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Teste: Quanta vazão você precisa?

É muito comum nossos clientes peguntarem: essa bomba dá conta do recado? O interessante é que mesmo as pessoas que nunca tiveram watercooler tem a noção de que um sistema complexo demanda uma boa bomba, tanto pelo aspecto hidráulico como pelo térmico.

Mas a questão é a seguinte: até que ponto a vazão faz a diferença? Quando é o momento ideal para um upgrade de bomba?

Para responder esta pergunta realizamos o seguinte teste:

HARDWARE do TESTE

CPU: i7 3770K (Socket 1155) @ 4400MHz

Motherboard: Asus P8Z77V-PRO

Memória: 2 x 4GB G.Skill Trident X 2400Mhz 10-12-12-31

GPU: GTX 580 SLI (Refrigeradas à Água em circuito independente)

Fonte: Sentey Golden Steel Power 1000W

SSD: 2x Mushkin Chronos Deluxe 120Gb (Raid 0)

Software do Teste

SO: Windows 7 64-Bit

Stress: OCCT - CPU Small data set

Monitoramento: OCCT - CPU-Z - Hardware Monitor - Asus AI Suite 2

Circuito do Watercooler

Reservatório EK Multioption Res X2 250 Basic

Bomba Swiftech MCP35x (variando a velocidade)

Radiador XSPC EX360 CrossFlow

3 x Scythe Gentle Typhoon AP29 - 3000rpm (Rodando a 41% = 1200rpm)

Bloco de CPU XSPC Raystorm

Manômetro

Sensores de temperatura e Medidor de vazão Koolance

Cuidados com este teste

Para evidenciar a influencia da vazão no desempenho do sistema reduzimos a velocidade das ventoinhas de 2000 rpm para 1200rpm.

Para garantir a estabilidade do sistema em todo o teste abaixamos o overclock para 4400Mhz

Para testar o sistema com vazões mínimas, incluímos no circuito um bloco Swiftech Apogee XT, ele não foi usado em subtituição ao raystorm, apenas foi incluído como um redutor de vazão.

RESULTADOS

Resumo_vazao.png

graficos_vazao.png

Nos testes 1 e 2 foi utilizado o bloco SWiftech Apogee XT (como um bloqueador de fluxo apenas) a troca térmica continua sendo feita pelo Raystorm.

NÚMERO de REYNOLDS

O número de Reynolds não tem nada a ver com informática, hardware, overclock e dificilmente será considerado ou citado em qualquer teste. Eu realmente não me lembro de ter visto ele ser lembrado desde que comecei a estudar e testar watercooler em 2009 em qualquer review na Internet.

O número de Reynolds é um parâmetro hidráulico, que não tem unidade de medida (adimensional) e sua explicação é puramente experimental.

O cálculo do N° de Reynolds é:

Densidade x Velocidade de Escoamento x diâmetro interno da tubulação

Viscosidade do fluido

O número de reynolds é usado para identificar e caracterizar os dois tipos de escoamento que existem na natureza.

REGIME LAMINAR - É o fluxo lento, onde o fluido escoa suavemente pelo circuito, não se mistura e pode criar caminhos preferenciais.

REGIME TURBULENTO - É o fluxo forçado, onde o fluido se mistura enquanto flui e se desloca igualmente por toda a secção do tubo.

Para termos uma noção exata da diferença, vamos imaginar um tubo entupido com areia.

Com o fluxo laminar, não tem força para empurrar a areia, que servirá como um filtro ou no máximo o fluido abrirá um orifício na barreira de areia, criará um caminho preferencial e não limpará o tubo. É um fusca velho.

No regime turbulento o fluido empurra a areia completamente e limpa o tubo instantaneamente, outro nível. É uma Ferrari.

Para tubos, considera-se que o regime é turbulento quando o N° de Reynolds é maior que 4500 e laminar quando este é menor que 3000, no intervalo entre 3000 e 4500 consideramos um período de transição que apresenta características de um ou outro tipo de fluxo caso a caso.

Discussão sobre os resultados

Gráfico: Número de Reynolds

Considerando um N° de Reynolds maior que 4500 para regime turbulento temos tubulência para todos os testes onde a vazão é maior que 3000 ml/min.

Gráfico: Temperatura média dos núcleos

A análise pura deste gráfico pode indicar uma tendência a melhora do desempenho com o aumento da vazão, mas gera dúvidas e imprecisão se analisado como apresentado, para ser analisado corretamente devemos considerar a temperatura ambiente.

