Le ventole sono tutte uguali?

Ovviamente il titolo dell'articolo è provocatorio, altrimenti saremmo matti a tenerne a listino oltre 20 tipi, no? ;-)

Una differenza che non può passare inosservata tra i vari tipi di ventole è la dimensione, ma ad occhio nudo si riconoscono anche altre cose che caratterizzano le ventole: il numero di pale, il senso di rotazione e la direzione del flusso generato. Alcune che non si vedono immediatamente invece sono: il rumore generato durante il funzionamento,il numero di giri/minuto, la portata d'aria il consumo energetico eccetera...

Partiamo dall'analisi esteriore delle ventole.

Materiale
Ormai sono quasi tutte in plastica eccezion fatta per alcune ventole alimentate a 220V, tempo fa parecchi produttori le facevano in acciaio o alluminio, ma questo dava origine a costi maggiori rispetto alla plastica e non vi erano evidenti benefici. Il fatto che ora le ventole siano in plastica non vuol dire che durino meno o che siano più fragili.

Dimensioni
Sotto i 40mm di diametro al giorno d'oggi le ventole vengono usate solo dagli assemblatori di componenti per metterle all'interno dei loro prodotti (ad esempio le ventoline 20x20mm dentro ai masterizzatori, ecc). All'interno dei pc le misure generalmente adottate vanno invece dai 40 ai 120mm a seconda delle esigenze. Ovviamente a parità di giri/minuto una ventola di maggiori dimensioni consente uno spostamento d'aria maggiore di una più piccola. Altrimenti ci sarebbero ovunque ventole da 40mm!! :-). In linea di massima gli usi che si possono fare con le varie dimensioni di ventole sono i seguenti:
Ventilazione Chipsets/Schede video: 40/50mm
Ventilazione dissipatori per processori: 60/80mm
Ventilazione aree specifiche della scheda madre o altro: 50/60/80mm
Ventilazione generale del cabinet: 80/92/120mm
Finora abbiamo parlato solo del diametro di una ventola (anche se sarebbe meglio dire il lato dato che le ventole solo quadrate!) ma tra le varie ventole cambia anche lo spessore: si va generalmente dai 10 ai 38mm e l'aumento dello spessore è proporzionale all'aumento del diametro in quanto in questo modo l'efficienza si mantiene ottimale. Sono rare infatti ventole 120x120x10mm o 40x40x38!

Le pale
Non si può dire che siano il cuore della ventola ma sono senz'altro uno degli elementi fondamentali nella progettazione. Il loro numero, la loro disposizione e la loro forma sono parametri che possono modellare a piacimento le proprietà di una ventola.
Sono generalmente in numero dispari per questioni di equilibrio dinamico: abbiamo infatti ventole a 5,7,9 o 11 pale. A dire il vero ne esistono anche a tre pale, ma sono generalmente rumorose e di grosse dimensioni, quindi riservate ad usi industriali. Il numero di pale, al contrario di altri fattori, non varia in relazione alle dimensione ma è esclusivamente un elemento progettuale, l'unica cosa che posso dire di aver notato è che generalmente le ventole con molte pale (9 o 11) o sono sottili e larghe (tipo una 60x60x10mm) o sono di dimensioni ridotte (come quella del Thermaltake Superorb) oppure fanno un rumore piuttosto elevato. Le pale devono estendersi per una superficie sufficientemente ampia da investire una buona quantità d'aria, e devono essere sagomate per penetrare nell'aria creando la minima turbolenza possibile e generando al contempo l'effetto di spostamento desiderato

Mini F.A.Q:

D: Se metto due ventole una sopra l'altra ottengo migliori risultati?

R: In generale no!, Infatti due ventole coassiali e ravvicinate devono essere studiare per lavorare in coppia, altrimenti si rischia che si ostruiscano a vicenda; oltretutto la ventola più "a valle" sarebbe costretta a lavorare ad un numero di giri superiore a quelli per cui è stata progettata a causa del flusso generato dalla prima, il che può causare danni al motore stesso della ventola. Condizione pressoché fondamentale perché due ventole lavorino coassialmente è comunque che il senso di rotazione di una sia opposto a quello dell'altra, pena turbolenze e forte diminuzione delle prestazioni. Si sconsiglia quindi di mettere due ventole uguali una sopra l'altra per tentare di aumentare le prestazioni: aumenterete solo il rumore!



