La Ventola

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PREMESSA

Chiunque sia stato minimamente interessato al PC sa cos'è una ventola (in inglese fan, plurale fans) e, almeno in linea di massima, quale sia la sua funzione. Sicuramente anche chi non ha mai messo le mani in un computer, ne ha avvertito la presenza per il loro tipico rumore e per il flusso di aria più o meno calda che esce dal retro del computer.

Sembrerebbe dunque non esserci niente da dire su un argomento così "comune". Però, andando a fondo, ci sono moltissimi particolari che sfuggono ad una indagine superficiale e che sarebbe utile chiarire.
Questa guida cerca di dare qualche informazione a chi vuol conoscere più a fondo questi dispositivi apparentemente semplici e le loro caratteristiche esenziali. Non vengono trattati prodotti particolari, se non in qualche esempio, in quanto esistono decine di produttori e migliaia di modelli, con caratteristiche costruttive e dinamiche anche molto differenti; però, se i componenti del PC possono essere quanto mai diversi, le leggi che li governano sono sempre le stesse. Quindi, avendo idea di queste, è possibile applicarle al caso particolare con cui si ha a che fare.

INTRODUZIONE

La struttura del PC, da quando è nato il capostipite, il famoso personal di IBM, è stata soggetta a numerosi ed anche profondi cambiamenti, ma alcuni elementi sono rimasti i medesimi. Tra questi, le ventole, la cui presenza, anzi, con l' aumentare delle potenze messe in gioco da sistemi sempre più performanti, è andata pure aumentando. La tendenza dell' elettronica, in particolare di quella consumer, è di ridurre sempre più le dimensioni , aumentando nello stesso tempo le prestazioni. Di conseguenza, molta elettronica diventa "calda", dovendo dissipare una certa quantità di energia che si concentra su piccolissime aree, principalmente in corrispondenza dei chip, i circuiti integrati, principali del sistema. In effetti, una delle sfide con cui si cimentano i progettisti oggi è quella della riduzione delle necessità energetiche per ottenere le alte prestazioni richieste dalle applicazioni più sofisticate. Mentre i tecnici e gli scienziati studiano e sviluppano tecnologie e materiali nuovi, riducendo gli spessori dei materiali e le tensioni di funzionamento delle CPU

L' unico modo di rimuovere il calore da un punto "caldo" è quello di trasportare questo calore nell' ambiente circostante; sfortunatamente questi punti caldi, come abbiamo detto, sono superfici molto piccole e quindi lo scambio termico con l' ambiente non è certo ottimale. La via più semplice è quella di ampliare la superficie calda sovrapponendole un dissipatore passivo, ovvero una sagoma di materiale adatto a trasmettere il calore, come l' alluminio o il rame, che abbia una ampia superficie; ne derivano le sagome alettate che vediamo coprire CPU, GPU, chipset, ecc. Il calore passa per conduzione dai chip al dissipatore e la sua vasta superficie lo passa all' atmosfera per irraggiamento e convezione. Questo metodo si definisce "passivo" perché sfrutta semplicemente le caratteristiche del materiale e della superficie, senza alcun altro artificio. Sfortunatamente, per quanto grande si possa fare il dissipatore, la sproporzione tra il calore prodotto dal chip e la sua superficie rende impossibile mantenere una adeguata temperatura , con questo sistema, nelle situazioni dove è necessario dissipare decine di watt; convezione e irraggiamento naturali non sono più sufficienti, sopratutto nell' ambiente chiuso di uno chassis, dove, tra l' altro, le fonti di calore sono più di una.
Il calore passato dai radiatori all' aria circostante la satura ed in breve lo scambio termico perde di efficacia e la temperatura sale. Si rende necessaria una robusta circolazione di aria, un flusso che sostituisca continuamente l' aria riscaldata con altra più fresca.
Occorre muovere l' aria e questo è il compito delle ventole.
Certamente esistono altri modi per "spostare" il calore, come ad esempio l' uso di fluidi (heat pipes o sistemi a liquido) o anche criogenici, ma si tratta sempre di soluzioni costose, complesse e che possono richiedere manutenzioni poco adatte ad impieghi non professionali; e, comunque, alla fine della catena, occorre sempre spostare il calore nell' aria circostante.

Il sistema composto da radiatori passivi e ventole, è, allo stato attuale, la soluzione più adottata, per la sua semplicità, economicità ed efficienza. Sfortunatamente una ventola è una sorgente di rumore e, anche se piccolo, è un punto di consumo di energia (che gli è necessaria per fa girare le pale) e questo è sensibile dove si ha a che fare con sistemi alimentati a batteria, come ad esempio nei notebook. In ogni caso, la ventola è un componente meccanico in movimento e quindi non certo ideale per aumentare l' affidabilità di sistemi essenzialmente elettronici.

COSA E' UNA VENTOLA

Una ventola è un dispositivo che ha per scopo il creare un flusso di aria. Questo flusso può essere variamente utilizzato, ma nel PC la funzione essenziale è quella di collaborare al raffreddamento, per smaltire il calore che viene prodotto delle varie parti (CPU, chipset, GPU, dischi, ecc). Il calore si trasmette dall'oggetto caldo all'ambiente circostante ed il flusso creato dalla ventola ricambia in continuazione l' aria calda con altra più fredda, contribuendo in maniera sensibile alla riduzione della temperatura.

VENTOLE ASSIALI E TANGENZIALI

Esistono due tipologie di ventola, a seconda di come entra ed esce l'aria : assiali e tangenziali (o centrifughi).

Queste denominazioni sono relative alla direzione di uscita del flusso dell'aria : nelle ventole assiali, come dice il nome, l'aria esce in asse con la ventola; nel tipo radiale l'aria esce a 90 gradi rispetto all' asse della ventola.
In sostanza si tratta solamente di diverse tipologie di costruzione, per adattare meccanicamente le ventole alle più diverse situazioni.

Esempio di classica ventola assiale: l'aria entra ed esce parallela all'asse attorno a cui girano le pale. E' il tipo di ventola più usato nel personal computer

Esempio di ventola tangenziale (o turbina o centrifuga): l' aria esce a 90 gradi rispetto all' asse di aspirazione, che è quello attorno a cui girano le pale. Solitamente si tratta di ventole con una discreta portata ed un numero di giri elevato, adatte a far circolare aria in spazi di basso spessore, come ad esempio cassetti rack. Di recente questa tecnologia è stata utilizzata per equipaggiare i dissipatori delle schede video top di gamma sia AMD che Nvidia.

Esistono poi altre categorie di ventole, raramente o per nulla usate nel PC. Si può segnalare per curiosità il tipo detto "diagonale": solitamente si tratta di ventole di grosse dimensioni, impiegate dove è necessario muovere masse consistenti di aria, sull' ordine dei 270 mcubi /ora, ad esempio nel raffreddamento di armadi rack.

Il principio di funzionamento, la forma, le dimensioni, le caratteristiche tecniche dipendono dall' impiego a cui è destinata la ventola. Il colore nero non è uno standard, ma dipende semplicemente dal materiale plastico che viene comunemente usato; infatti esistono ventole in plastiche di altri colori oppure in metallo.

Esempio di ventola tangenziale, accanto alla quale è posta la parte rotante che è stata estratta. Osservare la particolare forma a cestello delle pale, tipo "gabbia di scoiattolo", posizionate in gran numero sulla periferia di un cilindro. Le pale sono in numero maggiore di quelle del tipo assiale, ma hanno ciascuna una superficie minore. Come per ventole assiali, il motore è contenuto nella parte centrale del cilindro.

