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Arrefecimento a Líquido / PC Water Cooling

O Water Cooling é um sistema de refrigeração a líquido, normalmente água destilada, utilizado em computadores que segue o mesmo princípio dos sistemas de arrefecimento utilizados nos motores dos automóveis.
Existem sistemas de Water Cooling que podem ser usados para refrigerar apenas o CPU, mas outros podem expandir-se para o arrefecimento do Chipset da Motherboard, o GPU da placa de gráfica e as memórias RAM. O Sistema de Water Cooling consiste em quatro partes:

  • Block ou Water Block (Bloco) - são peças fabricadas em cobre (mais comum) ou alumínio e são responsáveis pela transferência de calor dos componentes do computador para o meio líquido;
  • Radiador (Dissipador) - responsável pela transferência do calor da água para o ambiente. Para otimizar a dissipação do calor, são utilizadas Fans que sopram ar da temperatura ambiente contra as alhetas e ductos do radiador;
  • Bomba - motor que mantém a circulação de água através de um circuito fechado composto por reservatório, mangueiras, waterblocks e pelo radiador;
  • Reservatório - Não é usado em todos os sistemas. É apenas um reservatório de água comum ou líquido específico, muitas vezes estilizado usando acrílicos coloridos.

As três partes são ligadas em série por mangueiras, formando um circuito fechado que é percorrido pelo líquido impulsionado pela bomba. O Block, em contato com o processador, dissipa o calor para o líquido, que circula no de seu interior. No radiador o líquido é arrefecido através da irradiação do calor através de uma ou mais Fans.

Circuito de Water Cooling

A principal vantagem do sistema de Water Cooling em relação ao Air Cooling é a eficiência. Muito dificilmente um sistema de Air Cooling será mais eficiente. Tem igualmente as vantagens de ser muito menos ruidoso e de menor consumo energético.

A eficiência de um sistema de Water Cooling, deve-se principalmente a dois fatores:

  • Uma vez que o sistema de Water Cooling é um sistema fechado, o ar do interior da Caixa não vai ter interferência no arrefecimento do componente. Como um meio líquido tem uma melhor capacidade de dissipação de ar, e como o ar quente do componente é transferido para o meio líquido do circuito, o nível de arrefecimento é mais elevado;
  • Igualmente, não existe dissipação de ar quente para o interior da caixa, logo o interior desta ficará com uma temperatura menor.

Os dois únicos inconvenientes são o preço (mais caros) e o requisito de um grande cuidado na instalação. Um sistema mal instalado pode provocar danos na máquina por derrame do líquido.

Tipos de Water Cooling

Pode instalar três tipos de sistemas de Water cooling:

  • Adquirindo os Componentes Necessários - os componentes são adquiridos separadamente. Permite ao utilizador escolher os componentes que pretende, nomeadamente a qualidade, preço e marca;
  • Sistema Montado em Kit - sistemas de Water Cooling já construídos, que apenas necessitam de ser montados. O mais usual neste tipo de sistema é destinarem-se apenas ao CPU. Neste caso, o sistema é composto por um Radiador e uma Bomba (Pump) que está integrada no Block. Os radiadores poderão ter diversas dimensões, sendo os mais compactos de 150 x 118 x 27, e os maiores de cerca de 122 x 275 x 27. Os radiadores necessitam de uma ou duas Fans, conforme o caso, para permitir uma melhor dissipação;
  • Sistema Desmontado em Kit - embalagem com todos os componentes necessários ao Sistema, o qual será integralmente montado pelo utilizador.

Kits de Water Cooling

Componentes Necessários para Montagem de Sistema de Water Cooling

Caso opte por selecionar os componentes para o Sistema de Water Cooling, tem como inconveniente o facto de ser mais caro e como vantagem o de poder selecionar os componentes que melhor se adequam ao seu perfil, quer económico quer do seu sistema.

Radiador

Como já foi referido, a função do radiador é a de dissipar o calor do líquido, ou seja, é um dissipador térmico. Por norma, quando maior melhor, mas deveremos tentar otimizar a relações entre o custo, o benefício e a qualidade.

 

Radiador Water Cooling

Normalmente os radiadores são construídos em alumínio, existindo também total ou parcialmente construídos em cobre.

Fans para o radiador

Devem ser acopladas Fans ao radiador, para uma melhor dissipação térmica. Terá te ter atenção às Fans que o radiador permite, nomeadamente as dimensões das Fans e a quantidade.

