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INTRODUZIONE:

In questo esercizio proveremo ad analizzare l’efficienza di una superficie alettata (dissipatore) nel raffreddamento di una qualsiasi cpu. Le alette per una maggiore semplicità nel calcolo, sono di sezione rettangolare. Quindi potremmo effettivamente capire quanto e come il nostro dissipatore funziona. Una analisi approffondita di un tema ricorrente nel mondo dell’overclock dei processori. Naturalmente la comprensione, comporta un bagaglio scientifico non irrisorio, quindi si consiglia la lettura, solo se in possesso di tale requisito.

IPOTESI:

1) Bisogna trascurare la quantità di calore scambiata dalla punta della aletta (Qpunta), poichè, normalmente lo spessore dell’ aletta è solitamente più piccolo rispetto alla sua lunghezza. Quindi, non consideriamo tale valore.

2) Dobbiamo considerare una resistenza di contatto (Rc) tra la superficie su cui appoggia l’aletta e la base dell’aletta stessa. Questa considerazione deriva dal fatto che le alette vengono prodotte singolarmente e poi saldate al resto del dissipatore. Ovviamente, Rc è da tenere in considerazione solamente in tale condizione, se il dissipatore è stato costruito in blocco (aletta+base), il suo valore sarà nullo.

3) Non prendiamo in considerazione l’effetto frenante delle alette sul moto dell’aria.

ESERCIZIO DI ANALISI:

Un microprocessore (cpu) quadrato di L= 60 mm dissipa una potenza di 30 W nell’ambiente (la temperatura ambiente risulta di 20 gradi centigradi).

La cpu, quale temperatura raggiunge?

Possiamo progettare una aletta di raffreddamento per abbassare la temperatura della cpu?

La cpu scambia con l’ambiente una certa quantità Q sia per convenzione (con l’aria), sia per irraggiamento termico. La figura 1 mostra tale situazione.

FIGURA 1
(cpu senza alette di raffreddamento).

Quindi si utilizza la seguente formula per il calcolo del coefficiente totale di scambio termico:

htot = h (coefficiente convenzione) + hirr (coefficiente irraggiamento).

Per prima cosa, determiniamo il coefficiente di convezione h. Per calcolare tale valore abbiamo bisogno del numero di Grashof. Pertanto il numero di Grashof risulta dalla seguente formula:

Gr = (g x BETA x L al cubo x deltaT) / v al quadrato.

g = 9,81 m/s al quadrato (accelerazione di gravità).

BETA = 1/T ,coefficiente di dilatazione termica (che nel caso dei gas è l’inverso della temperatura).

deltaT = è la variazione di temperatura tra Tp (ovvero temperatura di parete del processore e T (infinito) ovvero temperatura ambiente, l’unità di misura sono i gradi Kelvin (K).

L = 0,06 m (60 mm) lato della superficie del processore, espresso in metri.

v = 16 x 10 alla meno 6 (metri al quadrato / secondi), è la viscosità cinematica dell’aria.

Gr = è il numero di Grashof.

Prendendo per ipotesi una temperatura Tp di 100 gradi centigradi otteniamo una temperatura media di:

T = (Tp + T(infinito))/2 = (100 + 20)/2 = 60 gradi centigradi = 333 gradi Kelvin (la relazione che lega i gradi Kelvin ai gradi centigradi è: Temp in gradi Kelvin = Temp in gradi centigradi + 273.). Questa T viene usata nella formula nel coefficiente BETA.

il valore di Gr risulta quindi di:

Gr = (9,81 x (1/333) x 0,06 al cubo x(373 -293))/ (16 x 10 alla meno 6) al quadrato.

Il risultato è pari a 1988513.

By Officine Informatiche Roma

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