Engenheiro da Noctua explica por que o ventilador de PC perfeito ainda não foi criado

Em entrevista ao canal do YouTube Gamers Nexus, Jacob Dellinger, da Noctua, analisa os fundamentos do design de ventoinhas de resfriamento de PC, desde a geometria e a acústica das pás até o fluxo de ar e a resistência do dissipador de calor. Embora os designs existentes tenham sido aprimorados ao longo de décadas, Dellinger sugere que melhorias significativas no futuro podem exigir avanços em novos materiais.

Fonte da imagem: YouTube / Gamers Nexus

Dellinger explicou que o termo “ângulo de inclinação” se refere à inclinação geométrica entre a pá do ventilador e o plano de rotação, enquanto “ângulo de ataque” descreve a interação aerodinâmica entre a pá e o fluxo de ar que se aproxima. Esses ângulos variam ao longo do comprimento da pá, sendo mais inclinados no cubo e mais planos na ponta, de acordo com o perfil de velocidade de rotação.

Um ângulo de inclinação maior das pás aumenta o fluxo de ar por rotação, mas aumenta o risco de parada do fluxo e aumento da turbulência acústica. Mesmo pequenas alterações no ângulo de inclinação – de apenas 1° – podem afetar significativamente a eficiência do fluxo de ar e os níveis de ruído.

O número de pás em um ventilador afeta diretamente a frequência com que elas passam, o que se correlaciona com o nível de ruído. Por exemplo, um ventilador de sete pás girando a 2.000 RPM produz uma frequência menor, de 233 Hz, em comparação com um ventilador de nove pás, que produz 300 Hz. No entanto, a redução do número de pás tem o custo de comprometer a pressão do ar e a rigidez estrutural. Os projetistas devem compensar aumentando a área das pás ou girando a uma velocidade mais alta, o que pode anular a vantagem acústica. A Noctua atualmente favorece projetos de nove pás para ventoinhas de 120 mm, citando o equilíbrio entre fluxo de ar, pressão, rigidez estrutural e acústica.

O design do dissipador de calor não afeta apenas a eficiência do resfriamento, mas também as características de ruído de uma ventoinha. Embora os dissipadores de calor se beneficiem de mais aletas e maior área de superfície, o aumento da densidade das aletas cria resistência ao fluxo de ar. Essa resistência pode fazer com que as ventoinhas operem perto das zonas de estol de suas curvas de pressão, aumentando a turbulência e os níveis de ruído. A transferência de calor também é irregular ao longo da aleta, com pico na borda de ataque e declinando à medida que uma camada limite se forma. Os designs mais recentes da Noctua buscam adequar o desempenho da ventoinha à resistência correspondente do dissipador de calor para permanecer dentro das faixas ideais de fluxo de ar.

Embora as ferramentas de modelagem e previsão tenham melhorado, melhorias futuras no design de ventiladores de consumo podem depender mais dos materiais do que da geometria. A troca da Noctua de PBT e ABS por polímero de cristal líquido (LCP) permitiu tolerâncias de ponta mais precisas e redução da vibração, ajudando a estabilizar o desempenho em velocidades mais altas. Pás de metal ou compósito poderiam teoricamente trazer benefícios, mas provavelmente aumentariam os níveis de ruído e os custos de fabricação. Algumas melhorias acústicas já estão sendo alcançadas por meio de técnicas de turbulência controlada, como o design do cubo turbulento centrífugo encontrado nos ventiladores G2 da Noctua.

Dellinger está cautelosamente otimista quanto a possíveis avanços futuros no projeto de ventiladores. Ele acredita que a maioria das possibilidades de engenharia já se esgotou dentro das restrições dos materiais e aplicações atuais. Embora conceitos com poucas ou nenhuma aleta possam parecer promissores, limitações práticas de fluxo de ar, turbulência e custo mantêm tais ideias em nível teórico por enquanto.