Semua jenis pendinginan

Panduan Perangkat Keras » Tutorial » Semua jenis pendinginan

Dalam dunia komputasi, menjaga suhu komputer tetap terkendali sangat penting untuk memastikan kinerja optimal dan memperpanjang umur komponen-komponennya. Salah satu kekhawatiran yang paling umum adalah Pendinginan PC, karena panas berlebih dapat menyebabkan masalah seperti kerusakan sirkuit, penurunan kinerja, dan bahkan risiko kegagalan fatal. Dalam artikel ini, kita akan membahas berbagai jenis pendinginan yang tersedia untuk komputer pribadi, mulai dari sistem udara tradisional hingga solusi pendinginan cair canggih. Kami akan mengungkap fitur, manfaat, dan pertimbangan utama masing-masing untuk membantu Anda memilih opsi terbaik sesuai kebutuhan dan menjaga PC Anda tetap dingin, bahkan dalam situasi yang paling menantang sekalipun.

Jenis-jenis pertukaran suhu

Ada beberapa jenis pertukaran suhu yang terjadi dalam berbagai konteks. Di bawah ini, saya menyajikan beberapa yang utama:

1. MenyetirPerpindahan panas adalah proses perpindahan panas melalui tumbukan partikel-partikel dalam zat padat atau antar zat padat yang bersentuhan langsung. Energi panas merambat dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah.
2. KonveksiPerpindahan panas: mengacu pada perpindahan panas yang terjadi karena pergerakan fluida, baik cair maupun gas. Fluida panas bergerak dan membawa energi panas, sementara fluida yang lebih dingin menggantikannya. Hal ini memungkinkan perpindahan panas yang efisien.
3. Radiasi: Perambatannya tidak memerlukan medium material. Energi termal ditransmisikan melalui gelombang elektromagnetik, seperti radiasi inframerah. Contoh umum adalah pemanasan Matahari, yang memancarkan panas ke Bumi melalui radiasi.
4. Penguapan: terjadi ketika cairan menyerap panas dari lingkungannya dan berubah menjadi uap. Ketika menguap, cairan tersebut menarik energi panas dari lingkungannya, menyebabkan suhunya turun.

Ini hanyalah beberapa contoh jenis pertukaran panas yang paling umum. Penting untuk dicatat bahwa dalam banyak kasus, kombinasi mekanisme ini terjadi dalam situasi perpindahan panas yang lebih kompleks. Hal ini penting untuk pemahaman yang mendalam tentang jenis-jenis refrigerasi berikut.

Jenis pendinginan:

Untuk mempelajari semua jenis pendinginan untuk komputer dan komponen elektronik yang ada saat ini, kami akan membuat ringkasan ini. diklasifikasikan berdasarkan kelompok:

Lemari es por aire

Ketika berhadapan dengan pendingin udara Yang kami maksud adalah yang tidak menggunakan cairan untuk melakukan pertukaran suhu. Dalam tipe ini, terdapat:

Tanpa perangkat pendingin apa pun

Dalam hal ini, perangkat elektronik atau chip tidak memiliki tidak ada jenis sistem pendingin. Mereka cukup menggunakan permukaan perangkat itu sendiri untuk memancarkan panas yang dihasilkan dan mendinginkannya melalui konveksi udara di sekitarnya. Jenis pendinginan ini dipilih untuk banyak perangkat yang tidak terlalu panas atau tidak terlalu terpengaruh oleh panas dibandingkan perangkat lain.

Ada kemungkinan juga yang sama digunakan terminal atau koneksi ke PCB Panas tersebut dapat melewatinya dan menghilang. Lebih lanjut, beberapa kemasan 2.5D atau 3D yang saat ini sedang diproduksi juga menerapkan sistem pendingin lain yang dapat disertakan dalam bagian ini, meskipun lebih canggih, seperti microbumping atau interposer organik berisi kaca untuk meningkatkan disipasi panas di dalam kemasan.

Pasif

Untuk meningkatkan hal di atas, meskipun berdasarkan prinsip perpindahan panas yang sama, elemen pasif ditambahkan di sini, seperti pendingin, juga dikenal sebagai pendinginan tanpa kipas. Hal ini umum ditemukan pada beberapa chip pengontrol, chipset, transistor MOSFET, VRM, dan sebagainya.

Biasanya terbuat dari aluminium (lebih ringan dan murah, tetapi konduktivitas termalnya lebih buruk), buatan tembaga (lebih padat, lebih mahal dan memiliki konduktivitas termal yang lebih baik), atau paduan (cukup populer di antara solusi komersial), meskipun ada beberapa solusi yang menggunakan logam mulia lainnya seperti emas (biasanya hanya digunakan dalam bak mandi, dengan inti aluminium atau tembaga), grafit, Karbal (20% aluminium + 80% karbon), dll.

