Analisi strutturale di una ventola

DIAMETRO: sebbene siano presenti dei convogliatori, un diametro maggiore permette di aumentare il valore di CFM e diminuire l’emissione sonora in dB(A). Lo standard di utilizzo delle ventole per i cabinet, nel corso della loro evoluzione, si è spostato da 60/80 a 120mm, ed ultimamente si cominciano ad adottare modelli da 140mm, nella parte posteriore e superiore, e soprattutto anche da 150mm (Noctua NF-A15 e Thermalright TY-150). Per i cabinet sono presenti ventole di aerazione con diametri molto elevati, ben 230mm, mentre per i dissipatori ad aria al massimo si è arrivati a 150mm. Per i radiatori esistono modelli compatibili con ventole da 180 e 200mm (ad esempio il Phobya Xtreme 400). Per i dissipatori delle VGA, sono usciti modelli in commercio che supportano fino a 4 ventole da 120mm, ma comunque i diametri sono generalmente nell’ordine dei 60-80mm, anche se ci sono casi di radiatori fino a 2x140mm, ad esempio il Prolimatech MK-26, da noi testato QUI (CLICCA).

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PALE e TIPOLOGIA DEL TELAIO: il numero delle pale di una ventola è un buon indice generalmente del CFM, in quanto più è elevato e più portata permetterà a parità di spessore e diametro. Tuttavia, non è sempre così ed esistono delle eccezioni dovute al design del telaio. Le pale possono essere contraddistinte da particolari motivi funzionali proprietari, ad esempio è interessante notare la serie AKASA VIPER, che si è contraddistinta per una struttura particolare che ne ha permesso un ottimo aumento dei CFM complessivi, anche se i benefici sono tali in relazione al radiatore utilizzato. C’è anche da far presente la tipologia delle pale a turbina, differente da quelle comuni a pala; le prime sono state utilizzate fin dagli albori della dissipazione termica delle componenti High-Tech, ma per i dissipatori si è optato pian piano per la seconda tipologia. Ad ogni modo oggi analizzeremo solo quest’ultima, quindi chiudiamo qui la parentesi. Facciamo notare che esistono molte tipologie, ad esempio larghe e sovrapposte (Silverstone AP121), oppure sottili ed angolate, ma spaziate (Noctua NF-S12A), oppure una via di mezzo (Thermalright TY-141) e quindi significa che per ognuno dei singoli modelli c’è una scelta di progettazione ben specifica, un fine di utilizzo ad hoc. Il quantitativo standard è sette ma sono in commercio modelli con addirittura 13 pale, ad esempio la Prolimatech Aluminum da 140mm (QUI la recensione). Per quanto concerne anche la tipologia del telaio, possiamo trovare della semplice e comune plastica dura, fino a composti industriali quali il PBT, proprio delle ventole Noctua (Polybutylene terephthalate), capace di resisteree a solventi, di frammentarsi pochissimo durante la formazione, molto resistente a livello meccanico e resistente al calore fino a 150 °C (o 200 °C qualora fosse utilizzato il rinforzo in fibra di vetro). Ultimamente, sempre Noctua, ha introdotto nella serie Industrial il materiale "Glass Reinforced Polyamide" (PAG), che presenta una forza di tensione maggiore tra tutti i composti attualmente esistenti, eccetto l'alluminio (165 Mpa contro 240Mpa).