Percorso dell' aria nella ventola tangenziale : l' aspirazione avviene al centro, in asse con la parte rotante, mentre l' aria in uscita, data la forma particolare delle pale, è ruotata di 90 gradi. Questo permette di far scorrere l' aria nelle più varie situazioni. Solitamente nelle ventole tangenziali si ricerca la portata d' aria piuttosto che la silenziosità.
La forma delle ventole tangenziali può variare parecchio a seconda dello scopo per cui sono state progettate. In questo esempio si tratta di uno "slot cooler" ovvero di una ventola da inserire in uno degli slot di espansione del case per raffreddare la scheda vicina, ad esempio una "calda" VGA.

Si hanno anche soluzioni in cui con una ventola a pale di tipo assiale si ottiene un azione tangenziale, guidando l' aria in uscita con sagome opportune.

Nell' esempio sopra è presentato il flusso dell' aria in un sistema di raffreddamento per dischi rigidi : l' aria è movimentata da una girante con pale del genere assiale, che aspirerebbe e scaricherebbe l' aria lungo una stessa retta. Però, a causa della forma del supporto, una volta fissato al disco, si crea un canale che costringe l' aria ad uscire ruotata di 90 gradi, dopo aver lambito la superficie del disco stesso.
Da osservare che, trattandosi di una ventola di spessore molto ridotto, per ottenere una sufficiente efficienza, le pale sono in numero di 9, rispetto alle 5 o 7 comuni.

In genere, la maggior parte delle ventole presenti in un personal sono quelle assiali, per cui la maggior aprte degli esempi e delle descrizioni verterà su questa tipologia.

Lo scopo delle ventole nei PC essenzialmente per incrementare l' efficienza del raffreddamento di CPU, chip grafici, chipset e componenti elettronici "caldi", come alimentatori, dischi rigidi e masterizzatori. Inoltre sono impiegate per far circolare aria nello chassis.

COME E' FATTA UNA VENTOLA

Nell'immagine seguente é visibile una ventola assiale smontata nei suoi vari componenti: da notare il numero molto ridotto di parti in quanto il motore fa un tutt'uno con il resto; in pratica non esiste un motore vero e proprio, separato e separabile, ma il tutto è integrato in modo da minimizzare i costi e permettere una realizzazione quanto più possibile con macchine automatiche.

Sostanzialmente ci si trova di fronte ad una intelaiatura rigida che porta una girante con 4 o piú pale , mossa da un motore miniaturizzato. Come materiale costruttivo si trovano comunemente materie plastiche di vario aspetto oppure leghe leggere di alluminio.
In generale si tratta di piccole ventole (da 15 a 140 mm di lato per i modelli assiali), alimentate in corrente continua a bassa tensione (tipicamente 12V) e definite come "brushless motor", ovvero motore senza spazzole.

A - La carcassa della ventola , al centro della quale é montato lo statore C ; si nota anche il cavo bipolare dell' alimentazione ed il piccolo connettore a due poli

B - la girante (in questo caso a 7 pale) con al centro l'albero e l'anello del magnete permanente montato sulla periferia

C* - il nucleo fisso del motore (statore) con il circuito elettronico di controllo, realizzato su un piccolo circuito stampato rotondo, è stato smontato dalla carcassa. Si notano bene i 4 avvolgimenti realizzati con filo di rame smaltato rosso

D - anello del magnete permanente smontato dalla girante

E - tappo in materiale plastico che protegge dalla polvere il terminale dell'albero del motore

Avvertenza: in genere le ventole sono costruite senza la previsione di uno smontaggio successivo che risulta quasi sempre fatale . Evitate pertanto di cercare di smontare una ventola di cui volete ancora servirvi.


* Il motore lavora in corrente continua, derivata dall' alimentatore principale del PC; questa scelta è ovviamente dettata dalla necessità di non portare inutilmente altre tensioni all' interno dello chassis, visto che già l' alimentatore dispone tipicamente del 12V, già pensato per alimentare i vari motori di dischi, CD, nastri, ecc.
La corrente, e quindi la potenza, assorbita da una ventola è molto bassa, raramente superiore a qualche centinaio di milliampere, dipendentemente dalle dimensioni della ventola : una piccola ventola da 50 mm assorbe meno di 100mA, mentre una grossa ventola da 120 mm con spessore di 40 mm può arrivare a 300mA o 500-600mA nei casi più estremi. Si tratta in comunque di motori di piccolissima potenza.

I motori utilizzati in questi tipo di ventole come detto sono chiamati brushless. Il principio costruttivo di questi motori "brushless" è molto semplice : come dice il nome, a differenza del motore a collettore, utilizzato per le ventole classiche di altra natura (ventilatori ecc), non possiedono né collettore né spazzole ed il campo magnetico rotante è generato elettronicamente. Questa scelta, apparentemente complessa, da alcuni vantaggi; infatti la mancanza di spazzole e collettore fa si che essi siano :

- semplici, anzi, spartani; pochissime parti adatte ad una produzione in quantità
- non ci sono le scintillazioni tipiche del sistema collettore/spazzole
- almeno virtualmente, la vita del motore è molto lunga, non essendoci parti soggette a consumo o a manutenzione

Per contro si può dire che la potenza di questi motori è piuttosto limitata, in genere sull' ordine del watt (ma, dato il tipo di applicazione, il problema non si pone).

IL SEGNALE TACHIMETRICO

In alcune ventole oltre ai due fili di base necessari all'alimentazione ne figura spesso un terzo per il segnale tachimetrico, ovvero un segnale in output alla ventola che restituisce una misura relativa alla velocità di quest'ultima, esprimendo tale valore solitamente in RPM che è un acronimo inglese che significa Giri Al Minuto.

Lo scopo del segnale tachimetrico è quello di fornire un controllo della salute della ventola: se gira regolarmente, il segnale sarà presente. Se la ventola è guasta o bloccata da sporco e polvere, il segnale sarà assente o insufficiente e questo potrà essere rilevato dal monitor steso, in quanto il valore del segnale tachimetrico sarà leggibile da BIOS o direttamente da sistema operativo con appositi software di monitorizzazione. Inoltre disponendo di un segnale proporzionale alla velocità, è possibile costruire raffinati e sicuri sistemi di regolazione del flusso dell' aria.

Tuttavia è bene fare una precisazione: la funzione tachimetrica NON può effettuare una variazione della velocità della ventola stessa, ma solo misurare tale velocità. L' eventuale controllo di velocità sarà realizzato da altre componenti del sistema, magari anche interne alla ventola, ma che costituiscono una funzione addizionale; in questo caso si parlerà di ventole controllate.

Il segnale tachimetrico, corrispondente al terzo filo della ventola, non è un ingresso di controllo, ma una uscita che fornisce impulsi proporzionali alla velocità di rotazione.

IL CONTROLLO PWM

I chip interni al computer non scaldano sempre alla stessa maniera. Un chip (CPU, VGA, Northbridge, ecc) al pieno del suo carico di lavoro, scalderà molto di più rispetto allo stesso chip in una fase di riposo o di carico modesto. Se non c'è la possibilità di modificare la velocità di rotazione della ventola, quest'ultima deve essere regolata sempre sulla velocità idonea al calore prodotto dal chip a pieno carico; ma in questo modo si verrà a creare un notevole ed inutile inquinamento acustico per tutti quei periodi in cui il chip non è al massimo della sua capacità elaborativa. Da questo nasce quindi l'esigenza di avere un modo rapido ed efficiente per variare automaticamente la velocità di rotazione della ventola in funzione delle temperature d'esercizio del chip, in controllo PWM.

Una ventola con controllo PWM è dotata di un apposito controller all'interno del proprio motore, che riceve informazioni tramite un quarto filo (che si aggiunge ai due di alimentazione e quello tachimetrico) direttamente dalla scheda madre (in caso della CPU) o dalla scheda video (in caso della GPU).

Il segnale che arriva è di tipo logico, e il controller interno provvederà a trasformare in variazioni del campo rotante del motore, cambiandone la velocità. Non viene, quindi, variata la tensione di alimentazione della ventola, che resta costante, con il vantaggio di non avere la dissipazione di potenza che invece si otterrebbe andando a variare direttamente la tensione di alimentazione.