TECNICA



CUSCINETTI
Le ventole possono ruotare su due tipi di cuscinetti, a sfere o a bronzine. Nonostante sia tradizione comune pensare che le bronzine facciano più attrito delle sfere e che quindi una ventola su bronzine a parità di assorbimento sia meno performante di una su cuscinetti, questo non è del tutto vero, se prendiamo la stessa ventola (stesso motore, stesse pale ecc...) e la facciamo andare su bronzine invece che su cuscinetti avremo una differenza di portata d'aria quasi impercettibile: meno 1-3%. Il rumore prodotto da ventole su bronzine è nella maggior parte dei casi uguale (a volte addirittura inferiore) a quelle su cuscinetti. Dove invece le bronzine falliscono è la durata nel tempo: se mediamente una ventola su cuscinetti dura sulle 60-80mila ore di lavoro, una su bronzine ne durerà la metà circa, dopodiché le bronzine inizieranno a dare segni di degrado producendo un rumore anormale. Una ventola su bronzine, mediamente è molto più economica, a livello industriale, di una su cuscinetti, in quanto è più veloce da fare e da assemblare.

RPM Monitoring
La maggior parte delle nostre ventole sono dotate di un terzo filo oltre ai due dell'alimentazione, che serve per portare il segnale tachimetrico (RPM = Revolutions per minute, ossia giri al minuto). Il segnale è costituito da un'onda quadra che si ripete due volte per ogni giro che la ventola compie. Le schede madri predisposte possono leggere questo segnale e fornire preziose informazioni sullo stato di funzionamento delle ventole e con appositi programmi si possono impostare allarmi sonori nel caso in cui una o più ventole scendano sotto una soglia minima di giri al minuto, questo previene, nella maggior parte dei casi danni all'hardware dovuti al surriscaldamento.
Potete trovare alcuni di questi software nella nostra sezione download.


FUNZIONAMENTO

Il principio di funzionamento delle ventole è molto semplice, quasi banale, e si basa sul fatto che ogni corpo che si muove crea uno spostamento d'aria. La quantità d'aria spostata varia in funzione della velocità con cui questo corpo si muove, dalla sua dimensione e dalla sua forma. Allora se riusciamo a far muovere dei "corpi" abbiamo spostamento d'aria, e se questi corpi li foggiamo a nostro piacimento possiamo decidere la direzione e la quantità d'aria che questi spostano ad una data velocità. Il metodo più utilizzato per mettere in pratica questo principio è quello di "attaccare" delle pale inclinate attorno ad un asse che viene fatto ruotare. In questo modo si possono ottenere due tipi di flusso: radiale e longitudinale: quello radiale è uscente dall'asse di rotazione, secondo una direzione perpendicolare a questo, mentre quello longitudinale è parallelo all'asse di rotazione che lo genera. Per chiarirci le idee possiamo pensare come flusso radiale quello generato dalle grosse ruote dei battelli a vapore del 1800 (o, a ruoli invertiti si può pensare alla ruota di un mulino ad acqua), mentre gli esempi di flussi longitudinali sono notevoli: le eliche dei motoscafi, i ventilatori, le ventole che vendiamo noi (!!), eccetera...
Come si nota nella vita comune, praticamente tutte le ventole oggi in commercio sono di quelle che generano un flusso parallelo al loro asse di rotazione. Questo è dovuto al fatto che le ventole che generano flussi radiali danno origine a turbolenze e in caso di fluidi a bassa densità come l'aria per generare un flusso consistente necessiterebbero di regimi di rotazione altissimi o dimensioni improponibili. In parole povere sono molto meno efficienti di quelle a flusso radiale!

L'attenzione dei progettisti delle ventole si è dunque rivolta alla creazione di pale per ventole longitudinali che ottimizzassero la quantità d'aria spostata e contemporaneamente il rumore prodotto. Da queste esigenze nascono le ventole con pale più o meno profilate, più o meno inclinate o con un numero diverso di pale.