MOTORE: il motore è fondamentale ovviamente per la rotazione stessa, ma è una delle parti determinanti per quanto riguarda la validità ed il successo di una ventola. I motivi sono principalmente tre: presenza di ticking (fenomeno presente nella Scythe Ultra Kaze 3000rpm che rende una ventola molto fastidiosa a causa di un ticchettio permanente dovuto alla rotazione del motore), vita della ventola (Main Time Between Failure, MTBF) ed anche RPM teorici possibili, quindi anche la gestione PWM della ventola stessa. Esistono moltissime tipologia di bearing e quindi tenete d’occhio il valore in MTBF. Il tipo più comune ed economico è lo sleeve bearing, più silenzioso, ma solitamente meno longevo. Fa utilizzo di un semplice lubrificante per far ruotare il rotore all’interno dello statore. Il ball bearing fa invece utilizzo di cuscinetti a sfera e pur essendo più rumoroso è più longevo nel tempo. Le aziende hanno cercato di combinare i vantaggi delle due tecnologie, migliorando la longevità dello sleeve bearing, attraverso sistemi di stabilizzazione magnetica e meccanica del rotore e di protezione del liquido lubrificante. Nel corso degli anni è stato possibile implementare anche la funzionalità PWM ovvero “Pulse Widht Modulation”, ovvero una regolazione della velocità della ventola in funzione del carico di lavoro della CPU, permettendo di abbassare la rumorosità quando si è in IDLE. Tale funzionalità è certamente interessante, ma è sempre opportuno monitorare direttamente la temperatura sotto carico, trovando un settaggio fisso che permetta il perfetto bilanciamento tra rumore e prestazioni. C’è anche da far presente un fattore, molto importante nel caso dell’utilizzo di radiatori: la dimensione del motore stesso.

Molte ventole, ad esempio le SilenX iExtrema, presentano un diametro del motore molto contenuto, e ciò comporterà un aumento del CFM a causa di una maggiore lunghezza delle pale, e pescaggio dell’aria nella parte interna. Posteriormente al motore infatti si genera un cono d’ombra, di ventilazione, che non viene dissipato come il resto delle alette e quindi si perde si efficienza dissipante. Una soluzione a questo problema è l’utilizzo di convogliatori dedicati, come appunto nelle soluzioni a liquido, che permettono di uniformare, convogliando quindi, il flusso d’aria quasi uniformemente, seguendo il moto rotazionale dell’aria derivante dalla rotazione del motore, oppure più semplicemente si può ottimizzare sia il diametro del motore (riducendolo), sia la struttura rendendolo bombato ed aggiungendo motivi funzionali tesi a ottimizzare i flussi d’aria.

TICKING: in merito a questo fenomeno l’unica certezza è la prova sul campo, ma è anche possibile che sia dovuta a difetti di progettazione del singolo sample, ed è più frequente con modelli aventi un motore non particolarmente stabile, anche se fondamentalmente nel 90% dei casi dipende dalla bontà del motore in sé. Purtroppo è comune prassi pensare che se una ventola lavora a RPM elevati, portandola intorno agli 800-1000RPM possa lavorare senza problemi: niente di più falso. Perché? Innanzitutto se lavora a RPM elevati, significa che è stata progettata per lavorare a questo quantitativo, significa che le pale sono ottimizzate per CFM importanti, significa che l’MTBF è certificato per quel dato range di utilizzo, significa che consumerà ben più di una ventola ottimizzata per RPM contenuti (a parità di giri al minuto) e significa anche che la pressione statica potrebbe differire molto in rapporto ovviamente alla rotazione. Queste sono tutte ragioni che portano ad una conclusione: se una ventola è stata rilasciata per girare a TOT RPM, è il caso di utilizzarla in quelle condizioni, al contrario se una ventola presenta RPM nominali bassi, significa che il motore è idoneo a quell’ammontare, e quindi che non porterà a fenomeni simili al ticking e che i flussi d’aria saranno bilanciati. Un caso su tutti, le ventole Scythe Ultra Kaze da 3000RPM: portandole ad 800RPM ci sarà un forte ticking del motore, che se rapportato ad una Noctua NF-P12/S12/F12 porta all’impossibilità di avere a disposizione una ventola silenziosa persino a bassi giri di rotazione, al contrario delle seconde dove invece il problema non è presente.