Diantara beberapa bahan dengan konduktivitas terbaik untuk heatsink kami memiliki:

1. Logam: Mereka merupakan konduktor termal yang baik karena struktur kisi kristalnya dan kemampuan elektron untuk bergerak bebas. Beberapa konduktor termal terbaik adalah tembaga, perak, dan aluminium.
   • Tembaga (Cu): Ini adalah salah satu konduktor termal terbaik di antara logam-logam yang umum digunakan. Ini banyak digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan perpindahan panas yang efisien, seperti kabel listrik, pipa air, dan komponen elektronik.
   • Perak (Ag): Logam ini memiliki konduktivitas termal tertinggi di antara semua logam, menjadikannya konduktor termal yang sangat baik. Namun, karena harganya yang mahal, penggunaannya terbatas pada aplikasi spesifik yang membutuhkan efisiensi termal luar biasa, seperti aplikasi ilmiah dan teknologi tinggi.
   • Aluminium (Al)Tembaga adalah logam lain yang banyak digunakan dengan konduktivitas termal yang cukup tinggi. Meskipun konduktivitas termalnya lebih rendah daripada tembaga dan perak, kepadatan dan biayanya yang rendah membuatnya populer dalam aplikasi perpindahan panas, seperti heat sink dan radiator.
   • Emas (Au): Dikenal karena konduktivitas listriknya yang sangat baik, ia juga memiliki konduktivitas termal yang baik. Meskipun penggunaannya dalam aplikasi perpindahan panas kurang umum karena biayanya yang tinggi, ia digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan keandalan dan stabilitas termal yang tinggi.
2. GrafitBentuk karbon ini memiliki struktur berlapis yang memungkinkan konduktivitas termal tinggi pada bidang lapisan. Hal ini menjadikannya konduktor termal yang sangat baik, terutama pada arah tegak lurus terhadap lapisan.
3. Berlian: Karbon juga merupakan konduktor termal yang sangat baik karena ikatan kovalen yang kuat antar atom karbonnya. Struktur ini memungkinkan perpindahan panas yang cepat dan efisien.
4. Keramik teknisBeberapa keramik rekayasa, seperti aluminium nitrida dan boron nitrida, menunjukkan konduktivitas termal yang tinggi. Material ini digunakan dalam aplikasi suhu tinggi yang membutuhkan pembuangan panas yang efisien.

Memang benar bahwa material seperti grafit, berlian, atau keramik biasanya tidak digunakan untuk membuat heatsink karena harganya yang mahal atau masalah teknis lainnya. Namun, material tersebut digunakan sebagai dasar pasta termal.

Activa

Dalam kasus pendinginan aktifDalam hal ini, heat sink yang serupa dengan metode sebelumnya digunakan, tetapi efisiensi pendinginan ditingkatkan dengan menambahkan kipas yang menghasilkan aliran udara untuk mengeluarkan panas lebih cepat. Dengan kata lain, udara akan mempercepat proses perpindahan panas konveksi dengan membuang udara panas di sekitar sirip heat sink dan memungkinkan udara yang lebih dingin masuk di antaranya. Selain itu, ketika mempertimbangkan jenis pendinginan ini, perlu diperhatikan bahwa jenis kipas berikut dapat ditemukan terpasang pada heat sink:

• Aksial: Ini umumnya digunakan untuk CPU, antara lain, dan memproyeksikan udara di atas heatsink. Biasanya bilahnya lebih sedikit, meskipun diameternya lebih besar. Namun, tekanan udaranya tidak terlalu tinggi.
• Radial (peniup)Anda dapat melihatnya di banyak GPU, misalnya. Tidak seperti model terbuka, model ini menggunakan rumah untuk menyalurkan udara yang melewati radiator. Model ini memiliki lebih banyak bilah dan mengandalkan efek sentrifugal. Hal ini membuatnya lebih kompleks dan berisik, tetapi meningkatkan tekanan udara.

