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Refroidissement par bong - Page 1/2

Rédigé par David D. - 23/10/2002
Catégorie : Watercooling



 
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Fonctionnement et phénomène physique

Dans un système de watercooling, on distingue 2 parties : le bloc qui récupère la chaleur émise par le processeur et la transmet au fluide caloporteur (eau, liquide glycolé) et la partie refroidissement qui permet d'évacuer l'énergie que le fluide a accumulée dans le bloc. On connait le radiateur traditionnel avec ailettes ventilées qui permet de refroidir ce fluide, mais on connait moins les systèmes qui permettent également de faire chuter la T° de celui-ci par évaporation. On va donc parler plus particulièrement des systèmes de refroidissement appelés couramment "bong".

Les bongs sont des systèmes relativement simples qui utilisent des propriétés physiques bien connues, à savoir l'évaporation d'un fluide. On va choisir de l'eau à partir de maintenant. La température ambiante sera notée T°ambiant et T°eau pour la température de l'eau.

On connait tous les tours de refroidissement ayant la forme d'un diabolo à côté des centrales nucléaires, et bien les bongs fonctionnent exactement sur le même principe.

L'eau de refroidissement qui arrive d'un circuit de refroidissement dans la centrale est dirigée vers la tour où cette eau est répartie sur une grille horizontale avant de s'écouler en gouttelettes vers le bas. Au contact du flux d'air ascendant grâce à un effet de cheminée, l'eau se refroidit. Une petite fraction de cette eau de refroidissement (quelques %) s'évapore et s'échappe de la tour de refroidissement sous la forme d'un nuage de vapeur. Une quantité mineure d'eau est également renvoyée dans le fleuve. La majorité de l'eau est collectée dans un bassin à la base de la tour. Ainsi refroidie, cette eau est mélangée avec de l'eau extraite du fleuve avant d'être renvoyée vers la centrale.

Ce même système est employé dans des machines aéroréfrigérantes qui permettent d'obtenir de l'eau froide facilement :

Tout se joue sur l'importance de l'évaporation dans ce genre de système (prépondérant par rapport à la convection dans le tube). Ce changement d'état, qu'est l'évaporation, est une réaction thermodynamique très consommatrice d'énergie. La chaleur latente de vaporisation, qui désigne la quantité d'énergie qu'il faut fournir pour faire évaporer une certaine quantité de liquide, est de 2257,92 kJ/kg pour l'eau à la pression absolue de 1 bar. C'est-à-dire que pour faire évaporer 1 litre d'eau, cette réaction aura besoin de 2257,92 kJ.

Prenons tout de suite un exemple fort simple et raisonnons de manière purement énergétique. Admettons que le bong fasse évaporer 1 L d'eau en 5 H, cela représente une dépense énergétique de 2 257 920 / (5 x 3600) = 125,4 J/s ce qui signifie que l'on est capable d'évacuer totalement toute la puissance produite par un processeur qui dissiperait 125,4 W (1 W = 1 J/s), tout en restant à température ambiante.

En général, la puissance dissipée par un processeur est inférieure, ce qui permet à notre bong, qui est capable de dissiper plus d'énergie que le processeur puisse en fournir, de faire baisser la température de l'eau sous la T°ambiant (pendant une certaine période) sans avoir recours à un système de refroidissement quelconque qui consommerait de l'énergie électrique. Les meilleurs bongs, et dans de très bonnes conditions atmosphériques, permettent de descendre l'eau à 13 °C sous la température ambiante à vide. En général, un bong fait descendre l'eau à vide à 7-8 °C sous l'ambiant. Plusieurs conditions que l'on verra ensuite viennent influencer l'efficacité de l'évaporation.

Voici le schéma d'un bong traditionnel, puis d'un bong réel testé et comparé à 2 radiateurs classiques :

L'expérience consiste à faire refroidir 10 L d'eau initialement à 50 °C et d'aller jusqu'au régime permanent (T°ambiant = 24 °C). Il n'y a pas de processeur dans le système, mais simplement un bong, une pompe et un bac contenant de l'eau. Ci-dessous le graphe des relevés de températures obtenues avec chaque système :

On voit nettement l'avantage du bong par rapport aux radiateurs classiques qui ne peuvent pas faire descendre T°eau sous T°ambiant contrairement au bong, qui dans les 2 cas, avec ou sans ventilation forcée, réussit à amener l'eau sous T°ambiant. Le bong à ventilateur étant le plus performant, mais aussi le plus consommateur d'eau, on y reviendra après. De plus, les temps de descente du bong vers T°ambiant sont nettement plus courts que pour le reste, ça dissipe efficacement. On arrive à vide à avoir de l'eau à 6 °C sous T°ambiant ce qui est déjà pas mal sans dépenser quoi que ce soit pour refroidir, mis à part le ventilateur et encore ce n'est pas utile.

L'eau s'est donc refroidie puisque sur chaque gouttelette une partie de celle-ci va s'évaporer durant sa chute, et se faisant, elle absorbe une partie d'énergie thermique qui n'est autre que la chaleur contenue dans la goutte. Retirer de l'énergie à ce que vous voulez, vous réduirez sa température, c'est exactement ce qu'il se passe pour la goutte qui arrive tout en bas.

 
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