Mort aux idées préconçues sur le watercooling ! – Page 6

Mort aux idées préconçues sur le watercooling ! – Page 6/6Rédigé par David D. – 09/05/2003
Catégorie : Watercooling

Mon radiateur est donné pour 400W, donc il est bien ?

Voilà une question qui nous vient tout droit du marketing et qui n’est là bien souvent que pour attirer les acheteurs avec celui qui aura le chiffre plus gros que le concurrent. On va être plus fort qu’eux en annonçant qu’un radiateur peut dissiper autant qu’on veut tant qu’il ne fond pas. La dissipation d’un radiateur dépend de plusieurs facteurs et notamment du débit d’eau, du débit d’air et surtout de la différence de température entre l’eau à l’entrée et l’air qui ventile le rad. Sans connaître ça, on peut faire dire absolument n’importe quoi aux valeurs annoncées.

Certains sites comme Hwlabs joue à peu près le jeu si on peut dire puisqu’ils annoncent les conditions dans lesquels ces valeurs sont données, mais c’est écrit en toutes petites lettres une seule fois sur le site et il manque des informations… Dans la partie concernant le BI-Pro, on relève que les tests sont faits à 360 L/h avec une ventilation de 100 cfm et une pression statique de 7 mmH2O, mais on ne sait rien de plus, notamment sur les points les plus intéressants qui sont la température de l’eau T°eau à l’entrée du rad et T°air pour la ventilation. Après demande de plus amples informations au gérant de HWlabs, il s’avère que les valeurs de dissipation et les paramètres de tests proviennent d’un logiciel de simulation de radiateurs utilisé dans l’industrie automobile et non de tests réels. L’eau arrive à 40 °C au dessus de la température de l’air ce qui, bien sûr, va gonfler le résultat obtenu, tout en ayant aucun rapport avec la réalité qui tourne plutôt aux alentours de 5 °C !

La réponse classique que l’on voit est la suivante : « J’ai acheté un radiateur Bi-Pro qui peut dissiper 400 W, donc je vais pouvoir refroidir mon peltier de 156 W sans aucun problèmes puisque j’utilise à peine 1/3 de la puissance du radiateur ». On imagine sa tête quand il verra que son eau va être au moins à 20 °C au dessus de la température de l’air qui ventile ce radiateur, car il n’aura pas compris ce que signifie les 400 W donnés. Le Bi-Pro va quand même dissiper la grande puissance qu’il injecte avec son circuit, ce n’est pas un souci, mais la température de l’eau va grimper pour augmenter l’efficacité du radiateur, car la surface ventilée est toute petite.

La dissipation d’un radiateur se mesure de la manière suivante :

Comme d’habitude le Q est la puissance dissipée en Watt, le Cp est la capacité thermique massique du fluide qui passe dans le rad (4180 J/kg.K pour l’eau), le débit massique est le débit en kg/s. Cette équation est totalement indépendante du design du rad puisque l’on ne calcule que la perte d’énergie subie par l’eau entre l’entrée et la sortie. Il suffit donc de mesurer avec précision (+/-0.01 °C minimum) la température avant et après le rad pour connaitre ce qui a été dissipé réellement pour un certain débit d’eau et d’air.

Pour illustrer le fait que les chiffres peuvent masquer la réalité pour l’acheteur, on utilise 2 tests de BillA concernant 2 rad de type BM quasiment identiques. Ils ont le même volume (16x16x5 cm) et presque le même nombre de tubes « zigzag » (13 et 14). La différence au niveau des embouts n’intervient pas puisque le débit est imposé et connu, ce qui est important c’est la surface d’échange identique avec l’air entre les 2 rads. L’un a été testé avec une température d’eau à l’entrée à 5 °C au dessus de l’air et l’autre à 10°C au dessus de l’air.

On a déjà dit que le transfert de chaleur par convection (air sur les ailettes) est plus important quand la différence entre le chaud et le froid augmente, on va donc logiquement retrouver cette différence entre nos 2 rads. Voici les 2 graphes à 4 ventilations distinctes pour comparer la différence, ce qui change simplement c’est la différence de température entre l’eau et l’air :

Les débits d’air donnés sont les débits réels (tunnel à air) qui passent au travers du rad en tenant compte des pertes de charges à sa traversée et non pas le débit théorique du ventilateur qui ne veut pas dire grand chose puisqu’il diminuera quasiment de moitié, si ce n’est plus, avec le radiateur.

Un BM de ce type peut donc dissiper environ 75 W réels à 4 L/min avec 30 cfm de ventilation réelle en maintenant dans le circuit une eau à 5 °C au dessus de la température de l’air, ce qui est déjà bien. Si l’on ventile à 67 cfm, on pourrait évacuer 130 W réels mais comme la puissance à dissiper est inférieure (on garde les 75 W du dessus) la température de l’eau baissera pour garder l’égalité dans l’équation de convection, ce qui est logique et ce que l’on observe fort heureusement.

