Per inaugurare la rubrica “PC Cooling: cosa, come, chi, quando e perché?“, vorrei scrivere prima di tutto una serie di articoli sui miti che circondano una particolare tipologia di raffreddamento, quella a liquido, e che contribuiscono a renderne difficile la piena comprensione e quindi la distribuzione nel mercato degli accessori per pc dedicati al raffeddamento.
Come ho scritto in un mio precedente articolo, esistono miti duri a morire in questo settore così particolare e a volte decisamente bistrattato, propagati e fomentati da persone che o non hanno mai installato un kit a liquido nella loro vita, e che quindi parlano solo per sentito dire, o che hanno avuto esperienze negative usando componentistica amatoriale o di bassa qualità, e che hanno voluto provarlo solo perchè “fa figo avere il liquido nel PC” o chissà per quale altro motivo.
Ma veniamo ai suddetti miti. Questa serie di articoli servirà mi auguro per sfatare punto per punto, mito per mito, quello che ho trovato scritto su innumerevoli forum, italiani ed esteri, riguardante i sistemi di raffreddamento a liquid per pc, oltre a tutto quello che ho sentito sostenere lungo tutta la mia esperienza lavorativa nel settore, maturata in più di 13 anni di distribuzione, rivendita e progettazione di sistemi di raffreddamento a liquido, da parte di persone che poca o quasi alcuna esperienza sull’argomento.
Una precisazione prima di cominciare: cercherò di trattare tutti gli argomenti nella maniera più semplice possibile, usando un linguaggio colloquiale e failmente leggibile, senza la trascrizione di formule o l’uso di paroloni, quando possibile. Per chi volesse approfondire gli argomenti trattati, suggerisco una ricerca su google.
Mito no.1: temperature differenti in diverse zone del circuito
Il primo mito da sfatare è quello secondo il quale il liquido abbia diverse temperature in diversi punti di un ipotetico circuito a liquido. Infatti è luogo comune pensare che il liquido abbia una temperatura bassa prima di entrare in un waterblock, per poi presentarne una decisamente più alta subito all’uscita dallo stesso waterblock. Sempre secondo la stessa logica, la differenza di temperatura del liquido prima e dopo essere entrato nel radiatore debba essere decisamente marcata.
Nulla di più falso, in quanto in un circuito l’acqua è sempre in movimento, e non subisce né innalzamenti né tanto meno abbassamenti istantanei di temperatura durante il suo circolare per i vari componenti. In pratica il liquido durante il suo percorso attraverso i vari dissipatori, i tubi ed il radiatore tenderà ad acquisire calore e cederlo contemporaneamente.
La sua temperatura aumenterà in tutti i punti del circuito in maniera lenta e costante, fino a raggiungere quello che si definisce il punto di “equilibrio termico”. Raggiunto quel “punto”, che equivale ad una temperatura media del liquido contenuto nell’intero circuito, e mantenendo sempre costanti tutte le altre condizioni (temperatura ambiente, velocità e portata della ventola sul radiatore, portata della pompa, carico di lavoro applicato dai chip raffreddati) il circuito di raffreddamento permetterà di dissipare istantaneamente ciascun watt che viene immesso nel circuito dai chip raffreddati.
Per rendere questo concetto il più facilmente comprensibile, prendiamo per esempio un pc raffreddato a liquido (la sola cpu), con un qualsiasi processore che emetta, in idle, un certo quantitativo di watt, mentre sotto stress arrivi ad emetterne un quantitativo sensibilmente maggiore. Il circuito di raffreddamento a liquido è composto da una pompa, tubi, un radiatore e la sua ventola, per dissipare il calore accumulato nel liquido. Ome dato finale, presupponiamo che il radiatore sia capace di dissipare nell’unità di tempo un certo numero di watt, superiore a quanto il processore emette con carico massimo.
Tralasciando i watt che la pompa immette di per sé nel circuito (siamo nell’ambito delle ipotesi, non scordiamocelo), in una situazione di equilibrio termico, con pc funzionante da diciamo un’ora, la temperatura del liquido sarà 25°C, con temperatura ambiente di 20°C costanti. Con computer in idle, la temperatura del processore sarà anch’essa costante, diciamo per esempio 40°C. Poiché le temperature sono costanti nel tempo, è facile supporre che per ciascun watt emesso dal processore, ne vengano dissipati altrettanti dal radiatore, facendo quindi raggiungere al liquido quella situazione di “equilibrio termico” cui si faceva accenno prima. Da ciò si deduce che il liquido sta assorbendo tutti i watt che il processore emette a carico nullo, mentre il radiatore a sua volta sta dissipando contemporaneamente sempre lo stesso quantitativo di watt.
Se lanciamo una applicazione che implica un utilizzo del processore pari al 100% per qualche secondo, il liquido dovrà acquisire una quantità di watt maggiore per un periodo di tempo limitato, quando questo entra nel waterblock. Il liquido però è in costante movimento, e quindi questo uscirà dal WB velocemente, mescolandosi con porzioni di liquido adiacenti più fredde.
Continuando il suo percorso attraverso i tubi fino al radiatore, il liquido riscaldato continuerà a mescolarsi con altro liquido più freddo, raggiungendo lungo tutto il suo percorso una temperatura, o se preferiamo, un carico di watt, inferiore a quello che aveva in partenza, all’uscita dal waterblock. La fisica definisce questo fenomeno come “convezione”, ossia la propagazione di calore che avviene nei fluidi, dove il calore si propaga per spostamento di materia.
Alla fine del suo viaggio, ed entrando nel radiatore, la porzione di liquido iniziale oramai è talmente “diluita” che nell’unità di tempo solo una piccola porzione dei watt immessi nel liquido inizialmente viene ceduta all’aria attraverso il radiatore, per irraggiamento. Lentamente però, sempre a causa del movimento costante del liquido, tutti i watt alla fine vengono ceduti.
Questo effetto di “diluizione” del calore a tutte le parti del liquido in movimento causa un minimo aumento di temperatura del liquido in tutti i suoi punti, tanto minimo che può essere considerato ininfluente.
Poiché la durata del carico di watt nel liquido era minima, il liquido stesso tenderà a ritornare alla situazione di partenza, con una temperatura simile a quando non veniva applicato alcun carico di watt. Dato il tempo limitato, quindi, possiamo considerare la variazione di temperatura del liquido quasi nulla, non discostandosi mai troppo da quella che era la temperatura iniziale di equilibrio.
Se applichiamo al processore un carico costante per un periodo più lungo, ovviamente il liquido tenderà a subire un aumento della propria temperatura più marcata, ma sempre in maniera lenta e costante, fino a raggiungere un secondo punto di equilibrio, che manterrà fino a quando verrà applicato il carico al processore. Quando questo carico viene eliminato, lentamente la temperatura del liquido ricomincerà a scendere, per ritornare al primo punto di equilibrio.
Va da sé che un circuito lavora meglio, e quindi raggiunge le migliori prestazioni in termini di raffreddamento, quando la temperatura di equilibrio termico in entrambe le situazioni (carico e idle) è la più bassa possibile.Il problema sorge quando il radiatore non è capace di dissipare tutti i watt emessi nel circuito. In questo caso, la temperatura del liquido tenderà ad aumentare linearmente, fino a quando non raggiungerà un punto di equilibrio tale da poter rimanere costante.
Ma a questo punto, la sua temperatura sarà troppo elevata per poter asportare calore dal waterblock, cedendolo al contrario e causando un innalzamento ulteriore della temperatura della cpu, con conseguente pericolo di surriscaldamento della stessa. Di questo problema discuteremo in una prossima puntata.