Di seguito lo schema a blocchi di quanto appena descritto:




Dal processore, l' informazione della temperatura rilevata dal diodo interno è trasmessa al controller. Attraverso il setup e le funzioni estese del BIOS esiste la possibilità di configurare varie opzioni relative alle modalità di controllo (limiti, allarmi, rumore/prestazione, ecc). Il controller, in base alla temperatura ed alle opzioni impostate, invia un segnale PWM alla ventola del radiatore per regolarne la velocità; da questa riceve un segnale tachimetrico relativo alla reale velocità di rotazione.

Lo standard per le ventole a 4 fili stabilisce anche i colori, che dovrebbero essere Nero, Giallo, Verde, Blu (Intel), anche se si trova comunemente Nero, Rosso, Giallo, Blu. Comunque non è il colore del cavo a determinarne la funzione, ma la sua posizione nel connettore.

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COMPATIBILITÀ TRA VENTOLE A 3 E 4 FILI

All'atto pratico ci si potrebbe trovare a dovere adattare ventole a 4 fili su connettori a 3 pin o viceversa, a seconda della situazione in cui ci si trova. Questo comporta di conseguenza un'alterazione rispetto a quelle che sono le funzioni base della ventola e non tutte le combinazioni sono possibili. Nel seguito andremo ad analizzare caso per caso prendendo come riferimento nelle immagini il formato mini-molex, ma lo stesso vale per il formato standard o per quello micro (schede video).

Scheda madre con connettori a 3 fili e Ventola a 3 fili

Il connettore della ventola entra perfettamente in quello sulla scheda madre; tutti e 3 i pin sono utilizzati.
E' la situazione comune per il CPU FAN prima dell' adozione del sistema PWM e per le ventole del case. La maggior parte delle ventole periferiche dello chassis hanno questa situazione.

Se la scheda madre dispone della funzione di regolazione, la velocità della ventola sarà controllata in tensione dalle risorse della scheda madre stessa. Nel setup del BIOS solitamente sarà possibile impostare o escludere questa opzione e anche scegliere diverse curve di rapporto prestazione/rumore. Il segnale tachimetrico, qui come in tutti i casi seguenti, può essere monitorato dai sistemi di sicurezza della scheda madre.

Scheda madre con connettori a 3 fili e Ventola a 4 fili

Il connettore della ventola entra perfettamente in quello sulla scheda madre, ma impegna solo i primi tre pin; il quarto resta libero. E' la situazione in cui si ha una ventola PWM, ma la scheda madre non dispone di questo sistema di controllo. Senza il quarto contatto, non c'è la possibilità di trasmettere il PWM. Se la scheda madre ha un controllo in tensione per le ventole tre fili, la ventola PWM verrà regolata in velocità da questa variazione di tensione, comportandosi come una semplice ventola tachimetrica. Collegando una ventola PWM ad un connettore a tre poli, la velocità sarà la massima e si potrà eventualmente regolarla con la variazione della tensione di alimentazione.

Scheda madre con connettori a 4 fili e Ventola a 3 fili

Questa situazione può presentare problemi sulla regolazione della velocità. Il connettore della ventola entra perfettamente in quello sulla scheda madre, ma impegna solo i primi tre pin; il quarto resta libero.
E' il caso in cui si voglia utilizzare una ventola non PWM su un aggancio per CPU. Si deve tener conto che solamente alcune schede madri dispongono della possibilità di controllare sia il PWM delle ventole a 4 fili, sia la tensione per le ventole a 3 fili. Solo se questa opzione è presente, impostandola correttamente nel setup del BIOS, sarà possibile la regolazione della velocità della ventola a 3 fili. Se manca questa opzione, ovvero il controllo in tensione, non c'è alcun problema elettrico, solamente la ventola a tre fili ruoterà alla massima velocità.

Questo capita nel caso di chi ha un buon dissipatore per CPU, performante e a basso rumore, ma solo a tre fili, ed ha cambiato la scheda madre con una dotata solo del PWM. In questa situazione, volendo mantenere il dissipatore, occorrerà sostituire la ventola a tre fili con una a quattro.

Scheda madre con connettori a 4 fili e Ventola a 4 fili

Il connettore della ventola entra perfettamente in quello sulla scheda madre; tutti e 4 i pin sono utilizzati. E' il caso in cui si disponga di ventole PWM e schede madri che supportano questo sistema. E' la soluzione ideale per sfruttare le prestazioni delle ventole in PWM. La velocità sarà controllata dalle risorse della scheda madre. Nel caso di schede che dispongano sia del PWM che della varizione di tensione, è molto opportuno verificare che nel setup del BIOS sia impostata la giusta opzione. Nel setup del BIOS solitamente sarà possibile impostare diverse curve di rapporto prestazione/rumore.

SUPPORTO DELLA PARTE ROTANTE

Cuscinetti, bronzine & C

Un importante elemento costruttivo è quello del sistema di supporto dell' asse della parte rotante: la qualità di questo elemento è determinante per il funzionamento ed i parametri della ventola molto più che qualsiasi altro.
Sostanzialmente, per le comuni ventole usate nelle apparecchiature elettroniche esistono diversi sistemi:

• bronzine metalliche

• cuscinetti a sfere

• sistemi ibridi cuscinetto + bronzina

• bronzine ceramiche

• asse ceramico

• sospensione magnetica

• cuscinetti idraulici

• Bronzine metalliche:

Il sistema più semplice è quello di inserire l' albero in un cilindro di materiale anti attrito, ad esempio una lega di rame del genere del bronzo, da cui il nome bronzina (in inglese sleeve bearing). Essendo il sistema più semplice, risulta anche quello più diffuso, ma è evidente che la qualità della lavorazione e dei materiali è della massima importanza: un produttore estremamente economico utilizzerà materiali di basso costo e mal lavorati e la conseguenza saranno vibrazioni, riscaldamento della bronzina, rumore ed alla fine l' arresto. Ne risulta che le ventole su bronzina hanno acquistato ingiustamente la cattiva fama di prodotti da poco. Ingiustamente perchè, se certamente esistono i soli prodotti cinesi da poco, esistono anche prodotti sleeve bearing di ottima qualità e durata.

All'atto della rotazione intorno all'albero motore, un lubrificante che impregna il metallo poroso della bronzina mantiene un sottilissimo strato fluido tra il metallo della bronzina stessa e quello dell' albero, riducendo l' attrito. L' estremità dell' albero è trattenuta da un anello Seeger. Alle estremità della bronzina, alcune semplici guarnizioni evitano la fuoriuscita del lubrificante dalla sede dell' albero. In un sistema ideale, questo strato fluido di lubrificante, impedendo ogni contatto e attrito, elimina il rumore. All' atto pratico, nonostante la buona finitura delle superfici metalliche, esistono comunque delle disuniformità a livello microscopico, che, col tempo, possono dare origine a punti di attrito e quindi a rumore. Inoltre c'è da considerare che il lubrificante viene inserito dal produttore all'atto della creazione della ventola senza possibilità di aggiornamento, quindi col tempo andrà a consumarsi perdendo le sue proprietà.

Nella foto sottostante, alcune bronzine. Sono realizzate in leghe metalliche La più grande è tratta da una ventola da 90mm, le più piccole da ventola da 40 mm. Un righello millimetrato da l' idea delle dimensioni.

I valori di MTBF (Mean Time Before Failure - tempo medio prima del guasto) mediamente forniti dai costruttori per ventole su bronzina si attestano attorno a 30 - 40 mila ore.