FEATURES PECULIARI: ogni modello presenta delle features caratteristiche, ad esempio basti pensare alle Noctua ovvero a delle ventole con un elevatissimo know-how. Non si può generalizzare ma in molti casi si è visto che sono i motivi funzionali delle pale a essere diversificati, oltre alla presenza di colorazioni particolari tramite LED di illuminazione (statici o selezionabili come nella bellissima serie Enermax Vegas) oppure alla presenza di colorazioni intrinseche UV-Reactive come per quanto riguarda le Nanoxia. Oltre a questo possiamo trovare migliorie specifiche del motore, delle componenti interne, del telaio, dell’assorbimento delle vibrazioni, di particolari gestioni delle connessioni esterne (in tandem con altre ventole e con regolazione in serie PWM ad esempio), oppure setti posteriori per incanalare l’aria oppure addirittura griglie a spirale per rendere più diretto il flusso posteriore. Insomma, un piccolo universo di varianti, e non c’è nulla di più lontano dal vero dell’affermazione che una ventola vale l’altra.

GESTIONE DEI FLUSSI: anche la gestione dei flussi d’aria è di fondamentale importanza perché incide direttamente sulla pressione statica, e quindi su quel parametro che permette di aumentare la resa dissipante della ventola stessa; ciò rende possibile l’adattamento di quest’ultima a dissipatori/radiatori più o meno spessi, con tutte le conseguenze del caso. Ad esempio una ventola potrebbe essere eccellente per un dato dissipatore, ma essere scadente per un altro; in sostanza ventole con elevati CFM sono inutili con radiatori aventi alette spaziate e poco spesse, mentre vale l’opposto nel caso di radiatori spessi (magari aventi alette di raffreddamento in rame invece che in alluminio).

SLEEVING: per sleeving (sleeve = guaina) si intende la tipologia di guaina di protezione che viene riposta, o meno, attorno ai cavi di alimentazione e controllo della ventola. Teoricamente questo è uno degli aspetti meno importanti, però in lavori di modding è un elemento determinante, per via dell’elevato numero di ventole e connettori di alimentazione presenti all’interno di un PC. Le ragioni, oltre che estetiche, possono anche essere funzionali perché un ottimo sleeving implica generalmente una cura migliore nell’aggancio dei connettori della ventola ai PIN della stessa, 3 o quattro che siano.  A tal proposito può succedere, specialmente in connettori accessori dei fan controller o di alimentazione MOLEX, che si stacchi qualche linea di voltaggio, disabilitando quindi la ventola, o l’unità che si intende alimentare. Oltre a questo generalmente un ottimo sleeving è associato alla presenza o di cavi lunghi, o connettori accessori sleevati, che quindi in molti casi permettono il prolungamento del connettore stesso. Ci sono molte varietà, dalla classica stile Gelid (fotografia 1) alla Noctua (2), oppure la variante Coolink (3) che purtroppo non ci ha convinto; l’ultimo caso prevede un filo di misurazione degli RPM separato ed indipendente dall’alimentazione, soluzione propria del modello Arctic Cooling F12.

Solitamente si comparano i dati di targa delle ventole di modo da avere un’idea complessiva delle caratteristiche tecniche, affinché il tutto sia di più facile comprensione. Sono riportati i valori della rumorosità in dB(A), i valori del CFM e molti altri parametri determinanti, tra cui la vita media in MTBF. In merito alla rumorosità, vogliamo precisare che la scala in dB(A) è di natura logaritmica, quindi non è lineare. Ogni 3 dB(A) emessi c’è un raddoppio del rumore prodotto dall’unità. Tra 20 dB(A) e 29 dB(A) c’è una differenza molto elevata, almeno a parità di ventola. Oltretutto è bene precisare che le comparazioni vanno fatte a parità di misurazione e strumenti, quindi comparare i dati di targa di un produttore X con quelli di un produttore Y spesso ha poco senso, perché potrebbero essere significativamente differenti. E’ questa la ragione per cui ci si trova con misurazioni in dB(A) in certi casi di 8 contro 34, o di 15 contro 22. Non è detto che quei 15 ad esempio indichino una rumorosità inferiore, se non è chiara la scala di riferimento e soprattutto la rumorosità ambientale, oltre a dettagli non secondari tra cui il luogo della misurazione.

NB: riportiamo la tabella interattiva dei colori che verrà utilizzata nel corso dell’articolo:

http://users.libero.it/luclep/itaint.htm