Speciale Peltier

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COSA E' E COME FUNZIONA UNA CELLA DI PELTIER

Il signor Peltier, scoprì un modo per generare freddo mediante la sola corrente elettrica. Non scoprì un vero e proprio modo di generare freddo ma costruì un primo prototipo di "cella" che funzionava secondo la sua teoria e che ancora oggi mantiene il suo nome. Ai nostri giorni le celle di Peltier sono abbastanza piccole, sottili e pesano una manciata di grammi.


Analizziamo ora una cella di peltier: da essa fuoriescono due cavi per la corrente, le più comuni funzionano a 15 Volts (gli assorbimenti variano da 5 a 11 Ampere a seconda della potenza) e misurano 40x40mm per 4mm di spessore. Una cella di Peltier è composta da più cellette, dalle 30 in su. Le celle attuali sono prevalentemente del tipo isolato, con le "facce" superiore ed inferiore in ceramica, che è un materiale isolante.
Le celle di Peltier possono anche essere chiamate TEC: Thermo Electric Cooling!
Le celle di Peltier sono relegate ad applicazioni per lo più marginali, causa il loro elevato consumo energetico e il problema dello smaltimento del calore prodotto.
Le celle di Peltier possono essere definite delle "pompe di calore" nel senso che riescono a portare (pompare) il calore da una superficie all'altra.
Una faccia quindi, risulterà molto fredda e l'altra molto calda. Vi starete chiedendo come funziona una peltier; bhe il funzionamento è semplice: facendo passare una tensione continua attraverso due conduttori di diverso materiale, da un lato viene assorbito calore, mentre dall'altra viene ceduto. L'efficienza di una cella si misura proprio con il delta(T) (differenza di temperatura) che questa riesce a produrre tra le sue due superfici. Una cella di Peltier da circa 80Watt riesce, mediamente, a produrre una differenza di temperatura dal lato freddo al lato caldo di circa 70°. Per esempio, se la temperatura ambientale è di 25° una cella di Peltier a regime può generare -10° sul lato freddo e +60° sul lato caldo. 60-(-10)=70 per l'appunto.
Voi ora direte: bhe ma allora è una cosa facile da usare!
Cerchiamo di analizzare i contro che una cella di Peltier ha.

ASSORBIMENTO

Quasi tutte le celle di Peltier sono nate per lavorare a 15V, mentre come ben si sa, l'alimentatore del PC ne eroga solamente 12. Dato che la potenza della cella varia proporzionalmente al voltaggio impostando una proporzione si ha che una cella da 52W, se alimentata a 12v eroga una potenza di (52*12)/15= 42W mentre una di 72W ne eroga poco meno di 60W. La tabella a lato chiarisce la situazione.


A grandi linee, se si collega una cella ad un alimentatore da 300W questa ne limiterà la potenza a circa 255W nel caso di una cella da 52W o a 240W nel caso della cella da 72W. 240W sono poco più del minimo indispensabile per far funzionare correttamente un pc. Per alimentare una cella è raccomandabile quindi un ottimo alimentatore o ancora meglio utilizzare un secondo alimentatore di tipo AT che alimenti solo la cella (un alimentatore dedicato).

SMALTIMENTO DEL CALORE

Tutto il caldo che la Peltier toglie dal suo lato freddo viene dunque “trasportato” dall'altra parte, e se si vuole evitare di bruciare la cella bisogna dissipare la parte calda della cella. Se consideriamo un consumo di 40W della cpu, abbinato ad una cella di Peltier da 60W effettivi avremo da smaltire una quantità di calore prossima ai 100W. Non è necessario avere un sistema di raffreddamento che si riesca ad assorbire proprio tutti questi watt di calore, ma come detto prima se si raffredda troppo poco la cella si corre il rischio di bruciarla o di renderla inutile. Facciamo un esempio Se la superficie calda è a 80° (cifra indicativa, visto che una cella a quella temperatura si è già bruciata) vuol dire che quella "fredda" sarà a circa 50° (l'efficienza, e quindi il delta (T), delle Peltier diminuisce all'aumentare della temperatura d'esercizio) e 50° sulla cpu non sono certo un gran risultato che giustifichi l'impiego una Peltier! In poche parole per smaltire il calore prodotto da clock elevati dobbiamo comprare celle con W elevati.