• Cuscinetti a sfere:

Per evitare le bronzine, riducendo attrito e calore, si possono realizzare piccolissimi cuscinetti a sfere per sostenere l' albero. Nelle versioni correnti si tratta di un solo cuscinetto, ma esistono modelli in cui il peso è suddiviso su due cuscinetti; il doppio cuscinetto garantisce una minore possibilità di effetti nocivi dovuti ad eventuali componenti irregolari della rotazione dell' albero. I cuscinetti sono forzati a pressione nello statore e l' albero del rotore passa al loro interno. Date le dimensioni minime delle ventole, anche i cuscinetti devo essere miniaturizzati e questo non è semplice, almeno se si vuole far concordare costo e qualità.

Di seguito vediamo la sezione di una ventola a doppio cuscinetto e come si presentano nella realtà questi oggetti. Essi sono stati tratti da una ventola da 90 mm; il solito righello da una idea delle dimensioni.

Sulla sinistra, il cuscinetto sigillato, a destra lo stesso aperto : si vedono all' interno sei minuscole sfere. Sul fondo si nota la presenza del lubrificante. Sotto a sinistra il coperchio del cuscinetto, leggermente danneggiato dall' operazione di apertura. Il particolare a destra, invece, è la gabbia, in materiale siliconico, che serve a tenere equidistanti le sfere.

Per contro i cuscinetti hanno alcuni difetti: il maggiore di questi è la rumorosità più elevata, dovuta al rotolamento delle sferette. Inoltre anche i cuscinetti hanno bisognano di lubrificazione, anche se si tratta non più di liquido, ma di grasso semi fluido sigillato nel cuscinetto stesso, con meno possibilità di sfuggire dalla sua sede. In ultimo, sono più sensibili ai maltrattamenti: disassare una ventola a bronzina è praticamente impossibile se non distruggendola, mentre un colpo violento o un bloccaggio della parte rotante può far saltare il cuscinetto, rendendo inservibile la ventola. Alcuni fogli dati riportano una resistenza agli schock di 80 G per i sistemi su bronzina e di 40 G per quelli su cuscinetto.
Anche in questo caso, è poco più che leggenda il fatto che le ventole a cuscinetto siano in assoluto meglio di quelle su bronzina: dipenderà non dal metodo usato, bensì da come il prodotto è progettato e realizzato. Se, in linea di massima, le ventole su cuscinetti dichiarano una vita maggiore di quelle su bronzine, una buona bronzina sarà meglio di un cuscinetto mal realizzato per economia o difetto di progetto o bassa qualità del materiale usato. Comunque, i valori di MTBF mediamente forniti dai costruttori per ventole su cuscinetti si attestano attorno a 60 - 80 mila ore.

• Sistemi ibridi cuscinetto + bronzina:

Se per aumentare la resistenza del supporto esistono ventole il cui albero poggia su due cuscinetti, invece che uno solo, questa soluzione aumenta costo e rumorosità dell' insieme. Per ridurli, esistono anche soluzioni in cui il basso attrito di rotazione è supportato da un cuscinetto mentre il problema della robustezza è risolto con una bronzina piuttosto corta. che sorregge la parte terminale dell' asse. In questo modo si cerca di ottenere i vantaggi dell' uno e dell' altro metodo.

La bronzina sostiene parte dell' albero, riducendo lo sforzo del cuscinetto ed evita che esso venga danneggiato da sforzi meccanici applicati alla ventola.

Nella foto è visibile una coppia bronzina - cuscinetto tratta da una ventola da 50 mm. Rispetto alle bronzine viste prima, si nota la ridotta lunghezza di questa, dato che il rimanente spazio è occupato dal cuscinetto.

• Bronzine ceramiche:

Per evitare i problemi fin qui visti, alcuni costruttori hanno realizzato bronzine ceramiche, in materiale sintetico, invece che in metallo. Questo garantisce un bassissimo attrito con l' albero e non richiede particolare lubrificazione.
Ad esempio, Papst utilizza questo metodo, realizzando le sua famose ventole "made in Germany" di qualità proverbiale.

Queste ceramiche sono molto più dure del metallo e quindi estremamente più resistenti, sia all' attrito che alla temperatura, mentre la sua superficie si può lavorare ad un grado di uniformità irraggiungibile con i metalli, dando così origine ad un sistema di supporto eccellente, che richiede limitatissima o nessuna necessità di lubrificazione.

Va detto che la ceramica usata non è quella dei piatti da tavola, ma si tratta di materiali di sintesi molto particolari e tra questi e la lavorazione estremamente raffinata, il costo di queste bronzine non è per niente basso. I valori di MTBF forniti dai costruttori sono molto alti, attorno a 80 mila ore, mentre il rumore è estremamente contenuto. Fattore positivo è che nella loro vita i supporti ceramici non tendono a diventare più rumorosi col passare del tempo, come invece capita con i sistemi fin qui visti.

• Asse ceramico:

Nella bronzina in ceramica gira un albero in acciaio; un' altra soluzione è quella opposta, ovvero realizzare la bronzina in metallo e l' albero in materiale ceramico (ceramic axis); questo potrebbe rendere più fragile la ventola ad urti molto duri, ma in pratica è ben difficile che nell' uso ordinario questo possa accadere. Diversi costruttori hanno in catalogo ventole con questo supporto inconsueto. Lo scopo è sempre quello di ridurre il rumore ed aumentare la durata. La combinazione bronzina metallica - asse ceramico crea una situazione analoga a quella precedentemente vista per le bronzine ceramiche.

• Sospensione Magnetica:

L' ideale per sostenere una parte rotante è che essa stia su da sola, senza supporti. In pratica questo non è impossibile: basta pensare ai treni su sospensione magnetica che corrono in varie parti del mondo: niente parti in contatto, niente attrito, niente usura, niente problemi. Se per un treno il problema non è semplice, dato il suo peso, lo diventa per la parte rotante delle ventole, che ha massa ben più limitata, per cui l' energia necessari per la sospensione magnetica è altrettanto piccole. Attualmente, per quello di cui siamo a conoscenza, solo un costruttore, Sunon , ha implementato questo metodo per le sue ventole, chiamandolo Maglev (Magnetic levitation). In sostanza, si tratta di una diversa struttura dei magneti fisso e mobile di cui si compone il motore; nella rotazione si produce un campo magnetico ausiliario che mantiene sospeso il rotore al centro dello statore, senza bronzine, nè cuscinetti. Sul sito di Sunon è possibile trovare una dettagliata descrizione di questo sistema, che, quindi, non stiamo qui a dettagliare. Essenzialmente i vantaggi sono dovuti all' assenza, oltre che dei supporti, di lubrificanti, guarnizioni, ecc., il che prolunga la vita della ventola e permette di lavorare anche a più alte temperature ambientali. Ovviamente il costo è proporzionato alla tecnologia usata ed aumenta notevolmente rispetto ad una ventola classica.

In relazione alla rumorosità, il sistema a sospensione magnetica è quello che ne produce di meno per quanto riguarda il supporto; però il rumore non è dovuta solo a questo, ma anche, e in larga parte, al disegno delle pale e della guida dell' aria, che non sempre è adeguato ad ottenere bassi valori in dB(A).

• Cuscinetti idraulici:

Negli ultimi anni si stanno diffondendo anche i cosiddetti Hydraulic Bearing, o fluid bearing, ovvero dei sistemi in cui le sfere dei cuscinetti sono sostituite da un fluido; questo ha i vantaggi di basso attrito e di lunga durata dei cuscinetti, ma senza il rumore prodotto da rotolamento delle sferette; inoltre il fluido stesso funge da lubrificante senza avere i problemi tipici dei sistemi a bronzine, in quanto è sigillato similmente ad un cuscinetto. Inoltre, il cuscinetto idraulico supporta l' albero per una lunghezza simile a quella di una bronzina e quindi ha caratteristiche meccaniche di robustezza è comparabile con questa o con i sistemi a due cuscinetti metallici piuttosto che a quelli con singolo cuscinetto.