Pendinginan cair

Selain pendingin udara, kami juga memiliki pendinginan cair, di mana kita juga dapat membedakan antara pasif dan aktif:

Pasif

La pendinginan pasif Sistem ini berbasis heat sink dengan pipa panas (heatpipe), yaitu tabung tembaga atau aluminium, yang terintegrasi. Pipa panas ini berisi fluida dalam fase cair bertekanan rendah yang berubah menjadi uap ketika menyerap panas, naik ke area terdingin untuk mengembun kembali dan memulai kembali siklus. Pipa panas biasanya berupa tabung ganda, dengan tabung luar mengangkut cairan dingin dan tabung dalam memungkinkan uap melewatinya. Cairan seperti air, alkohol, atau freon digunakan, yang karena bertekanan rendah, menguap pada suhu yang lebih rendah. Jenis pendinginan ini sangat berguna pada perangkat portabel atau dalam situasi yang membutuhkan pendinginan udara yang lebih baik tanpa opsi pemasangan sistem pendingin cair aktif.

Pipa panas ini Mereka pada dasarnya terdiri dari:

• Tabung tertutup: Pipa panas terdiri dari tabung tertutup rapat, biasanya terbuat dari tembaga atau aluminium, berbentuk silinder atau pipih. Tabung ini memiliki struktur internal yang sangat konduktif terhadap panas.
• Fluida kerjaDi dalam tabung heatpipe tertutup terdapat fluida kerja, biasanya air atau cairan lain dengan konduktivitas termal tinggi. Fluida kerja dipilih secara cermat untuk memanfaatkan karakteristik penguapan dan kondensasinya.
• Sumbu atau kapilaritasDi dalam tabung tertutup, terdapat sumbu atau struktur kapiler yang menempati sebagian ruang kosong. Sumbu membantu mengangkut cairan kerja dari zona kondensasi ke zona penguapan melalui aksi kapiler. Selain itu, sumbu memfasilitasi kembalinya cairan yang terkondensasi ke zona penguapan.

Tabung-tabung ini umumnya terbuat dari tembaga. Tabung-tabung ini juga selalu dilengkapi dengan heatsink.

Activa

La pendinginan cairan aktif Untuk PC, pendinginan cair adalah sistem pendingin yang menggunakan cairan, biasanya air, untuk menghilangkan panas yang dihasilkan oleh komponen internal komputer, seperti prosesor dan kartu grafis. Tidak seperti pendinginan udara, yang menggunakan kipas untuk mengekstrak panas, pendinginan cair aktif menggunakan sirkuit tertutup yang terdiri dari tabung dan blok yang mengalirkan cairan pendingin.

itu bagian utama sistem pendingin cair aktif untuk PC adalah sebagai berikut:

1. blok: Ini adalah komponen yang diletakkan langsung di atas prosesor untuk mentransfer panas yang dihasilkan. Komponen ini biasanya memiliki alas tembaga atau aluminium yang bersentuhan langsung dengan permukaan prosesor.
2. PompaIni adalah jantung dari sistem pendingin cair dan bertanggung jawab untuk memindahkan cairan pendingin melalui tabung dan blok. Pompa dapat diintegrasikan ke dalam blok air atau dipisahkan sebagai unit terpisah.
3. Radiator: Ini adalah komponen yang bertanggung jawab untuk membuang panas dari pendingin. Komponen ini terdiri dari serangkaian sirip logam (biasanya aluminium) yang bersentuhan dengan udara sekitar. Radiator ditempatkan secara strategis di dalam casing PC untuk memungkinkan pembuangan panas.
4. PenggemarRadiator dilengkapi dengan satu atau lebih kipas yang mengekstrak panas dari radiator dengan mendorong aliran udara melalui sirip-siripnya. Kipas-kipas ini dapat dikontrol secara otomatis berdasarkan suhu atau diatur secara manual oleh pengguna.
5. TabungIni adalah saluran fleksibel yang mengalirkan cairan pendingin dari blok air ke radiator dan sebaliknya. Saluran ini biasanya terbuat dari bahan yang tahan lama dan fleksibel, seperti karet atau nilon, agar mudah dipasang.
6. Deposit atau reservoirBeberapa sistem pendingin cair aktif memiliki reservoir tambahan untuk menyimpan cairan pendingin dan memastikan pasokan yang konstan. Reservoir ini mungkin memiliki level yang terlihat untuk memverifikasi level cairan pendingin.

Ini adalah bagian mendasar dari sistem pendingin cair aktif untuk PC, meskipun dapat bervariasi tergantung pada desain dan kebutuhan spesifik sistem pendingin.