RUMORE PRODOTTO

L'equazione è semplice:

ovviamente aumentando la dimensione e tenendo invariati la velocità di rotazione e la qualità progettuale, il rumore aumenta.
Tra due ventole di uguale portata d'aria è quella di dimensioni minori a fare maggior rumore.
Il rumore si misura in decibel, che a loro volta costituiscono una scala logaritmica il che vuol dire che 3,5 decibel (dBa) in più equivalgono al doppio del rumore percepito. Alcuni esempi di rumori sono:
camera anecoica completamente isolata: 13dBa (rumore di fondo)
Quartiere tranquillo di notte: 28-30dBa
Bisbiglio: 30-32dBa
Conversazione normale: 45-55dBa
Strada trafficata: 70dBa
Discoteche: oltre 100dBa
(per legge negli ambienti lavorativi oltre i 90dBa sono obbligatorie protezioni all'udito per evitare danni gravi e permanenti)
Aereo in fase di decollo: 110dBa
Razzo in partenza da una rampa di lancio: 125dBa
Soglia del dolore e della sopportazione umana: 125-130dBa



PORTATA D'ARIA

L'aria che una ventola riesce a muovere si dice portata della ventola e si misura generalmente in CFM (Cubic Feet per Minute cioè piedi cubici al minuto). Ovviamente ad una maggiore quantità d'aria spostata corrisponderà una maggiore capacità di raffreddare il componente interessato.
Come già accennato parlando a proposito del rumore, la portata d'aria aumenta all'aumentare delle dimensioni di una ventola e all'aumentare della velocità di rotazione delle sue pale. Generalmente all'aumentare della dimensione si diminuisce il regime di rotazione di una ventola in quanto se così non si facesse il rumore prodotto sarebbe altissimo, gli assorbimenti di corrente lo stesso e il flusso d'aria prodotto sarebbe eccedente la richiesta per quell'applicazione. Possiamo vedere infatti ventole 20x20x4mm che ruotano a 18000rpm e ventole da 120x120x38mm che ruotano a 1500rpm: ovviamente le seconde avranno una portata (ed un assorbimento) di parecchie volte più grande delle prime!

Alcuni consigli finali sulla scelta delle ventole e affini:

1. Per un'applicazione scegliete sempre la ventola di diametro più grande possibile: avrete più aria e meno rumore contemporaneamente.
2. Se avete necessità di una precisa dimensione di ventola sceglietene una a bassi giri se non avete bisogno di grande raffreddamento, beneficerete così di un rumore ridotto; se invece quelli che servono sono tanti CFM, allora optate per una ventola veloce e performante.
3. Se siete in dubbio se mettere o no una ventola su un componente, mettetela! Aumenterete la sua vita utile! Magari sceglietene un modello a bassa velocità, ma ricordate che anche 5 soli CFM sono meglio dell'aria calda e ferma per l'elettronica!
4. Non montate 8 ventole da 120mm nel vostro case per poi lasciare cavi piatti penzolanti ovunque a rallentare ed ostruire il flusso d'aria.
5. Non mettete ventole a caso nel vostro case (non sempre più ventole = minore temperatura!), studiate prima sulla carta un percorso da far compiere all'aria all'interno del vostro case, in modo che ovunque, all'interno del cabinet, vi sia un ricircolo costante d'aria.
6. Ricordate dalla fisica che l'aria calda va verso l'alto, quindi sono pressoché inutili ventole che aspirano aria dall'esterno se posizionate nella parte alta del case: molto meglio metterle nella parte bassa e girare quelle nella parte alta in modo da far loro estrarre aria calda!
7. Più aria vuol dire più polvere, utilizzate dei filtri per le ventole che aspirano aria dall'esterno, o comunque sistemateli anche nelle prese d'aria fresca passive!
8. Se le vostre ventole fanno troppo rumore isolate acusticamente il vostro case. Prossimamente troverete su queste pagine un articolo su come fare e su che materiali usare!
9. Abbiamo visto che spesso le ventole ruotano oltre i 4000 giri al minuto, con punte di oltre 8000rpm raggiunti ad esempio dalla Delta EHE 50CFM: a queste velocità le ventole possono procurare lesioni a varie parti del corpo, raccomandiamo quindi, soprattutto per ventole ad elevata velocità, l'adozione di griglie metalliche protettive.