Nell' immagine sottostante è fotografato un ingrandimento della sezione di un cuscinetto a fluido, denominato FDB - Fluid Dynamic Bearing, prodotto da AVC:

Uno speciale anello di materiale fluido provvede alla separazione tra albero e statore. Se non si verificano perdite del fluido, il cuscinetto idraulico lavora per lungo tempo e senza rumore, mentre il costo è competitivo con quello delle soluzioni a due cuscinetti metallici.

In conclusione, a nostro parere, i modelli con supporto ceramico (bronzina ceramica o asse ceramico) oppure quelli su cuscinetti a fluido sono la soluzione ideale dove sia ricercata sia la durata che la bassa rumorosità, anche se il costo è maggiore. In alternativa anche i comuni modelli a bronzina metallica sono comunque preferibili a soluzioni a cuscinetto, in quanto, anche se hanno una vita più breve, il loro MTBF (Mean Time Before Failure - tempo medio prima del guasto) è comunque sufficiente a garantire una vita abbastanza lunga per l'uso comune.

I PARAMETRI PRINCIPALI DELLA VENTOLA

Nei fogli tecnici dei vari modelli sono riportati alcuni degli elementi essenziali per definire la scelta di una ventola.
I più importanti sono :

• le dimensioni (dimensions)
• la tensione di funzionamento (voltage)
• la corrente/potenza nominali (current/power)
• il tipo di connessione : a 2, 3 o 4 fili (wires)
• il numero di giri (speed)
• la portata (air flow)
• il rumore (noise)
• la pressione statica

Sull' etichetta della ventola sono riportati solitamente la sigla del modello e la tensione di funzionamento; oltre a questo possono essere indicate anche la corrente nominale e/o la potenza ed il sistema di supporto dell' asse. Generalmente gli altri dati significativi, ovvero numero di giri, portata e rumore vanno reperiti consultando il foglio dati del costruttore.

I dati di targa di una ventola sono di tipo stockastico: lo stesso prodotto, realizzato industrialmente in migliaia di pezzi, ad una certa tensione, assorbe una corrente media e gira ad una velocità media, che sono poi i dati riportati in targa. Per il pezzo singolo, questi valori possono oscillare in una certa gamma di tolleranza, secondo quanto specificato nei fogli tecnici dei costruttori. Quindi, piccole differenze di velocità o corrente assorbita, all' interno delle tolleranze costruttive, sono del tutto normali.
Inoltre va considerato che i dati di targa sono rilevati con la ventola in aria libera; quando essa è installata dietro una foratura o una griglia, in un case, il flusso d' aria può essere anche molto diverso da quello di targa, perchè la struttura meccanica dell' installazione può creare resistenze al flusso stesso. Di conseguenza cambieranno anche la corrente, il numero di giri ed il rumore. Quanto meno variano questi parametri da ventola in aria libera a ventola installata, tanto migliore sarà l' installazione.

Vediamo qualche particolare in più.

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• Dimensioni:

Le dimensioni delle ventole assiali, che sono poi quelle usate in maggioranza, fanno riferimento al lato della sagoma quadrata ed allo spessore del corpo della ventola.

Come abbiamo visto, la sagoma esterna delle ventole assiali è un quadrato, con quattro fori ai vertici per il fissaggio meccanico. Le dimensioni di questo quadrato sono molto varie, da pochi millimetri a molte decine, a seconda dell' uso che se ne deve fare. Così pure lo spessore della carcassa può assumere diversi valori per uno stesso lato del quadrato.
Ogni costruttore ha in catalogo numerosi modelli, per la maggior parte riconducibili a dimensioni fortunatamente standardizzate. Il formato sarà indicato con una serie di numeri del tipo Larghezza x Altezza x Spessore

Ad esempio, 80 x 80 x 25 indica una ventola assiale da 80 mm di lato con spessore 25 mm . Solitamente si abbrevia la cosa indicando solamente 80 e sottintendendo che lo spessore è quello più diffuso, ovvero 25, anche se è opportuno ricordare che un modello di ventola con un certo lato può essere realizzato in diversi spessori.

Anche la misura dell' interasse dei fori di fissaggio è uno standard, correlato alla misura del lato. Ad esempio, per la ventola con lato 80, la distanza tipica tra i fori è 70 mm. Questo rende possibile sostituire senza problemi meccanici una ventola di di un costruttore con quella di un altro avente le medesime dimensioni.

Per quanto riguarda le ventole tangenziali,la questione dell' intercambiabilità può essere molto differente, in quanto esse possono avere forme esterne abbastanza differenti a seconda della progettazione. Esistono forme "standard", ma , dovendone sostituirne una con un diverso modello, è opportuno verificare bene le varie dimensioni ed la posizione dei fori di fissaggio

Aumentando le dimensioni, a parità di giri, aumenterà pure la portata, la pressione statica e di conseguenza la richiesta di potenza e quindi di corrente nell' alimentazione. In commercio sono presenti modelli di ventole in formato cosiddetto slim o maggiorato a seconda che lo spessore sia rispettivamente minore o maggiore dei 25mm standard. Una ventola slim, a parità di diametro, occpuperà meno spazio ma avrà ovviamente prestazioni inferiori rispetto ad una identica ma di formato standard.

• Tensione:

Normalmente nei PC le ventole sono tutte a 12V, perchè questa è la tensione che meglio si presta all' alimentazione dei piccoli motori, anche se qualche ventola miniaturizzata , ad esempio per schede video, può essere a 5V. *I costruttori specificano nei fogli tecnici un range di sicurezza minimo e massimo per la tensione di alimentazione; questi massimi e minimi sono indicazioni necessarie e ne va tenuto conto nel caso si desideri variare la velocità variando la tensione di alimentazione.

Il minimo dipende dal tipo di ventola, ma raramente scende al di sotto di 4,5V per un modello da 12V nominali; nei sistemi a transistor discreti, a questi bassi valori di tensione non c'è energia sufficiente per magnetizzare le bobine, mentre nei sistemi con controller più complessi, i circuiti integrati cessano di funzionare. Con la riduzione della tensione, si ha come conseguenza la riduzione della velocità di rotazione e del rumore prodotto, ma contemporaneamente si riduce anche il flusso di aria spostato. Analogamente, aumentando la tensione, si ottiene un aumento della velocità di rotazione e della portata. Il massimo indicato dai fogli dati si aggira attorno ai 18 : *una tensione superiore a quella nominale produce sì un aumento della velocità/portata, ma ha vari inconvenienti come un danno permanente alla ventola o una drastica riduzione della vita prevista.

• Corrente e Potenza:

Premesso che la quasi totalità delle ventole da computer sono alimentate a 12V, a parità di alimentazione e di dimensione esse possono differire anche sensibilmente per la corrente consumata e di conseguenza per la potenza assorbita. Conoscendo uno dei due valori è automatico conoscere anche l'altro dato che sono legati dalla formula Potenza = Corrente * Voltaggio e quindi Corrente = Potenza / Voltaggio. La potenza assorbita da una ventola è estremamente importante qualora si decidano di collegare più ventole sullo stesso canale di un control fan, in quanto ogni canale di collegamento supporta una potenza massima ben definita. La potenza massima assorbita dalla maggior parte delle ventole da pc varia da 0,5 a 5W; un valore di per se decisamente basso, ma che può diventare importate qualora con appositi sdoppiatori si decida di collegare più ventole al medesimo canale.

• Velocità di rotazione:

La velocità di rotazione delle pale si esprime in RPM (rotation per minute), ovvero giri al minuto. La velocità delle ventole PC è proporzionale alla tensione di alimentazione, ovvero più tensione = più velocità. Variando la tensione, entro certi limiti, si varierà la velocità.

