Projetos TEC (Peltier)

Pastilha peltier para refrigerar memória – Ideia brilhante ou loucura? Desenvolvimento e testes!

Muitos já devem ter ouvido falar de peltier, as quais são aquelas compactas pastilhas semicondutores com superfície cerâmica, que costumam ser utilizadas em aplicações tão sensíveis quanto refrigeração de lasers ou preservação de material orgânico, passando por outras mais triviais, como, por exemplo, bebedouros... Continuar lendo!

Fala pessoal, beleza?

Muitos já devem ter ouvido falar de peltier, as quais são aquelas compactas pastilhas semicondutores com superfície cerâmica, que costumam ser utilizadas em aplicações tão sensíveis quanto refrigeração de lasers ou preservação de material orgânico, passando por outras mais triviais, como, por exemplo, bebedouros.

O seu funcionamento consiste em, ao aplicar uma corrente elétrica, “mover” o calor entre os seus lados, gelando de um lado e esquentando do outro, sendo também possível usar essas pastilhas para gerar energia elétrica, aplicando um delta de temperatura entre os lados da pastilha, onde a tensão e corrente geradas são maiores conforme se aumenta o delta.

É evidente que já deve ter passado na cabeça de muita gente em usar isso dai para refrigerar a CPU, onde, na verdade, essa é uma ideia antiga, onde diversos fabricantes já se empenharam na produção de sistemas de refrigeração utilizando esses elementos, com destaque ao Intel Cryo Cooling, que pode ser citado como uma tentativa mais recente nesse sentido.

É razoável citar que pelo baixo-custo de aquisição das pastilhas, muitos se enveredam em tentar desenvolver por conta própria sistemas de refrigeração utilizando esses componentes, às vezes, com sucesso, como foi o caso desse quem vos escreve, cujo trabalho de conclusão de curso da universidade de engenharia foi justamente o desenvolvimento de um protótipo de “Cryo Cooler”, o qual ainda não havia sido anunciado na época, onde o meu “invento” foi demonstrado com sucesso em um Ryzen 3 2200G, que, aliás, ainda era novidade naqueles tempos.

Apesar dessas pastilhas apresentarem uma série de vantagens como as suas compactas dimensões, baixo-custo e simplicidade, o seu “calcanhar de Aquiles” é justamente a sua baixa eficiência, onde sistemas “single-stage phase change” são mais indicados para lidar com cargas térmicas maiores, como as CPUs e GPUs modernas.

Agora, se usar peltier para refrigerar uma CPU moderna pode ser algo complicado, que tal usar isso para gelar algo cuja dissipação é bem mais modesta, mas que apresenta grande influência nos resultados dos benchmarks em overclock? Claro! Estou falando das memórias e o assunto desse artigo é exatamente esse: O desenvolvimento de um sistema de refrigeração para memórias usando pastilha termoelétrica! 😀

Por conta da dificuldade em refrigerar diretamente a memória com a pastilha, seja por limitações de espaço, complexidade adicional de ter que usar mais de um módulo peltier e custo muito maior, a ideia acabou sendo utilizar dissipadores customizados, do mesmo tipo que costumam usar para blocar as memórias ou congelá-las e fabricar um “plate”, a qual seria parafusado nas memórias e receberia o peltier e um dissipador na parte superior.

Alguns podem ter dúvidas com relação à área de contato entre o “plate” e o dissipador ser um tanto limitada, porém, é necessário ter em mente que na pior das hipóteses, estamos falando de cerca de 15 a 20W de potência dissipada, o que não fica longe da realidade do VRM de diversas placas-mãe e como bem sabemos, a área de contato da base desses dissipadores não é muito diferente dessa situação aqui.

Já que a dissipação de calor das memórias não é tão grande, também não existe a necessidade de se fabricar o “plate” em cobre, tendo sido usada uma chapa de alumínio de 3 mm para sua confecção, o que representou uma grande economia com o custo do material.

Sobre o dissipador para refrigeração do lado quente da pastilha, foi retirado de uma sucata de um PC da Dell muitos anos atrás, o qual também é 100% em alumínio e agora está encontrando um novo propósito de vida! 🙂

Ainda aproveitando esse gancho da dissipação, para esse projeto, foi utilizada uma pastilha TEC1-12705, que possui Qmax de cerca de 50W trabalhando com 16.2V, onde no caso, ela será utilizada em 12V, o que resultaria em um Qmax menor, porém, ainda suficiente para a carga, sendo ainda um trabalho “fácil” para o dissipador utilizado do lado quente manter um delta decente.

