Dissipatori, che caldo che fa!

di GIORGIO BERTUZZI CAMPRECIOS

La vita moderna ci ha assuefatti a cose che, per il progresso che viviamo nella quotidianità, si danno per acquisite e non si pensa quali sforzi i progettisti hanno dovuto far fronte per ottenere risultati – non dico perfetti – ma più che accettabili.

Ad esempio, è normale aprire un rubinetto ed aspettarsi che esca un getto d’acqua al fine di riempire un bicchiere per dissetarci piuttosto che premere un interruttore ed aspettarsi che si accenda una lampadina che ci illuminerà la stanza.

Sono innovazioni recenti nella storia dell’umanità cui abbiamo fatto la consuetudine, eppure dietro la cosa apparentemente più semplice si cela uno studio approfondito dove nulla è lasciato al caso.

Parlando di computer, un componente immancabile che viene spesso visto come “scontato”, quasi banale, è il dissipatore del processore. Eppure svolge un ruolo così importante che se ne fosse privo la sua rottura sarebbe garantita in un tempo molto, ma molto, breve.

Cosa è un dissipatore per processori, come funziona e perché non se ne può fare a meno?

  • Perché non se può fare a meno?

Cominciamo quindi a dare delle risposte partendo dal perché non se ne può fare a meno? Come tutti sappiamo la corrente elettrica (I) si manifesta quando ai capi di un circuito elettrico e di un relativo “carico” (R) viene posta una fonte di energia, una tensione, (V) che lo alimenta.

Oltre a crearsi una corrente elettrica, si genera di conseguenza un effetto “indesiderato”, il calore.

Indesiderato, entro certi limiti, perché tra l’altro costituisce una perdita di potenza quindi di efficienza, ma questo è un discorso che esula al momento dalla nostra disquisizione.

Il calore dicevo, si manifesta con l’effetto Joule che può arrivare a livelli distruttivi in quanto nella sua formulazione più generale implica la trasformazione dell’energia elettrica in calore; e pure tanto da innescare incendi.

  • Come funziona un dissipatore?

Il calore generato dal passaggio della corrente elettrica deve essere quindi smaltito. Lo smaltimento del calore lo si ottiene non raffreddando, quindi conducendo il freddo verso il calore, ma realizzando il freddo per sottrazione di calore; cioè realizzando un sistema che favorisca la migrazione del calore da un sistema fisico ad un altro che abbia una temperatura iniziale inferiore.

E quindi come funziona un dissipatore? Per poter essere smaltito in modo ottimale il calore deve essere spostato fisicamente dal processore ad un ambiente dove non possa interagire in modo negativo con il “sistema computer” sfruttando i principi della termodinamica.

Il primo passaggio consiste nel porre il dissipatore a contatto fisico con il processore, quindi posizionato su di esso grazie a degli appositi sistemi di fissaggio realizzati con staffe e molle di ritenzione. Siccome è noto che l’aria è un cattivo conduttore termico si suole utilizzare, tra i due componenti, una pasta conducente che in realtà è un mix di metalli conduttivi che favoriscono la trasmissione del calore appunto per conduzione termica.

Il dissipatore stesso accumula il calore sino ad equiparare lo stesso grado termico del processore ponendo il “sistema fisico in equilibrio”, e per divenire quindi uno strumento efficace ed efficiente deve a sua volta cederlo all’esterno dove il calore – dissipato – risulti ininfluente o quasi.

  • Come è realizzato un dissipatore?

Per rispondere a questo quesito ci si deve chiedere come è realizzato un dissipatore per processori? L’ideale sarebbe che venisse realizzato con un materiale che sia tra i migliori metalli che conducano il calore stesso, come il l’argento, ma per ovvi motivi il rame va benissimo.

Ma anche il rame ha un costo legato alle tecnologie utilizzate per la sua realizzazione per cui si utilizza per il blocco  l’alluminio che funziona abbastanza similarmente al rame in rapporto ai costi, ed è quindi più economico.

Ci si limita al rame solo per la zona di contatto fisico col dissipatore, per il resto della realizzazione ci si affida quindi, come dicevo, all’alluminio.

Questo blocco di metallo, è realizzato con la tecnica costruttiva della fresatura a macchina CNC (controllo numerico), permettendo realizzazioni di forme impensate sino a pochi decenni fa, ed ha alle sue estremità una nutrita compagine di alette di raffreddamento che hanno lo scopo di aumentare la superficie di contatto con il fluido – aria o acqua – senza aumentare spropositatamente le dimensioni del componente stesso.

Il dissipamento del calore avviene in questo caso per convezione forzata per mezzo di un fluido che può essere acqua con un vero mini sistema di tubazioni e di radiatore o la più comune ed economica aria che fluisce tra le succitate alette cui si associa in entrambi i casi per renderla quindi una convezione forzata, una piccola ventola elettrica.

  • In conclusione:

La realizzazione dei dispositivi di raffreddamento dei processori o comunque di tutti quei componenti che generando grandi quantità di calore hanno la necessità di smaltirlo per evitarne l’autodistruzione, risponde a precise necessità che non sono affatto legate al caso, ma a requisiti progettuali ben precisi.

Perché è bene si raffreddare, ma altrettanto importante è raffreddare il sistema alla temperatura corretta di esercizio poiché è quella in cui il componente lavora meglio.

In finis quindi, un dissipatore può celare dietro la sua semplice apparenza principi complessi di calcolo progettuale che coinvolgono materie scientifiche come quella della termodinamica, principi di elettrotecnica  e della metallurgia piuttosto che avanzati processi realizzativi. Tutto ciò a dimostrazione che non è un dispositivo così banale e scontato anche nella assuefazione della nostra vita moderna.

Giorgio Bertuzzi Campreciós

Sistemista informatico nel campo delle telecomunicazioni, ho un passato fiorente in aziende come Italtel, Sirti, WIND e Fastweb. Mi diletto anche, per pura passione, nel realizzare siti web. Sono un appassionato motociclista, adoro lavorare il legno e adoro scrivere articoli, ed ogni tanto mi innamoro nel rileggerli.

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