Può essere utile sapere a priori a che velocità girerà una certa ventola alimentata con una tensione diversa da quella nominale. Un calcolo semplificato può essere fatto nel seguente modo :

velocità alla tensione X = velocità nominale * tensione X / tensione nominale

Ad esempio, alimentando a 9 volt una ventola che a 12V dichiara 2500 rpm, ci si potrà aspettare una velocità di :

velocità a 9V = velocità a 12V * 9/12 = 2500 * 9/12 = 1875 rpm

Il risultato è approssimativo a causa di alcuni fattori:

• a tensione 0V la velocità non è 0 rpm. La ventola ha un campo di variazione della tensione limitato, per cui, al di sotto di un certo valore, attorno ai 4V o più per le ventole da 12V, il motore non ha sufficiente potenza per iniziare a girare e quindi è fermo.
• ogni modello di ventola ha caratteristiche costruttive proprie, per cui il rapporto tensione/velocità è porporzionale, ma non esattamente lineare
• Quando la ventola è sotto carico, la velocità diminuisce a seconda del carico. Le variazioni della velocità sotto carico dipendono dalle caratteristiche del motore

La velocità è il maggior contributo al rumore della ventola : in linea di massima è evidente che il rumore sarà minore quanto minore sarà la velocità. Questo, però, se è generalmente valido, non è facilmente quantificabile e non è detto che una ventola con un numero minore di giri produca sempre un rumore meno fastidioso di una con un numero di giri maggiore, in quanto, una volta montata nel case, si possono innescare fenomeni di risonanze.

Una valutazione di massima della variazione del rumore tra la velocità 1 e la velocità 2 può essere fatta con la seguente espressione :

dB1 = dB2 + 50 log10 (velocità1 / velocità2)

Ad esempio, riducendo la velocità del 20%, ci si può aspettare un livello di rumore ridotto di 5 dB.

Per le ventole comunemente usate nel PC esiste una ampia gamma di modelli con velocità comprese tra 500 e 12000 rpm, un range, come si vede, molto esteso; in generale si può dire che le ventole di piccole dimensioni avranno velocità maggiori di quelle più grandi. Questo è dovuto al fatto che, per avere una portata ed una pressione significative in una piccola ventola, sarà necessario farla girare a velocità maggiore di una ventola più grande, le cui pale, di maggiori dimensioni, potranno muovere una maggiore massa di aria con un numero di giri minore. Va tenuto presente che nella ricerca della riduzione del rumore, quasi sempre, nel catalogo dei vari costruttori, uno stesso modello è disponibile in diverse selezioni di velocità, portata, rumore e sarà spesso possibile scegliere un tipo con caratteristiche "low noise".

Se lo scopo è quello di ridurre il rumore, sarà consigliabile scegliere ventole a basa velocità, magari di dimensioni maggiori.

• Portata d'aria:

La portata d’aria di una ventola viene misurata in “CFM” (Cubic Feet per Minute), dove un piede cubo equivale a circa 0,3 metri cubi di volume. In alternativa la sua misura può essere espressa direttamente in m³/h. Essa è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione della ventola e alla sua dimensione. La portata d'aria della ventola, insieme alla sua pressione statica sono i parametri che incidono direttamente sulla capacità di raffreddamento della ventola stessa.

• Pressione Statica:

La pressione statica, misurata in “mmH²O”, è invece la forza esercitata dalla massa d’aria spostata dalla ventola. Essa varia con la stessa proporzionalità della portata d’aria e tipicamente è un parametro che crescendo garantisce una migliore efficacia quando una ventola è posta su un dissipatore.

• Il rumore:

Il rumore è una grandezza assai difficile da valutare, perchè si tratta di un dato in cui convergono non solo elementi assoluti (pressione sonora, energia, frequenza, ecc) numerabili e misurabili, ma anche altri relativi all' ascoltatore, che, soggettivamente, può valutare in modo molto diverso una fonte di rumore da un' altra.

Il rumore viene misurato in dB (deci Bel) che è una misura logaritmica. Ovvero un valore che non cambia linearmente ma in modo esponenziale. Tra due valori di rumore una differenza di +3dB equivale al doppio del rumore mentre una differenza di +10dB equivale a un intero ordine di grandezza, quindi 10volte di più!. Di conseguenza se la ventola A ha una rumorosità di 30 dB ed un'altra di 33dB, significa che quest'ultima avrà un rumore reale doppio rispetto alla prima e non solo di una piccola frazione.

Per lo stesso motivo, quando ce n'è la possibilità, e meglio utilizzare più ventole a basse prestazioni e rumorosità piuttosto che una singola ventola ad alte prestazioni, perchè il rumore di più fonti non si somma in modo lineare ma sempre in modo logaritmico. Ad esempio due ventole da 10dB non producono 20 dB di rumore, ma solo 13 dB.

Sono molte le fonti di rumore in una ventola, e possono essere così schematizzate:

1. rumore prodotto dalla rotazione dell' albero sul suo supporto: dipendente dal genere di supporto e dalla precisione della lavorazione delle parti
2. rumore dovuto alla rotazione delle pale che aspirano e spingono l' aria: dipendente dal loro disegno aerodinamico, dal numero, dal materiale con cui sono realizzate. In questo va compreso anche il rumore dovuto al flusso dell' aria che, attraversando il corpo della ventola, si trova a formare vortici e turbolenze. Si tratta di rumore a larga banda, generato dalle pale che tagliano l' aria. Può essere ridotto solamente dal costruttore, intervenendo nel disegno aerodinamico delle pale stesse.
3. rumore dovuto alle vibrazioni: che una irregolare equilibratura della parte rotante trasmette al corpo della ventola e quindi alla parete su cui è fissata
4. rumore dovuto al flusso dell' aria che forma turbolenze: sugli ostacoli costituiti dalla griglia di aspirazione e da quelli all' interno del case, dalla formazione di vortici e turbolenze. Turbolenze sono create dal flusso dell' aria in pressione che genera rumore a larga banda quando urta, perdendo parte della sua energia, su ostacoli, spigoli, ecc.

I disturbi che si creano nel posizionamento della ventola possono essere la causa maggiore del rumore, soprattutto se si ha a che fare con ventole progettate per un basso rumore: esse saranno sensibili ai disturbi del flusso d' aria più di una ventola rumorosa in partenza. Inoltre, diversi modelli di ventole reagiranno in modo diverso nella stessa situazione. Questo non è facilmente determinabile a priori; ad esempio, il flusso d' aria che va a colpire una superficie, molto vicina, con un certo angolo, oppure costretto a passare in una grigliatura, potrà trasformare parte della sua energia in rumore ad una certa tonalità, che, nella ventola provata in aria libera, era del tutto assente.

Per ridurre il rumore dovuto alla trasmissione del rumore per vibrazione alla struttura reggente della ventola, è possibile agganciare queste ultime utilizzando degli appositi gommini anti-vibrazione al posto delle classiche visti metalliche:

In tal modo si crea uno strato di gomma che assorbe eventuali vibrazioni delle ventole che non vengono trasmesse alle pareti metalliche del case o agli altri supporti su cui la ventola è fissata.

LE PALE

Questo elemento è estremamente importante per le prestazioni della ventola. Una corretta progettazione dinamica del sistema rotante e della guida d' aria formata dalla carcassa è elemento indispensabile per ottenere una efficienza elevata, il che corrisponde anche al minimo rumore. Si può osservare, considerando ventole di diversi modelli e produttori, come la forma ed il numero delle pale possa essere anche molto diverso da un esemplare all' altro. variando da da 4 a 16. Con l'aumentare del numero delle pale scende il rendimento, ma si può avere una costruzione più semplice del profilo, minore superficie di ogni singola pala e minori vibrazioni durante la rotazione.

Nell' immagine in basso sono visibili rotori di ventole da 40 mm con 7, 8 e 9 pale. Ventole piccole come queste devono avere un elevato numero di giri per riuscire a spostare masse ragionevoli di aria e questo fa si che esse siano assai più rumorose di quelle di diametro maggiore.

