di aria sul dissipatore dovremmo ottenere su di esso una temperatura uguale a quella dell'aria che viene soffiata, ma questo comporterebbe un impiego notevole di energia e produrrebbe un rumore non adatto alla nostra apparecchiatura, e piu che altro ai nostri nervi ! La quantità di calore che è possibile dissipare con un certo materiale è dipendente dalle caratteristiche del materiale stesso, dal modo in cui è lavorato e dalle sue dimensioni naturalmente. I migliori dissipatori sono naturalmente quelli che hanno una spessa base che fa da serbatoio di calore, ed una folta e proporzionata alettatura lamellare. A causa delle caratteristiche proprie dell'alluminio se guardate un po di dissipatori vi renderete conto che le lamelle di questi sono di larghezza (spessore) doppia rispetto alle alette dei migliori dissipatori in rame. Se così non fosse infatti il calore non passerebbe agevolmente dalla base alle alette, condizionando negativamente le caratteristiche del dissipatore.
Personalmente essendo un irriducibile autocostruttore ed avendone i mezzi preferisco fare da me i dissipatori, e mi sono sempre trovato bene. Ecco alcuni esempi di dissi ad aria fatti in casa e le fasi di lavorazione :

La lavorazione inizia con lo sgrossamento del materiale al tornio da cui si ottiene un pezzo pieno. Da quì si può iniziare a fresare.

La lavorazione alla fresa avviene a piu riprese con abbondante uso di liquido lubrificante. Una volta fresato il dissipatore è pronto per la sabbiatura e la rifinitura a mano

Il dissipatore con supporto ventola 80, da sabbiare e poi pronto da montare

Tale radiatore è stato collaudato su un celeron2 800@1066 che in condizioni di carico di lavoro ha raggiunto una temp. massima di 36°con temp ambiente di 28°.
L'alluminio oltre ad essere un materiale poco costoso (un blocco come in figura di 80 mm costa 8000 lire) è anche molto facile da lavorare. Se qualcuno si vuole dilettare nella costruzione di dissipatori o WB in alluminio è meglio che scelga un tipo di materiale adatto alla anodizzazione in modo poi da poterlo colorare a piacere, il materiale da me utilizzato per questo dissipatore non consente l'anodizzazione, quindi mi sono accontentato di una sabbiatura finale.

In rame
Negli ultimi tempi abbiamo assistito ad una prograssiva introduzione sul mercato di dissipatori in rame. Le indubbie superiori qualità del rame nella conduzione del calore ed il suo costo non esagerato hanno permesso in poco tempo di presentare modelli delle piu svariate forme e dimensioni, anche perchè le potenze da dissipare con i moderni processori da 3000 e passa Mhz non sono uno scherzo per nessun dissipatore. L'unico inconveniente sel rame è la sua piu difficile lavorabilità in quanto materiale duttile tendente ad impastare gli utensili ed a scaldarsi molto facilmente. Con le dovute precauzioni comunque (ottimi utensili e lubrificazione forzata) diventa tutto piu semplice ed alla fine la sua lavorabilità si puo considerare buona anche se occorre non avere fretta.

Simulatore di socket per la prova dei dissipatori

Molti produttori lavorano un blocco asportando da esso il materiale con una lama creando le alettature desiderate, questo è il sistema migliore in quanto si mantiene la continuità del materiale, altri saldano dopo su una base preparata delle lamelle, questo sistema è peggiore in quanto si perde la continuità del flusso di calore. In generale comunque i dissipatori in rame sono migliori rispetto a quelli in alluminio e sono a questi preferibili. Anche io incuriosito dal fatto che non avevo mai trattato questo metallo ho provato a dilettarmi nel costruire un piccolo dissipatore in rame. A causa delle difficoltà di reperimento del rame in lingotti più grossi mi sono dovuto accontentare di un 40x60x20, ma era solo un'esperimento di lavorabilità. La prova è stata superata agilmente, credevo fosse piu difficile lavorare questo metallo...mai un puntamento di materiale !!! Alla fine ecco il risultato.