Bloco para CPU (CPU Water Block)

Neste caso, teremos de detalhar um pouco. O Bloco para CPU é composto pelas seguintes partes:

1 - Encaixes para Tubos de Líquido (Barbs) - locais onde se encaixam os tubos de líquido. Normalmente um é de entrada (in) e outro de saída (out);

2 - Anilhas vedantes (Rubber Washer) – em matéria isoladora e resistentes ao calor. Servem como vedante;

3 - Encaixe Superior da Motherboard (Front Plate) – em conjunto com o backplate formam o mecanismo de retenção do sistema de refrigeração. Como o socket do CPU define que furagens vai ter a motherboard, este encaixe tem de ser compatível com o socket (tal como o backplate);

4 - Reservatório de Líquido do Bloco– local onde vai circular o líquido de refrigeração;

5 - Anilha vedante (Rubber Washer) – em matéria isoladora e resistente ao calor. Serve como vedante;

6 - Dissipador – bloco dissipador térmico, cuja base vai estar em contato com o CPU. Aconselhável que seja de cobre;

7 - Backplate – dispositivo que se coloca na traseira da motherboard, para aparafusar o encaixe referido no ponto três. Como já foi referido, têm de ser compatíveis entre si e simultaneamente compatíveis com o socket do processador.

As partes referidas do ponto1 ao ponto 6, podem ser vendidas em separado ou em conjunto selado (não se pode desmontar). No conjunto desmontável, existe a possibilidade de repor partes danificadas.

O Bloco tem de ser adequado ao socket do CPU em que vai ser instalado

CPU Water Block

Blocos para outros componentes

Existem blocos para Placa Gráfica, Memória RAM e Chipset da Motherboard. Este componentes têm de ser selecionados de acordo com os modelos e marcas a que se destinam.

Waterblock Placa Gráfica, Waterblock RAM, Waterblock Chipset

 

Bomba (Pump)

A bomba (ou Pump) é responsável pela circulação do líquido. É constituída pelas seguintes partes

1 - Encaixes para Tubos de Líquido - locais onde se encaixam os tubos de líquido. Normalmente um é de entrada (in) e outro de saída (out);

2 - Turbina – cria a pressão necessária para a circulação de água;

3 - Anilha vedante (Rubber Washer) – em matéria isoladora e resistente ao calor. Serve como vedante;

4 - Motor – Movimenta a Turbina;

5 - Conetor de Alimentação– liga-se à motherboard ou à Fonte de alimentação, ou a ambos, dependendo da Pump. Nas bombas que permitem controlo PWM, têm conetores de quatro pinos para ligação à motherboard e um conetor para ligar a alimentação;

Por exemplo, na figura abaixo, o conetor A será ligado à fonte de alimentação e o conetor B será ligado à motherboard, no local destinado à ligação da cooler do CPU (marcado como CPU Fan ou similar). É de referir, que se a motherboard não possuir um conetor de 4 pinos, o PWM não funcionará.

Pump PWM

Bomba de Água - Pump

Existem diversos tipos de Pumps, com diversas dimensões e potências. Para selecionar uma Pump, deve analisar o seguinte:

  • Caudal - O débito ou caudal, é o volume de fluido que atravessa uma dada área por unidade de tempo e mede-se em litros/hora. Quanto melhor for o débito, melhor é o arrefecimento. Um valor de 600 L/H é adequado;
  • Decibéis / Db - a bomba também gera ruído, pelo que deve tomar atenção aos Db. Quanto mais baixo, melhor;
  • Alimentação - deverá verificar se a bomba é de 12 V, pois existem bombas de 220 V (não pode liga-las à fonte de alimentação). No caso das bombas de 12 V, possuem conetores para ligar à motherboard e/ou à Fonte de Alimentação do computador.

Nota: É conveniente instalar a Bomba a um nível inferior (abaixo de) do reservatório.

Reservatório

Existem reservatórios com e sem bomba incorporada. Um reservatório com bomba incorporada tem a vantagem de não ter a bomba a ocupar outro espaço no interior da caixa.

Normalmente coloca-se a questão da utilidade ou inutilidade do reservatório. É obrigatório ou não? Como sempre, quando falamos de sistemas, depende do contexto. Para já, interessa referir que um sistema de Water Cooling não pode ter ar no seu interior, ou seja, tem de ser completamente “fechado”.

No caso dos sistemas de Water Cooling em kit, não têm reservatório, porque o sistema foi devidamente “purgado” de bolhas de ar.

No caso dos sistemas de Water Cooling em que os diversos componentes são adquirido pelo utilizador, a única forma de manter o sistema “purgado” é com um Reservatório.

A função do reservatório é:

  • Permitir verificar o nível de líquido no sistema - O reservatório tem um indicador de nível de controlo do líquido. O utilizador deverá retificar a quantidade de líquido quando necessário;
  • Purgar o Sistema - Existe um orifício que se destina a esse fim(Figura 273); este deve ser aberto até deixar de verificar “bolhas” de ar nas tubagens. Após o sistema estar sem “bolhas”, o orifício deve de ser fechado.

