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L'heat-pipe o pompa di calore

Sistemi di raffreddamento passivo: l'heat-pipe o pompa di calore
Articolo a cura di: Marco Sprocatti

Introduzione
La richiesta di sempre maggiore enrergia per il funzionamento di un PC, in particolar modo della CPU e della GPU, ha portato, anno dopo anno, come diretta conseguenza, al miglioramento dei sistemi di raffreddamento. I sistemi di raffreddamento ad aria necessari a smaltire il calore prodotto sono diventati così sempre più efficienti ma al contempo sempre più rumorosi. La tecnologia avanza, e con essa sono cresciuti anche i bisogni degli utilizzatori: da qui l'aumento della richiesta di un PC silenzioso ma prestante.
I metodi per ottenere questo risultato si sono diversificati. C'è chi ha scelto di utilizzare ventole con regimi di rotazione inferiori (che generano quindi minor rumore) ma di diametro maggiore; chi è passato a sistemi di raffreddamento a liquido, ma che comportano complessità nel montaggio e necessitano di manutenzione periodica; chi invece ha sviluppato maggiormente i sistemi di raffreddamento passivo.
Il raffredamento passivo è sicuramente il meno efficiente di tutti ma, senza dubbio, è l'unico che garantisce il silenzio assoluto. In questo articolo spieghiamo il funzionamento dell'heat-pipe, il sistema di raffredamento passivo piu' utilizzato ed ad oggi il piu' efficiente.

Un po' di fisica
Per capire il principio di una pompa di calore è necessario avere prensenti alcuni concetti di fisica.
Innanzi tutto ci viene in aiuto il secondo principio della termodinamica che dice che il calore fluisce spontaneamente dai corpi più caldi a quelli più freddi.
Poi ci serve sapere che ogni elemento chimico può esistere in natura allo stato gassoso, allo stato liquido e in quello solido. La maggior parte degli elementi, in condizioni ambientali, si trova allo stato solido. Fanno eccezione mercurio e bromo che sono allo stato liquido e neon, elio, argon, kripton, xenon, radon, idrogeno, azoto, ossigeno, fluoro, cloro che sono allo stato gassoso. Il passaggio da uno all'altro di questi stati è detto passaggio di stato. Variando la temperatura oppure la pressione (o entrambe), ogni elemento può mutare il suo stato fondamentale. Aumentando la temperatura e diminuendo la pressione si ottiene, di regola, un passaggio solido/liquido/gassoso. Ovviamente il percorso inverso lo si ottiene diminuendo la temperatura ed aumentando la pressione.

Funzionamento
L'heat-pipe è un circuito di raffredamento a liquido che non ha bisogno di una pompa meccanica per spostare il liquido al suo interno. Il liquido refrigerante infatti scorre al suo interno autonomamente secondo le leggi fisiche esposte in precedenza per effetto del calore.

Le pareti dell'heat-pipe sono rivestite di un materiale capillare avente al suo interno un fluido e quando sono messe a contatto con un corpo a temperatura superiore alla loro ne assorbono il calore. Nella parte a contatto, detta evaporatore, il liquido si riscalda velocemente ed evapora salendo verso l'alto. Il vapore giunto all'estremità piu' fredda della pompa di calore, detta condensatore, si raffredda nuovamente a tal punto da tornare allo stato liquido. Il fluido, tornato così allo stato originario, viene assorbito per gravità e capillarità dalle pareti dell'heat-pipe e ritorna verso l'evaporatore dove il ciclo ricominica dall'inizio. Non essendoci parti meccaniche in movimento il sistema risulta essere completamente silenzioso.

Applicazioni
Questo sistema di raffredamento viene spesso usato per raffreddare i "bollenti spiriti" delle GPU e delle CPU. Alle volte al semplice raffreddamento passivo viene abbinato un raffreddamento attivo tramite ventole a basso numero di giri che aiutano a smaltire con maggiore velocità il calore, mantenendo pero' un livello di rumore inudibile. Nella foto un dissipatore ThermaTake per CPU K8.

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