Di sisi lain, perlu juga dicatat bahwa mereka mungkin memiliki pendingin yang berbeda, sebagai:

1. Air suling + pewarnaAir suling: pendingin dasar yang banyak digunakan dalam sistem pendingin cair. Harganya terjangkau dan memiliki kapasitas perpindahan panas yang baik. Namun, perlu diperhatikan bahwa air suling dapat bersifat konduktif dan dapat menyebabkan korosi jika tidak digunakan dengan benar dengan komponen yang tepat.
2. GlikolGlikol, seperti etilen glikol dan propilen glikol, sering digunakan sebagai aditif dalam air suling untuk meningkatkan sifat pendingin. Aditif ini membantu mencegah pertumbuhan alga, melindungi dari korosi, dan menurunkan titik beku cairan. Glikol khususnya berguna dalam sistem yang membutuhkan perlindungan terhadap suhu ekstrem.
3. Pendingin berbasis partikelBeberapa pendingin menggunakan partikel padat, seperti keramik atau nanofluida, untuk meningkatkan perpindahan panas. Partikel-partikel yang tersuspensi dalam pendingin ini dapat meningkatkan kapasitas pembuangan panas dan meningkatkan efisiensi sistem. Pendingin berbasis partikel digunakan dalam aplikasi berkinerja tinggi yang membutuhkan pendinginan yang lebih efisien.
4. Pendingin yang dapat terurai secara hayati: Dirancang agar lebih ramah lingkungan. Cairan ini diformulasikan dengan komponen organik yang terurai secara alami tanpa menyebabkan kerusakan lingkungan yang signifikan. Cairan ini merupakan pilihan yang lebih disukai dalam sistem yang mengutamakan keberlanjutan dan pengurangan dampak lingkungan.

Penting untuk diingat bahwa pemilihan cairan pendingin akan bergantung pada beberapa faktor, termasuk aplikasi spesifik, komponen sistem pendingin, kinerja yang diinginkan, dan pertimbangan lingkungan. Disarankan untuk berkonsultasi dengan rekomendasi produsen dan mengikuti panduan yang sesuai untuk penggunaan cairan pendingin dalam sistem pendingin cair Anda.

Solusi hibrida

Tentu saja, mungkin juga ada solusi hibrida yang menggabungkan beberapa hal di atas. Misalnya:

• Pendinginan udara aktif + pendinginan cairan pasifSistem ini sangat umum, terutama untuk CPU. Sistem ini pada dasarnya berupa heatsink dengan pipa panas dan kipas. Sistem ini tersedia dalam berbagai jenis, tergantung pada bentuk pipa panasnya, seperti berbentuk C, berbentuk U, atau berprofil rendah.
• Pendinginan udara pasif + pendinginan cairan pasif:Pada dasarnya, mereka adalah heatsink yang telah dioptimalkan untuk meningkatkan kinerjanya dengan menambahkan beberapa heatpipe.

Jenis pendinginan lainnya

Kami juga dapat menemukan bentuk pendinginan lainnya Agak kurang populer, lebih eksotis, tetapi juga menarik. Misalnya:

Kriogenisasi

La kriogenik Metode ini jarang digunakan sebagai metode pendinginan komputer karena beberapa alasan praktis dan teknis. Kriogenik melibatkan pendinginan komponen elektronik hingga suhu yang sangat rendah, biasanya di bawah titik didih nitrogen cair (-196 °C) atau bahkan lebih dingin.

Meskipun kriogenik dapat mencapai pendinginan yang signifikan dan memungkinkan potensi overclocking ekstrim, untuk komputasi kuantum, dll., Namun hal ini menghadirkan tantangan dan risiko yang signifikan:

1. Penanganan dan keamanan: Penggunaan kriogen seperti nitrogen cair atau helium cair memerlukan penanganan dan penyimpanan khusus karena suhu rendah dan risiko terkait. Peralatan dan teknik yang tepat diperlukan untuk menghindari cedera diri dan kerusakan komponen.
2. Biaya:Penggunaan kriogen secara terus-menerus untuk mendinginkan komputer akan sangat mahal, karena diperlukan jumlah kriogen yang besar untuk menjaga komponen pada suhu kriogenik dalam jangka waktu lama.
3. Kondensasi dan kelembaban: Saat mendinginkan komponen ke suhu yang sangat rendah, ada risiko terjadinya kondensasi uap air pada sirkuit dan komponen, yang dapat mengakibatkan kerusakan yang tidak dapat diperbaiki atau kegagalan sistem.
4. Kerapuhan komponenPada suhu kriogenik, banyak material menjadi rapuh dan mudah patah, meningkatkan risiko kerusakan komponen selama proses pendinginan atau penanganan.

Singkatnya, meskipun kriogenik dapat digunakan secara eksperimental dalam kasus tertentu overclocking ekstrem atau penelitian khusus, namun itu bukanlah pilihan yang praktis maupun aman untuk pendinginan sehari-hari.