Purgar Sistema de Water Cooling

Nota: O Reservatório deverá de ser instalado a um nível superior (acima de) da Bomba.

Acessórios para Encaixe

Existem acessórios para Water Cooling cujo uso é obrigatório. Referimo-nos aos acessórios de retenção e encaixe de tubagens.

A retenção e isolamento da tubagens é um fator crítico num sistema de Water Cooling, pois um sistema mal isolado provocará fugas de líquido, que podem danificar irremediavelmente os componentes que sejam atingidos pelas referidas.

Neste contexto, é condição obrigatória colocar anilhas de retenção em todas as juntas e fixar as tubagens aos dispositivos de entrada/saída do líquido. Vamos de seguida identificar os principais acessórios de retenção e encaixe:

1 - Encaixe (Barbs) - trata-se de pequeno tubos com roscas numa (ou nas duas) extremidade, que permitem ligar as tubagens aos diversos componentes (blocos do CPU e placa Gráfica, Radiador, Reservatório e Pump). A rosca que encaixa no componente é, em princípio, universal. A extremidade que vai ligar ao tubo tem de ser adequada às dimensões do tubo (que veremos no ponto a seguir);

2 - Retenção - os tubos colocados nos Barbs, deverão ficar devidamente ajustados, para que não seja derramado líquido. Por conseguinte, na extremidade que vai ser acoplada ao componente, devem ser colocadas anilhas vedantes. A extremidade acoplada ao tubo deve ter abraçadeiras ou outro dispositivo de retenção do tubo (ou ambos, se possível);

 

 

Acessórios Water Cooling, retenção, encaixe
Tubagens

Existem tubos para Water Cooling de diversos materiais e dimensões. A qualidade do material é muito importante, pois o tubo tem de permitir curvaturas perfeitas (ou seja, não pode criar “vincos”). O ideal é escolher um tubo que não seja demasiado flexível e que permita efetuar curvas sem vincar. Primeiro temos de identificar o diâmetro do tubo. O diâmetro dos tubos são identificados com um ID e um OD, em que:

  • ID - Inner Diameter - Diâmetro externo do tubo:
  • OD - Outer Diameter- Diâmetro interno do tubo;
  • A ordem em que as medidas são apresentadas é ID/OD - por exemplo um tubo 10/8 tem 10 mm de diâmetro externo e 8 mm de diâmetro interno.

O diâmetro do tubo tem influência no caudal. É óbvio que quanto mais largo for o tubo, maior é o fluxo. Mas quanto mais estreito maior é a velocidade do fluxo. As situações referidas vão depender do tipo de bomba. Se a bomba é de caudal elevado ou de caudal mais baixo.

  • Alto Fluxo - Bombas mais potentes provocam caudal elevado - como necessita de caudal mais elevado, necessitará de tubos mais largos;
  • Baixo Fluxo - Bombas menos potentes necessitam de maior velocidade do caudal - necessitara de tubos mais finos. Por norma são tubos de 8/6 mm ou 10/8 mm;

O facto de utilizar tubagens finas em alto fluxo, não vai melhorar o arrefecimento e vai provocar o desgaste da bomba. E se utilizar tubagens largas em baixo fluxo, o desempenho vai diminuir, pois a bomba não tem potência para enviar o caudal correto para o sistema.

Os sistemas de baixo fluxo, são os mais utilizados, pois têm um custo menor e idêntico desempenho em relação aos anteriores. Embora os dois conceitos sejam um pouco diferentes, um bom sistema de baixo fluxo e um bom sistema de alto fluxo têm sensivelmente o mesmo desempenho. O mais importante é que o sistema seja equilibrado, ou seja, com performance equivalente.

Para decidir que tipo de tubagem deve de utilizar, deverá ler o manual da Bomba, no qual mencionará que tubagens são adequadas.

Líquido de Arrefecimento

O melhor líquido para arrefecimento é a água destilada. Convém adicionar um aditivo anti corrosão e anti algas. As algas vão formar-se progressivamente por ação da luz a que o sistema esteja sujeito.

Uma boa forma de erradicar as algas, é colocar um pedaço de prata pura (pelo menos com 95% de pureza) com mais ou menos 11cm, no reservatório. Esta solução é mais eficaz que o aditivo mencionado.

Prata reservatório sistema water cooling

Não coloque corantes na água pois vão deixar resíduos no sistema a médio prazo. Se pretende “dar cor” ao seu sistema, compre tubos coloridos, ou opacos que reagem ao ultra violeta.

 

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Autor: José JR Crispim
Publicado em: Junho de 2013

Nota: se verificar alguma incorreção no presente artigo ou pretender acrescentar algo mais, pode enviar-me um e-Mail. Publicarei a correção e colocarei o autor da mesma.

 

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