Da notare che le ventole sopra visualizzate, di diversi costruttori, hanno differenti forme delle pale, frutto di diverse progettazioni. Inoltre le ventole di piccole dimensioni hanno anche il problema di disporre solo di una area limitata per le pale, in quanto il centro è occupato quasi interamente dal motore che, per quanto miniaturizzato, non può diventare più piccolo che tanto.

Un confronto tra il rapporto diametro esterno-diametro interno rende più evidente la cosa. Nella foto sottostante è rapportata una ventola da 80 mm con una da 40 mm, entrambe con 7 pale.

La ventola con lato 80 mm ha il diametro del motore d1 di 35 mm il motore occupa solo il 20% della superficie centrale. Nella ventola da 40 mm ha un diametro d2 di 22 mm e occupa ben il 37%. In ventole meno "pregiate" di queste, ad esempio quelle della foto precedente, la superficie del motore occupa anche il 50% del passaggio attraverso cui deve scorrere l' aria.

Il problema del diametro del motore centrale è una questione non banale: più è ampio quest'ultimo, meno spazio ci sarà per le pale. Inoltre questo diametro crea anche un ulteriore inconveniente, in quanto l'area centrale del motore, pur ruotando, non crea di fatto spostamento d'aria sul suo piano orizzontale, creando una cosiddetta zona morta al centro della ventola che si ripercuote direttamente su un analoga area del dissipatore non colpita da alcun flusso d'aria e quindi non sfruttata a dovere ai fini della dissipazione. Fortunatamente il diametro di questa zona morte tende a diminuire man mano che ci si allontana dalla ventola stessa, creando un volume cilindrico la cui base è appunto il diametro del motore.

Come diretta conseguenza di quanto detto sopra, al contrario di quanto si possa supporre intuitivamente, avere una ventola estremamente attaccata al dissipatore, rende meno di averla distanziata di qualche centimetro. Per distanziare la ventola dal dissipatore ed aumentarne l'efficienza si utilizza un semplicissimo dispositivo chiamato convogliatore.

Il convogliatore non è altro che un cubo con due basi opposte aperte, che, frapponendosi tra ventola e dissipatore, svolge contemporaneamente la doppia funzione di distanziare la ventola e non disperdere il flusso d'aria al di fuori della proiezione della ventola, "convogliando" l'aria verso il dissipatore.

Normalmente un convogliatore dello spessore di 5 cm riesce ad eliminare completamente l'impatto della zona morta della ventola sul dissipatore, anche se già uno spessore di 2,5 cm riesce ad attenuare sensibilmente l'effetto.

Nelle ventole di 120 o 140mm il numero di pale comunemente è di 7 o 9. Le ventole che hanno impieghi particolari, come quelle installate su sistemi di raffreddamento per CPU o per dischi e che , pur essendo assiali, lavorano in modo simile a quelle tangenziali (come accennato nella prima parte di questa guida), presentano pale con una curvatura molto accentuata e a volte in numero più elevato delle classiche 7.

Allo stesso modo, è abbastanza comune trovare un elevato numero di pale con un incurvatura estremamente accentuata nelle ventole a basso spessore facenti parte del cosiddetto formato slim. Questo lo si può notare nell' immagine di una ventola da 70 x 70 x 10 mm che ha ben 13 pale qui di seguito:

Ventole del genere sono utilizzate ad esempio su radiatori per CPU low profile o per il raffreddamento di box porta dischi, situazioni in cui l' aria in uscita ha andamento parzialmente tangenziale, il che giustifica la forma particolare delle pale. Ma possono essere applicate anche a radiatori di impianti a liquido interni al case, dove può essere necessario perdere un poco in prestazioni a vantaggio di un minore ingombro.

Dato che l'aria deve essere afferrata dalle pale e spinta attraverso la carcassa, quanto meglio è progettato l'insieme, tanto meno si formeranno resistenze al passaggio dell' aria con le relative turbolenze, che sono la principale fonte di rumore della ventola. Uno studio dinamico molto accurato ed una realizzazione delle masse rotanti ben bilanciata apporta notevoli vantaggi, come pure l' impiego di materiali adeguati, ma, per contro, questo aumenta il costo finale del prodotto.

[Danckan]

CONSIGLI DI MANUTENZIONE E BUON USO

Essendo il motore della ventola costruito nel modo che abbiamo appena visto, onde evitarne la distruzione è opportuno :

• non invertire in alcun caso la polarità di alimentazione; invertire la polarità non serve ad invertire il senso di rotazione e si possono verificare due casi:
  - c' è il diodo di protezione e la ventola non gira
  - non c'è il diodo di protezione e la ventola non gira lo stesso perchè con l' alimentazione invertita si sono istantaneamente bruciati i semiconduttori !
• non cercare di alimentare la ventola con tensioni superiori a 18-20V, specialmente se si tratta di realizzazioni basate su controller integrati : questo è il limite massimo che i fogli dati portano per l' alimentazione del circuito integrato ed il suo superamento fa lavorare i semiconduttori in condizioni molto critiche
• non bloccare le pale mentre la ventola ruota: nelle piccole ventole dei PC non c'è alcun pericolo per le dita, perchè la potenza in gioco è minima, ma, per contro, si può facilmente scheggiare o rompere una o più pale. In tal caso la ventola è da buttare perchè non essendo più equilibrata la parte rotante, si produrranno vibrazioni violente e in breve il supporto della rotazione (bronzina o cuscinetti) sarà deteriorato
  Per le ventole di maggiori dimensioni, in dipendenza dalla potenza, può esserci il pericolo di tagliarsi con i bordi affilati delle pale.
• se occorre arrestare una ventola per verificarne il rumore, non bloccare la rotazione della ventola per un tempo lungo tempo : la corrente circolante nelle bobine il cui driver si trovasse in stato di ON potrebbe surriscaldare i semiconduttori interni e gli avvolgimenti. I sistemi con driver a circuito integrato dovrebbero evitare questo pericolo, ma i circuiti più semplici a transistor, no. Da prove fatte, è un pericolo molto remoto, date le piccole correnti in gioco, ma non si sa mai. Per cui è ben possibile fermare per un istante la ventola, ad es. per verificarne il rumore, ma non è pratica da utilizzare correntemente.
• non infilare tra le pale della ventola che gira oggetti di qualsiasi genere, come un cacciavite : si corre il rischio di rompere una pala
• non cercare di smontare la ventola: non è prevista per questo, nè per alcuna azione di manutenzione. Se è sporca e impolverata, al massimo va pulita con aria compressa e un pennello morbido.
• non introdurre lubrificanti: le uniche parti lubrificate dal costruttore possono essere i cuscinetti e le bronzine, ma non sono accessibili senza smontare la ventola e l' introdurre olio a caso peggiora solo la situazione
• non tirare i cavi della ventola : sono saldati al piccolo circuito stampato da cui è facile strapparli
• ovviamente, non maltrattare meccanicamente la ventola, con colpi, urti, cadute. Per quanto siano oggetti molto robusti, se sono di plastica, si rischia una rottura, se di metallo, una deformazione difficilmente ripristinabile e per entrambi i tipi, si rischia un disassamento o un danno al supporto dell' albero.

USURA DELLA VENTOLA

Spesso la costruzione dell'albero della parte rotante del motore risulta essere eccessivamente spartana e poco curata, sopratutto per quanto riguarda il supporto , che ne pregiudica la durata. Va ricordato, poi, che sporco e polvere presenti nell' aria aspirata sono un altro fattore che può abbreviare drammaticamente la durata della vita anche della migliore ventola.