Purtroppo più è potente la Peltier e più calore produce sul lato caldo, e in qualche modo bisogna smaltire questo calore! Attualmente gli unici sistemi ad aria forzata che possono sopportare una Peltier da 60-70W effettivi sono i dissipatori in rame abbinati ad una ventola da almeno 50CFM. Altrimenti si può passare a sistemi di raffreddamento a liquido, che a fronte di una maggiore difficoltà di realizzazione ed installazione garantiscono risultati nettamente migliori di quelli ad aria!

CONDENSA

Purtroppo al variare della temperatura dell'aria e dell'umidità che c'è in essa varia anche la temperatura minima degli oggetti su cui non si forma la condensa. La condensa e l'elettronica non vanno d'accordo quindi bisogna in ogni modo eliminarla, o quanto meno eliminarne gli effetti! Come facciamo ad eliminare la condensa?Isolando la cpu e la Peltier con schiume a celle chiuse (il migliore è il neoprene) in modo da mantenere l'umidità dell'aria distante dalla zona fredda, evitando così che questa possa condensare e provocare danni!


Si potrebbe anche siliconare la Peltier ed il coldplate al fondo del dissipatore, certo che poi risulterebbe un po' difficile togliere la peltier.

UTILIZZO DELLE CELLE DI PELTIER

Bisognerebbe abbinare un coldplate in rame (o ancora meglio in argento) alla Peltier. I core delle cpu attuali hanno infatti superfici dell'ordine del centinaio di mmq, generalmente poco più di 10x10mm, mentre una Peltier misura ben 40x40mm! Se la si appoggia direttamente sul core sia ha un doppio effetto negativo:
1- Di fatto si spreca il 70% della potenza refrigerante della cella stessa perché una parte della cella è a contato con niente.
2- La zona del lato freddo della cella che non è a contatto con la CPU si raffredda moltissimo, generando condensa.
Quindi bisogna usare un coldplate di un materiale che è un buon conduttore di calore, rame o argento, distribuendo così il calore prodotto su tutta la superficie disponibile della Peltier.


Ora si pone (nel caso venga utilizzata la cella abbinata ad un dissipatore ad aria) il problema dell'aggancio del blocco dissipatore+Peltier+coldplate al socket! Infatti la clip del dissipatore è tarata per una certa distanza tra il fondo del dissipatore stesso e gli agganci al socket, se questa distanza viene incrementata di 8mm, cioè 4mm di Peltier e 4mm di coldplate, la clip non riesce più ad arrivare agli agganci con il socket!

Ci sono varie soluzioni per risolvere questo problema:
1. Molto semplice ed efficace: si usano delle fascette che stringano gli agganci sul socket al dissipatore. Bisogna quindi serrare le fascette molto bene per assicurare una perfetta tenuta ed un perfetto appoggio dell'elemento refrigerante sul core.
2. Se si ha una motherboard Socket A (oppure un K7 su slot), si possono far passare attraverso i 4 fori ai lati del socket (rispettivamente ai lati del core nel caso del k7 su slot) 4 lunghe viti, con due sbarrette d'acciaio, opportunamente forate vicino alle estremità, che infilate nelle viti e strette con dei dadini premano sulla parte superiore del dissipatore per tenerlo stabilmente appoggiato al core.
3. Se abbiamo un WB si può creare una "U" di alluminio, che si attaccha agli agganci del socket e la si munisce, nella parte alta, di un pomello collegato ad una vite filettata che fa pressione sul WB, in modo tale che ruotando il pomello si stringa il gruppo radiante alla cpu.

CHE CELLA COMPRO?

Tenendo conto che i processori generalmente dissipano in calore dai 20W di un Duron 600 ai 80W nei casi di overclock estremo, quindi le potenze delle celle da 70-80W sono più che sufficienti a garantire un corretto smaltimento del calore.
Al contrario le celle da 55W sono più consigliate per overclock meno spinti, oppure per raffreddare schede video, anche se dovremo sacrificare 2 o 3 slot pci per far spazio al dissipatore per la cella. Per Thunderbird o Athlon XP si consigliano celle da 84W in su.

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