TEC atau RTE (Efek Peltier)

La Pendinginan Termoelektrik (TEC) atau efek Peltier, adalah metode pendinginan yang didasarkan pada prinsip efek Peltier. Efek ini terjadi ketika arus listrik mengalir melalui sambungan dua bahan konduktif yang berbeda, biasanya semikonduktor, sehingga menghasilkan perpindahan panas.

Didasarkan pada sifat termoelektrik bahan tertentuJadi, dengan mengalirkan arus listrik ke kedua bahan pelat Peltier, satu sisi mendingin sementara sisi lainnya memanas. Dengan kata lain, perpindahan panas terjadi dari sisi dingin (di mana pendinginan diperlukan) ke sisi panas (di mana panas dilepaskan). Hal ini memungkinkan benda didinginkan atau sistem mempertahankan suhu konstan.

Proses pendinginan termoelektrik memiliki beberapa keuntungan, seperti tidak adanya komponen bergerak, yang membuatnya senyap dan bebas getaran. Metode ini juga ringkas dan serbaguna yang dapat diterapkan di ruangan kecil. Namun, pendinginan termoelektrik memiliki efisiensi energi yang terbatas dibandingkan metode pendinginan lainnya, sehingga kurang efisien dalam menghilangkan panas dalam jumlah besar.

Pendinginan termoelektrik digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kontrol suhu yang tepat pada perangkat elektronik, sistem pendingin kecil, pendingin minuman portabel, dan perangkat pendingin berukuran kecil lainnya.

Perubahan fase

Sistem pendingin oleh perubahan fase Sistem ini merupakan pilihan yang tidak umum untuk pendinginan. Sistem ini menggunakan kompresor yang mirip dengan yang terdapat pada AC jendela untuk mengubah campuran gas menjadi cairan. Cairan tersebut dialirkan ke evaporator, yang biasanya terletak langsung pada komponen penghasil panas. Di dalam evaporator, cairan berubah kembali menjadi gas, menyerap panas dalam prosesnya.

Pendingin perubahan fase mampu mencapai suhu yang sangat rendah, kadang-kadang bahkan hingga -150°C, dan terutama digunakan oleh penggemar overclocking. Namun, sistem ini memiliki beberapa keterbatasan yang membuatnya kurang cocok untuk pengguna umum. Sistem ini memerlukan instalasi yang rumit dan perangkat tambahan serta insulasi yang tepat untuk mencegah pembentukan kondensasi di dalam pipa. Selain itu, jika sistem tidak dirancang dengan benar, terdapat risiko komponen membeku akibat pendinginan yang berlebihan, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Sistem ini juga menghasilkan noise, karena pada dasarnya merupakan pendingin kecil yang beroperasi di dalam komputer.

Ultrasonografi

(baca selengkapnya di artikel ini yang membahasnya)

Dengan cara perendaman

La pendinginan imersi Pendinginan imersi untuk komputer adalah teknik inovatif yang melibatkan pencelupan seluruh komponen PC, seperti motherboard, kartu grafis, dan prosesor, dalam cairan dielektrik khusus. Tidak seperti sistem pendingin konvensional yang menggunakan heat sink dan kipas, pendinginan imersi memungkinkan perpindahan panas yang lebih efisien dengan menghilangkan kebutuhan udara sebagai media pendingin.

Dalam metode ini, komponen-komponen Mereka terendam dalam cairan non-konduktif, biasanya berupa minyak mineral atau cairan dielektrik, yang memiliki kapasitas tinggi untuk menyerap dan menghilangkan panas yang dihasilkan oleh komponen elektronik. Cairan ini bertindak sebagai lapisan pelindung di sekitar komponen dan menarik panas langsung darinya, sehingga menghilangkan kebutuhan akan kipas yang berisik dan unit pendingin yang besar.

Tentu saja cairan ini memiliki kapasitas termal yang tinggi untuk memastikan pembuangan panas yang efisien. Beberapa pilihan umum meliputi oli mineral yang dimodifikasi, cairan terfluorinasi, atau hidrokarbon terfluorinasi. Cairan ini dirancang agar aman dan stabil di lingkungan bersuhu tinggi, memastikan pengoperasian yang andal dan pembuangan panas yang efektif untuk menjaga komponen PC dalam rentang suhu optimal.

Pendinginan imersi menawarkan manfaat seperti pendinginan yang lebih efisien, kebisingan sistem yang lebih rendah, dan kemungkinan overclocking yang lebih agresif. Namun, hal ini juga menghadirkan tantangan dalam hal perawatan, biaya, dan kebutuhan ruang.