Todo watercooler, é, no fim da linha, um Air cooler, pois refrigeramos o CPU com água e a água com ar. O que acontece nessa tecnologia é que onde existe uma área restrita à transferência térmica utilizamos um bom condutor de calor: o bloco e a água. Para refrigerá-la, onde utilizamos o pior condutor de calor da natureza, o ar, aumentamos a área de trocas brutalmente com o uso de radiadores duplos ou triplos.

Gráfico: Dif de temp (média dos núcleos - Amb) °C

A analise deste gráfico mostra uma tendencia interessante. Aqui temos uma clara indicação de que quanto maior a vazão melhor o desempenho.

Eu dividiria este gráfico em dois patamares, onde temos um desempenho inferior para o regime laminar e um desempenho superior para o regime turbulento.

O regime de escoamento claramente influencia mais o desempenho do que o próprio aumento da vazão considerando o mesmo regime.

Gráfico: Calor dissipado (W)

O cálculo do calor dissipado inclui três variáveis medidas durante o teste: A vazão e a temperaturas do fluido na entrada e saída do bloco.

Este é o valor do teste mais sujeito a erro experimental, pois a menor diferença considerável pelo nosso instrumento de medição (0,05°C) representa até 25% (0,2°C)do fator relativo a temperatura no cálculo do calor dissipado. Sendo assim, uma analise errada siginifica 25% de erro. Felizmente conseguimos bons resultados que levam a mesma conclusão que a análise anterior:

O regime de escoamento claramente influencia mais o desempenho do que o próprio aumento da vazão considerando o mesmo regime.

Gráfico: Dif de temp do fluido (Saída do bloco - Entrada do Bloco) (°C)

É notável como a variação da vazão influencia muito esse fator.

Isso se deve ao fato do tempo de residência do fluido dentro do bloco ou do radiador.

Quanto menor a vazão, mais tempo o fluido fica dentro do bloco e mais recebe calor do CPU, mais tempo fica dentro do radiador e mais calor se dissipa para o ar.

A TEORIA DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Em teoria se diz que em todos os processos de transferência de calor existe uma força motriz e umaresistência a troca térmica.

A força motriz é a diferença de temperatura, ou seja, sempre que houver diferença de temperatura entre dois corpos quaisquer, haverá transferência de calor.

A resistência é tudo aquilo que existe entre os corpos, seja sólido, líquido ou gasoso. Em resumo tudo que existe gera uma resistência à troca térmica, algumas coisas mais (como o ar, o isopor, a madeira e todos os materiais porosos) e outras menos (como o fluido Pó de Diamante, o vapór de água, etc).

CONCLUSÃO

Fica claro que havendo o regime turbulento (a partir de 3,0L/min para tubulação de 1/2" de diametro interno) temos o melhor desempenho térmico, quando consideramos a influência da bomba no nosso sistema de watercooler.

Uma grande vazão dentro do regime turbulento também ajudará no desempenho, ainda que o grande diferencial seja o regime de escoamento. Eu diria que com 3,0L/min, 95% do desempenho máximo que se pode atingir considerando um aumento de vazão é atingido.

Mas vazão nunca será demais.

No entanto também fica claro que o que limita o desempenho é o bloco.

A maior força motriz que não se traduz em transferência térmica neste sistema é no bloco: A temperatura do CPU fica na média dos 69°C e a água sai a menos de 30°C, ou seja ainda temos uma força motriz ociosa de cerca de 40°C.

No radiador a força motriz entre a temperatura da água na saída do radiador para a temperatura ambiente é de apenas 4°C, ou seja, é muito menor e demanda uma área muito grande e uma vazão de ar montruosa para diminuí-la.

O desenvolvimento da tecnologia de watercooler deve ser acentuado para o desenvolvimento de blocos. Paretto já dizia... o mais importante primeiro...

Testado e analisado por Tiago Martins

Erro Experimental

Uma determinada temperatura medida em um de nossos termômetros pode não ser na realidade esta temperatura, mas a VARIAÇÃO é precisa. O que isso quer dizer? Se uma temperatura sobe 1°C, esta variação é sensível ao termômetro, assim se a temperatura da água sobe ao passar pelo bloco, temos uma medida de VARIAÇÃO precisa, isto é, digamos que a tempratura real seja 28,5°C e a temperatura lida seja 27,9°C. Temos uma diferença de 0,6°C, mas caso esta temperatura se eleve para 29,3°C a temperatura lida será de 28,7°C. Assim a VARIAÇÃO que é o que entra no cálculo de calor dissipado é válido!

O mesmo vale para o medidor de vazão e manômetro.

Dúvidas? Envie email para tiago@gbawatercooler.com.br

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