Foi utilizada uma minirretífica Dremel 3000 para fazer o trabalho, algo que junto do operador, cujo nível de perícia com a ferramenta deve ser similar ao de um Homo Habilis, contribuiu para que o “produto” final não ficasse com acabamento lá muito bonito, porém, ficou perfeitamente funcional e é isso que importa! 😀

Nas fotos abaixo, é possível ver como ficou a engenhoca após montada, onde foi utilizada um peltier aleatório apenas para verificar se as coisas iriam se encaixar corretamente, algo que felizmente acabou acontecendo, com um resultado muito similar ao que foi projetado!

Além da própria engenhoca, também foi preciso modificar os dissipadores, fazendo um furo para instalação do termopar, o qual obviamente é necessário para que se tenha uma noção da temperatura das memórias.

Assim como ocorre com overclock extremo utilizando gelo seco ou LN2, também se faz necessário isolar os componentes ao se usar peltier, afinal, além da temperatura ir abaixo do ponto de orvalho, o que pode trazer consequências desastrosas com a condensação, também perde-se com as trocas de calor com o ambiente, de forma que ao se isolar toda a parte fria, geralmente torna-se possível obter temperaturas mais baixas.

Para o isolamento dos dissipadores e do “plate”, foi utilizada uma manta elastomérica, enquanto para o PCB das memórias, plastidip.

E por fim, o produto final, com todas as partes devidamente isoladas e a primeira “cobaia” montada para os testes.

O processo de instalação é tranquilo, bastando colocar as RAMs nos slots, aplicar a pasta térmica na parte de cima dos dissipadores das memórias e após isso, parafusar o “plate” de alumínio. É importante observar que a parte de cima pode permanecer montada, não sendo necessário reinstalar a pastilha e o dissipador do lado quente toda vez que for usar, tornando o uso dessa engenhoca algo bem simples e pouco dispendioso.

Se alguém ainda acha que a vida da “engenhoca” vai ser fácil, está redondamente enganado! Para o primeiro teste, o objetivo foi claro: Pegar o primeiro lugar no ranking do PYPrime 2B com memória DDR3, onde para isso, foi utilizado um i7 4770K, uma Maximus VII Impact e um kit de memória 2×2 GB G.Skill PI 2200 CL7 usando os famosos “Powerchips”, as quais já foram testadas aqui no site.

A respeito do desempenho térmico da “engenhoca”, para uma temperatura ambiente de 24 °C, essas memórias ficaram ali entre os +5 e 6 ºC, atingindo algo entre +3 e +4 ºC com ar condicionado ligado e ambiente de 22 ºC. Apesar de não ter negativado a escala, esses resultados podem ser considerados bastante satisfatórios se considerarmos que foi utilizado refrigeração a ar do lado quente da pastilha, como um compromisso de design visando manter o custo disso o menor possível.

Agora, sobre o resultado no benchmark, a “engenhoca” fez a diferença e com ela foi possível esticar as memórias até os 2696 8-12-6-28 1T 1.95V, ganhando cerca de 100 MHz e timings mais agressivos do que aquilo que é possível de se fazer no ar, o que aliados ao excelente exemplar de i7 4770K, capaz de completar o PYPrime 2b com frequência de 5155,40 MHz, resultaram no primeiro lugar no ranking de DDR3, com um tempo de 10.594 s no PYPrime 2.0 e mais de 70 pontos no ranking!

Feitas todas as apresentações, chegou a hora da verdade! Qual foi o custo para desenvolver isso tudo? Em relação aos materiais, em valores aproximados, foi o seguinte:

Barra de alumínio – R$25

TEC1-12705 + Junta = R$37

Rolo de fita elastomérica = R$35

Parafusos = R$3

Dissipadores das memórias = R$75

Em relação ao dissipador do lado quente e do termopar tipo K, foram reaproveitados de sucata ou já tinha em mãos, porém, é possível encontrar coolers para socket A, facilmente adaptáveis, por cerca de R$30 e o termopar por algo na casa dos R$20, já considerando o frete.

Resumindo, o custo total, excluindo-se as ferramentas necessárias para fazer os cortes no alumínio, foi de aproximadamente R$225, o que me parece bastante razoável se o intuito for desenvolver algo que comprovadamente permite tirar um pouco mais de desempenho das memórias em sessões de benchmark. Evidentemente, tal sistema não é apropriado para uso diário, porém, esse também nunca foi o propósito, dito isso, da para dizer que essa experiência foi um sucesso e que sim, é possível usar um peltier para refrigerar as memórias. 😀

E é isso! Dúvidas, perguntas e sugestões são bem-vindas! Até a próxima!

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