Ces 2 graphes avec 2 rads identiques montrent bien que les valeurs de dissipation qu’on peut trouver sur des sites de ventes peuvent être manipulées comme on veut ! Il suffit de se fixer un débit d’air et d’eau important avec un delta de température important, de ne pas le dire, et hop on a un rad qui dissipe 2000 W. Ceci n’a bien sûr aucun intérêt pour l’acheteur puisque les valeurs de tests sont complètement détachées de la réalité d’utilisation, c’est juste là pour faire joli auprès de ceux qui ne savent pas ce que ça signifie réellement. Le graphe suivant montre la différence de température que le rad créé entre son entrée et sa sortie en refroidissant l’eau du circuit. Si vous avez 100 W réels à dissiper et un débit dans le circuit de 300 L/h , la différence de température sera d’environ 0.3°C de part et d’autre du rad et non pas plusieurs degrés comme certains le pensent. Cette différence est égale à la différence que l’on a entre l’entrée et la sortie d’un waterblock CPU si on en a qu’un à l’équilibre uniquement :

Pour revenir aux 2 graphes précédents on peut remarquer que plus l’on débite dans le rad plus celui-ci dissipe de chaleur contrairement aux idées reçues qui prônent l’inverse. Un radiateur se comporte comme un waterblock, si l’on va très lentement l’écoulement dans celui-ci devient laminaire et l’échange se fait mal entre les tubes et l’eau. C’est d’ailleurs pour cela que l’on ajoute dans certains rads des perturbateurs en forme de spirale dans les tuyaux ronds pour brasser davantage le fluide à l’intérieur vu leur relative inefficacité. Il faut par contre spécifier que cette capacité de dissipation grandissante est beaucoup plus visible pour des rads à tubes plats que des rads à tubes ronds ! Attention, je n’ai pas dit que tous les rads sont mieux à haut débit mais c’est quasiment toujours le cas. Certains rads à tubes ronds réagissent différemment et possèdent pour certains un point haut de dissipation vers un débit plus faible (Dangerden cube par exemple à 2 L/min) :

On remarquera que les rads à tubes ronds sont vraiment en dessous des rads à tubes plats niveau capacité de dissipation, ils dépassent péniblement les 150 W de dissipation pour un delta de 10 °C, même un BI Prime (le tout premier en 4 passes) est aussi efficace. Même le gros rad Senfu est très limité en dissipation malgré l’énorme surface d’échange qu’il offre. Il sont à réserver pour en faire des condenseurs hautes pressions pour système à changement de phase (frigocase ou Prométéia). Les matériaux cuivre ou aluminium, la technologie employée, la finesse des ailettes et des tubes jouent aussi sur le pouvoir de dissipation et l’homogénéité des températures sur toutes les ailettes.

Dans les tests de dissipation le débit d’air est imposé, occultant ainsi l’effet des pertes de charges, alors qu’en réalité à ventilateur égal un rad dense va beaucoup moins laisser passer l’air qu’un rad de type BIX, ce qui nuit encore à l’évacuation correcte de l’air réchauffé. Un vrai ventilateur (Panaflo FBH-12G12L) donné pour 68 cfm maxi et 3.6 mmH2O de pression statique maxi n’arrive à faire passer que 39 cfm mesurés au travers d’un BI Prime à cause de la résistance des ailettes…

Par rapport aux valeurs de HWlabs on voit que l’écart sur les dissipations à notre niveau est énorme, le delta eau/air de 40°C est bien trop élevé et non représentatif de la réalité. Marketing quand tu nous tiens…

En ce qui nous concerne on veut la température d’eau la plus basse possible, donc un écart avec l’air ambiant le plus petit possible, ce qui conduit à des puissances dissipables assez faibles relativement aux graphes et en privilégiant une faible ventilation pour éviter les nuisances sonores. Un rad très performant sera donc un rad qui possède une grande surface d’échange avec l’air, une surface mouillée importante pour que l’eau reste longtemps au contact des parois (ce qui est complètement différent d’un faible débit !!), le moins de passes possibles pour éviter de « casser » ce débit (on peut ainsi utiliser une pompe plus petite qui fera le même travail) et une ventilation adaptée sur toute la surface du rad (voir article sur les jupes).

Avec des rads de taille raisonnable, il y a de toute façon une certaine limite en dessous de laquelle il est difficile d’aller car il faudrait ventiler énormément, un gain en température étant de plus en plus difficile à avoir. L’une des solutions est de coupler 2 radiateurs en parallèle pour augmenter les performances sans devoir ventiler comme un fou, à réserver donc aux grosses puissances et amateurs de performances extrêmes. Voilà, il faut donc prendre ce genre de valeurs avec des pincettes tellement elles sont manipulables. Comparer des rads par rapport aux valeurs indiquées sur les sites de ventes ne veut rien dire car chaque constructeur a ses paramètres de test différents (quand il les teste…). Rien ne vaut l’expérience d’autres personnes ou alors de bons tests en situation réelle pour choisir un rad adapté à ses besoins.