In pratica, la durata reale della ventola dipende da vari fattori:

• consumo del sistema di supporto dell' albero, con aumento dell' attrito e delle vibrazioni, fino al possibile arresto del motore
• esaurimento del mezzo lubrificante, con aumento dell' attrito e del rumore come sopra
• deposito di polvere sulle pale che riducono l' efficienza del motore
• deposito di polvere e filacce all' interno del motore, che possono arrivare ad arrestare la ventola

Solitamente un aumento della rumorosità è un indice significativo del degrado della ventola. Questo si verifica prima del possibile arresto, per cui è buona norma sostituire le ventole diventate rumorose prima che collassino completamente. E' buona norma collegare le ventole la cui azione è più critica, o essenziale, come quella della CPU, alle risorse della scheda madre ed includerle nella gestione della sicurezza del sistema in modo da avere un avviso di allarme al verificarsi di un guasto, che sarebbe molto difficile rilevare altrimenti.

FILTRAGGIO DELLA POLVERE

Per quanto un ambiente possa essere pulito, nell'aria è presente sempre una certa quantità di polvere atmosferica e di sporco. Il problema è che, anche nelle condizioni migliori, dove sui mobili si deposita solo un velo ogni molti giorni, le ventole del PC aspirano molti metri cubi di aria all'ora durante il loro lavoro e, come in un'aspirapolvere, concentrano le particelle all'interno del case, dove esse si depositano per forza di gravità e per effetto adesivo dovuto alle cariche elettriche. Inoltre c'è da considerare l'aspetto igienico, con l'accumulo, in un piccolo spazio, di una carica microbica elevata.

Gli effetti negativi della polvere sono sostanzialmente ne tre :

1. Aderendo ai componenti caldi, crea uno strato che ha un effetto di isolamento termico, essendo uno scarso conduttore di calore. Questo determina una difficoltà delle superfici sporche a scambiare il calore con l' aria circostante e quindi può condurre a sovra riscaldamenti.
   
2. In secondo luogo, penetra nelle parti in movimento e può portare al loro blocco, inquinando ad esempio i supporti su cui ruotano gli alberi delle ventole o caricando le pale di un peso aggiuntivo e non bilanciato che da origine a vibrazioni e conseguenti guasti per usura dei supporti. L' aumento della rumorosità, spesso notevole, delle ventole dopo un certo periodo di lavoro può essere aggravato dalla presenza di polvere e sporco. Va ricordato, poi, che ci sono altri motori e parti sensibile allo sporco, come floppy e CD/DVD. In questi ultimi, la polvere che raggiunga le lenti di collimazione dei laser ne mette fuori uso la funzione, mentre depositandosi nelle guide e sugli ingranaggi crea attriti e blocchi nel funzionamento.
   
3. Nel caso in cui nella polvere, poi, sia presente grasso o fumi o particelle igroscopiche o metalliche, si possono avere spiacevoli problemi di archi e scintillazioni per la perdita di isolamento delle parti ad alta tensione negli alimentatori, per eccellenza deposito di gran parte della polvere a causa dell' attrazione elettrostatica e ionica.

Ovviamente il primo accumulo di polvere è sulle ventole aspiranti, che sono il primo ostacolo per la polvere. Ecco un esempio di "effetto polvere" sulle pale di una ventola. E' normale che la polvere contenga particelle con un discreto potere adesivo, che formano concrezioni di un certo spessore, come si nota su una delle pale in basso.

Da osservare che la parte dove avviene il maggiore accumulo è il bordo delle pale, che, oltre ad essere sporcato, viene anche corroso. Si arriva ad un appesantimento delle massa rotante, ma, molto più importante, siccome il deposito di polvere non è uniforma, ci sarà uno sbilanciamento. La rotazione dell' albero sottoposto a questo sbilanciamento può portare ad una progressiva e spesso rapida deformazione della sede dei supporti, con riscaldamento e perdita del lubrificante, rendendo in breve la ventola molto rumorosa e, alla fine, bloccandola completamente.

Quindi, soprattutto in applicazioni professionali, dove l' affidabilità è essenziale, si ricorre all' uso di filtri, che, posti prima delle ventole aspiranti, fermano la maggior parte della polvere e delle sostanze sospese nell' aria. In pratica si tratta di reti di materiale sintetico o metallico, abbastanza fini da fermare la polvere, ma non troppo in modo da non costituire una eccessiva resistenza per l' aria che passa, anche se in quantità lievemente minore.

Ci sono tuttavia alcune accortenze e controindicazioni nell'utilizzo dei filtri, riconducibili essenzialmente al fatto che, a mano a mano che la polvere si deposita sulla reticella del filtro, questa si ostruisce e la quantità di aria che può passare si riduce, fino, al limite, a bloccarsi completamente. Questo porta da una parte alla ventola che lavora praticamente ostruita e dall' altra alla mancata circolazione di quell' aria che è indispensabile al funzionamento del sistema, con il conseguente surriscaldamento.

Per i motivi sopracitati è quindi necessaria una vera è propria pianificazione della manutenzione dei filtri, senonché alla progettazione della loro installazione in posizioni raggiungibili comodamente, magari anche dall'esterno per facilitarne la manutenzione.

Volendo quindi riassumere in breve, l'inserimento di filtri al sistema di ventilazione del case può essere sia un vantaggio che un problema. Un vantaggio in quanto impedisce il depositarsi della polvere, con i danni già elencati; meno polvere, meno possibilità di surriscaldamenti o peggio, interno del PC più pulito, meno problemi alle ventole e, in sostanza, un aiuto ad allungare la vita dei componenti e, a volte, anche ad evitare guasti. E' un problema se, una volta installato, lo si dimentica.

Alcuni chassis in commercio prevedono di serie filtri già installati; in genere si tratta di una reticella di nylon che può essere estratta e pulita con acqua e sapone o alcool o semplicemente soffiata con l' aria compressa. Un filtro del genere protegge a sufficienza le ventole di aspirazione e l'interno del PC, ammesso di averne cure come detto finora.

Dove il case non preveda un filtro e sia necessario usarlo, in commercio esisto diversi tipi di filtri, di seguito è mostrato un classico filtro "a scatola", comunissimo nelle apparecchiature elettroniche. E' costituito da tre parti : partendo da sinistra, si vede il supporto, che si fissa al pannello davanti alla ventola, solitamente con le stesse viti che fermano la ventola stessa; sopra di esso si pone il materiale filtrante (al centro) e la "scatola" è chiusa dal coperchio (a destra), che è fissato a pressione, in modo da poter essere facilmente levato per accedere al filtro.

Questo genere di filtro è progettato per essere fissato all' esterno del case e non all' interno, proprio per essere accessibile per la manutenzione. Fissare il filtro all' interno lo rende poco accessibile e quindi a rischio di intasamento: piuttosto che mettere il filtro e non mantenerlo efficiente è meglio non metterlo. La posizione più facile è quella sulle forature sugli sportelli laterali o sul fondo del case. In questi punti è molto semplice fissarli e manutenzionarli, in quanto sono all' esterno. Al contrario, fissare un filtro in espulsione alla ventola è strettamente sconsigliato in quanto pur salvando l'interno del PC dall'accumulo di polvere, non salva la ventola, sulla quale finirà per accumularsi il materasso di polvere che non può procedere oltre causa il filtro e la metterà fuori uso dopo poco.

In quest'altra immagine invece un filtro in retina metallica in un unico blocco, più resistente nel tempo e semplice da installare del precedente, ma lievemente più ostico da ripulire per bene:

FINE

Si ringrazia elma per il contributo alla guida.

[Danckan]

Guida (finalmente) finita.

A voi i commenti, le correzioni e quant'altro! La discussione è aperta!

[Bankai]

bella guida direi esaurientissima .....


ora ci starebbe un bella "classifica" delle migliori ventole che abbiamo usato ad esempio su dissipatori o su radiatori così uno si orienta....

[Kamilla]

Nizza messaggi. Mantenere la pubblicazione di tali informazioni necessarie. Grazie!

[mickieburke]

However some producers use default IP address aside from this 192.168.0.1. it is best to check out the wireless router package or bottom part of the wireless router to find the default router IP.

[malkova]

I enjoyed over read your post. He has nice information, I got good ideas from this post.
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