la lavorazione per la creazione delle lamelle.....il dissipatore finito

il montaggio della ventola provvisorio

Questo piccolo radiatore è stato collaudato su un celeron2 800@1066 che in condizioni di carico di lavoro ha raggiunto una temp. massima di 45°con temp ambiente di 28°.
Un'altra recente realizzazione riguarda la costruzione di un dissipatore per scheda video completamente in rame. Questa volta è stata impiegata una fresa a disco da 2mm creando intagli e lasciando dei pieni da 2 mm. Sono poi stati ricavati degli intagli per il posizionamento a causa della sporgenza di alcuni componenti. Se anche voi volete applicare dei radiatori maggiorati per le schede video, non dimenticate poi di mettere anche sul retro del chip (ove possibile) un dissipatore in quanto anche da questa parte si sviluppa una notevole quantità di calore che è meglio smaltire.

Il dissipatore per la scheda video - La parte posteriore della scheda

DISSIPATORI AD ACQUA

Questo tipo di dissipatore ha per lo piu una diffusione fra e veri e propri cultori e amanti dell'hardware ma ancora di piu fra gli amanti dell'overclock. Si sfrutta la maggiore capacità dell'acqua di riuscire ad asportare calore dai materiali di quanto può fare l'aria. Anche se con questo tipo di raffreddamento si complicano un po le cose all'interno del PC e si aumenta il rischio di rotture (come ben sappiamo l'acqua non va molto daccordo con i circuiti elettrici), i benefici che se ne traggono sono indubbi. Riuscire a dissipare le notevoli potenze dei processori o chip video dalle frequenze sempre maggiori non è facile, si tratta infatti di dover far passare da quel piccolo core potenze che rasentano i 100 W !!
Il materiale divenuto di uso comune per queste costruzioni è il rame, in quanto molto performante e relativamente economico anche se un po pesante. Personalmente ho condotto vari esperimenti di uso con questo tipo di dissipatori, ne ho costruiti diversi ma non ho mai provveduto a montarli sul mio PC, forse perchè non necessari nel mio caso in quanto io uso ancora Intel ad 800 - 1000 Mhz, per i quali è piu che sufficiente un buon dissipatore ad aria. Le mie esperienze di collaudo dei blocchi di raffreddamento ad acqua sono state condotte con cella di peltier, in varie situazioni e condizioni e mi hanno portato alle seguenti conclusioni:

Con questi semplici accorgimenti si può ottenere un ottimo impianto che non mancherà di dare soddisfazioni per molto tempo. La temperatura di esercizio del vostro processore rimarrà di pochi gradi superiore a quella ambiente per la gioia e la durata del vostro processore.
In questo campo comunque si è fatta tantissima strada. Le ditte che costruiscono questo tipo di dissipatori infatti sfornano prodotti nolto funzionali, anche se penso che al momento i migliori WB siano sfornati dai cultori-artigiani di questo campo che in italia sono quelli dello staff di PCTUNER.

Ora invece vi presento il mio WB, costruito nel mio laboratorio in collaborazione forumale-progettuale con alcuni amici del forum di HWManiac (ne è passato di tempo !!!):

L'unico inconveniente di questo blocco è quello di non averlo ancora montato su nessun pc per un vero test, appena posso farò un test con il simulatore :)))

Le modifiche trattate negli articoli possono provocare danni notevoli all'hardware e alla persona qualora chi le esegue non abbia una certa familiarità con l'elettricità, la meccanica, l'elettronica ecc.. ci si astenga quindi eventualmente dal metterle in pratica qualora non si abbia affinità con le materie predette. In ogni caso lo scrivente non si ritiene responsabile di eventuali danni provocati dai progetti e dal loro utilizzo a cose e/o persone.

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