jueves, 2 de febrero de 2017

Heatpipes. Conducción de calor optimizada – IdeasYCiencia

Hace ya años que prácticamente todos los radiadores utilizados en la refrigeración de nuestros procesadores y GPUs contienen en su diseño este elemento, el heatpipe. Estos suelen ser exteriormente de cobre, a veces pasivado con zinc o cromados para evitar su oxidación por el aire.

Heatpipe_interior_01Un heatpipe de un radiador Zalman seccionado.

Como ejemplo he fotografiado un ejemplar de Scythe por la plasticidad y belleza de las imágenes:

Scythe_02

En este caso hay dos bloques de láminas de aluminio que atrapan a modo de sándwich los 5 heatpipes por ambos lados, estando en contacto cada lámina del radiador con 10 heatpipes. Esto asegura una excelente transferencia de calor.

Scythe_01

Los heat pipes contienen en su interior una estructura que les da sus increíbles propiedades de conducción térmica, muy superiores a barras sólidas de metal del mismo grosor.

Scythe_03

La estructura interna consiste normalmente en polvos, partículas o mallas de metal conductor térmico (cobre) junto a un líquido volátil a presión muy reducida para favorecer su cambio de fase vapor –> líquido y líquido –> vapor en un ciclo continuo que logra evacuar con alta eficiencia el calor de los hot spots.

Heatpipe_sección_01Sección transversal de un heatpipe.

Scythe_amp_02

Un heat pipe llega a un rendimiento de 100 kW / (m⋅K), algo muy superior a los 0.38 kW / (m⋅K) de un excelente conductor térmico como el cobre puro o los 0.24 kW / (m⋅K) del aluminio.

Scythe_amp_04

En el centro del die de una CPU Core i7, en carga máxima FPU AVX, es fácil llegar a los 70 – 75º C con un buen combo radiador – ventilador en un chasis bien ventilado. En esa zona el líquido en contacto con la pared a 70 ºC se evapora y en ese cambio de fase roba calor al metal en contacto con la CPU.

Es el calor robado en esa transición de fase líquido –> vapor es el que da la brutal eficacia a los heat pipes.

Scythe_amp_05

Para conseguir una buena transmisión de calor del heatpipe de cobre a la láminas de aluminio estos van soldados, normalmente con estaño.

CFD_IsoSkin_Heat_PipeSimulación CFD de un heatpipe plano o vapor chamber.

La física de la dinámica de fluidos y la disipación térmica es apasionante.

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Carlos Yus Valero – informaticapremium informaticapremium-logo-150px[3]