Dissipatori per l’elettronica

Dissipatori

• In elettronica un dissipatore è un dispositivo, montato generalmente su una scheda elettronica, che consente l'abbassamento della temperatura dei componenti elettrici e/o elettronici presenti che sprigionano calore come transistor e processori, evitando che il surriscaldamento degli stessi ne provochi il malfunzionamento o l'arresto.

• I materiali utilizzati sono il rame e l'alluminio; il primo viene impiegato nei casi dove occorra la massima efficienza nel trasferimento termico, accettandone il maggior costo e il maggior peso specifico, l'alluminio viene scelto per condizioni operative meno impegnative.

Dissipatori attivi

• Dispongono di un corpo dissipante alettato in alluminio o rame, attraverso il quale viene fatto passare un flusso d'aria generato da una ventola, che ne asporta il calore trasferendolo lontano dal componente.

• È il sistema di raffreddamento di minore ingombro e più economico, e può essere più o meno rumoroso a seconda dell'efficienza del corpo dissipante, della velocità di rotazione della ventola e dalla qualità dei cuscinetti adottati.

Dissipatori attivi

Dissipatori passivi

• Costituiti da lamelle in rame o alluminio molto ravvicinate, tenute insieme da una struttura portante, anch'essa in rame e/o alluminio. Le lamelle possono essere realizzate con procedimenti diversi: pressofusione dell'alluminio, ribattitura o saldatura delle stesse ad un blocco portante, o ricavate per fresatura dal pieno (il più costoso).

Dissipatori passivi

• Una superficie alettata (o alettatura) è una parete avente una superficie interna (lato processo) ed una superficie esterna (lato ambiente) con aree assai differenti: questo permette al fluido raffreddante, in genere aria, di scambiare più velocemente calore. L'aria ha infatti un basso coefficiente di scambio termico, e per aumentarlo è quindi necessario impiegare una superficie di scambio abbastanza estesa.

Dissipatori passivi

• Il calore viene dissipato grazie alla conduttività termica del metallo utilizzato ed alle correnti convettive che si generano, per effetto della differenza di temperatura, nell'aria intorno al dissipatore.

• Per questo è molto importante che il dissipatore venga posizionato nel verso giusto: ovvero bisogna fare in modo che l'aria abbia la possibilità di scorrere in verticale lungo le superfici del dissipatore, perciò le alette del dissipatore devono essere orientate in verticale e mai in orizzontale.

Dissipatori passivi

• Nel caso del dissipatore, per il fatto che questo si trova a temperatura superiore rispetto agli oggetti circostanti l'energia emessa è maggiore di quella ricevuta.

• Il contributo dell'irradiazione alla dissipazione è predominante alle basse temperature e si può dire che sia praticamente l'unico mezzo di dissipazione di calore per i componenti elettronici comuni. Per i dissipatori in genere ha luogo un mix di scambio convettivo e irradiazione che viene raggruppato sotto la definizione di adduzione, a cui si riferiscono i coefficienti che solitamente si trovano in giro.

Dissipatori ad acqua

• Questi dissipatori sono dei veri e propri piccoli impianti di raffreddamento, dove l'acqua, fatta circolare da una pompa, passa attraverso il waterblock, un dispositivo che ha lo scopo di assorbire il calore dal componente da raffreddare e trasferirlo all'acqua in circolo, la quale fluendo attraverso un radiatore attraversato da un flusso d'aria generato da una o più ventole, il calore dell'acqua viene disperso nell'ambiente.

Dissipatori ad acqua

Celle di Peltier

• La cella di Peltier è fondamentalmente una pompa di calore a stato solido dall'aspetto di una piastrina sottile; una delle due superfici assorbe il calore mentre l'altra lo emette. La direzione in cui il calore viene trasferito dipende dal verso della corrente continua applicata ai capi della piastrina stessa.

Celle di Peltier

• Una comune cella Peltier è formata da due materiali semiconduttori drogati di tipo N e di tipo P, collegati tra loro da una lamella di rame. Se si applica al tipo N una tensione positiva e al tipo P una tensione negativa, la lamella superiore si raffredda mentre quella inferiore si riscalda. Invertendo la tensione lo spostamento di energia termica viene invertito.

Celle di Peltier

• Le celle di Peltier sono usate laddove occorra raffreddare piccole quantità di materiale in modo rapido. Sono utilizzate per esempio per congelare campioni biologici, per raffreddare i sensori CCD di telescopi e termocamere, nei laser per mantenere stabile la temperatura di lavoro e alcune volte per raffreddare le CPU o GPU utilizzando una heat pipe per raffreddare il lato della cella che si riscalda.

Heat pipe

• Un heat pipe (condotto termico) è un meccanismo di scambio di calore che può trasportare delle grandi quantità di calore con una differenza molto piccola nella temperatura fra le interfacce calde e fredde.

Heat pipe

• Un heat pipe (condotto termico) tipico è un tubo (cilindro cavo) di metallo termoconduttore, ad esempio rame o alluminio, chiuso, contenente una piccola quantità di fluido refrigerante quali acqua, etanolo o mercurio; il resto del tubo è riempito dal vapore del liquido, in modo che non siano presenti altri gas.

• Un heat pipe serve per trasferire calore da un estremo (caldo) all'altro (freddo) del condotto, per mezzo dell'evaporazione e condensazione del refrigerante. L'estremo caldo, a contatto con una sorgente di calore, cede calore al liquido refrigerante, che vaporizza e perciò aumenta la pressione del vapore nel tubo. Inoltre, il calore latente di vaporizzazione assorbito dal liquido fa diminuire la temperatura all'estremo caldo del cilindro. La pressione del vapore vicino all'estremo caldo è più alta di quella d'equilibrio all'estremo freddo, perciò questa differenza di pressione fa sì che ci sia un trasferimento molto veloce di vapore verso l'estremo freddo, dove il vapore in eccesso rispetto all'equilibrio condensa, cedendo calore all'estremo freddo.

Uso di heat pipe

Raffreddamento ambientale - PUE

Esempi di architetture di data center