PC Cooling Pt. 1: Sobreaquecimento de computadores

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O sobreaquecimento de componentes de um computador é uma das principais causas para a sua avaria e que tendencialmente é ignorado já que as suas consequências não são tão imediatas como num pico de corrente ou curto-circuito. No entanto a prevenção deste problema pode ser, na maioria dos casos, efetuada pelos utilizadores de uma forma rápida, simples e económica. Nesta série de artigos vamos abordar a temática do sobreaquecimento de computadores especialmente nas causas e consequências do mesmo, bem como a sua prevenção.

Computadores ou aquecedores?

Uma das consequências inevitáveis do funcionamento de hardware é a libertação de energia na forma de calor, também conhecido como aquecimento de Joule ou aquecimento Óhmico. Embora os componentes de um computador tenham consumos na ordem das dezenas de watts (centenas no caso de placas gráficas e alguns processadores mais potentes), eles são capazes de libertar uma grande quantidade de energia dada a sua pequena dimensão. Para se ter uma melhor noção, a Puget Systems realizou em estudo em que comparou a eficiência de aquecimento de um quarto fechado com um aquecedor comum e um gaming desktop, ambos com potências efetivas semelhantes (~870-890 W), tendo concluído que, watt por watt, o computador e o aquecedor tinham desempenhos bastante semelhantes. Podem ler mais acerca deste teste aqui.

pic_dispComparação entre computador e aquecedor na eficiência de aquecimento de um quarto. 
Fonte: Puget Systems

Posto isto não será difícil perceber a importância do arrefecimento dos componentes de um computador, mas geralmente o cliente final não precisa muito de se preocupar com este problema já que, normalmente, os produtores de hardware costumam vender os seus equipamentos com sistemas de dissipação de calor capazes de manter o componente dentro das temperaturas desejadas assumindo a sua operação normal. Os problemas surgem quando se deixa de operar em condições de operação ditas normais.

Causas e consequências do sobreaquecimento

Isto parece uma verdade de la Palice, mas a principal causa dos sobreaquecimentos está no fraco arrefecimento dos componentes. No entanto, o que interessa entender é o porque de um determinado sistema de arrefecimento deixar de realizar o seu trabalho eficazmente. A grande maioria das estratégias de arrefecimento usadas em componentes eletrónicos faz uso de sistemas passivos de dissipação de calor que poderão ser complementados por sistemas ativos (convecção forçada, liquid cooling…). De forma muito resumida, os sistemas passivos fazem uso da sua baixa resistência térmica para preferencialmente remover calor de uma determinada superfície em contacto. Quando por algum motivo se acumula na superfície destes materiais um outro material com maior resistência térmica, e pela lei da combinação de resistências, a resistência final do conjunto aumenta, diminuindo a capacidade de remover calor (no próximo artigo este fenómeno será explicado mais em detalhe). Isto ajuda a explicar o porquê do pó ser um dos principais inimigos dos componentes eletrónicos já que diminui o desempenho dos sistemas de arrefecimento, cabendo a nós arranjar estratégias para diminuir este efeito. No entanto este não é apenas o único motivo para a diminuição da eficiência dos sistemas de cooling: falhas de ventoinhas e/ou bombas, liquido de arrefecimento secou, as propriedades dos materiais condutores alteraram-se (seja fluidos de arrefecimento ou pastas térmicas) ou simplesmente a fonte de calor começou a debitar mais calor.

A maioria destes problemas pode ser resolvida, ou pelo menos prevenida, pelo utilizador. No caso do pó acumulado, uma manutenção regular e uma limpeza cuidada pode prevenir eficazmente os seus efeitos negativos, sendo que pode ser complementada com o uso de filtros nas ventoinhas, mudança do local onde o computador se encontra (afastado do chão e de locais onde facilmente se deposita pó), uma caixa com melhor desenho ao nível da passagem de ar ou até mesmo com uma estratégia de colocação de ventoinhas mais adequada ao equipamento que se possui. Em relação aos outros aspetos abordados, alguns não podem ser prevenidos pelo utilizador, no entanto a sua substituição é normalmente simples, e no caso de ventoinhas e pastas térmicas os custos associados não são normalmente elevados. De referir que, dependendo do equipamento que se possui, pode não ser fácil verificar a existência de problemas de arrefecimento já que não se consegue ver o interior do computador. Uma das maneiras de contornar este problema é usando software que recolhe informação dos indicadores e controladores presentes nos componentes, como por exemplo o HWMonitor da CPUID ou o Speccy da Piriform.

CapturarSpeccy - mais completo que o HWMonitor na informação que apresenta, mas menos intuitivo

No entanto, e mesmo com os maiores cuidados de manutenção, alguns equipamentos tendem a sobreaquecer. Isto pode estar associado a problemas de design, como no caso de laptops e dispositivos móveis, ou a uma má escolha no tipo de arrefecimento. Infelizmente verifica-se que algumas marcas tendem a descurar no segmento do arrefecimento para favorecer a mobilidade ou o preço dos seus produtos, o que no nosso entender é um erro grosseiro. Existem vários produtos e marcas associadas a más escolhas de design e arrefecimento, mas pelos piores motivos a Hewlett Packard toma o lugar de destaque. Posto isto, há que referir que cada utilizador poderá ter uma experiência diferente com equipamentos da HP, não sendo por isso justo estar aqui a atribuir rótulos a ninguém.

A prevenção pode ser entediante, mas consequências do sobreaquecimento de componentes vitais de um computador são sem dúvida mais frustrantes e nefastas. O aumento de temperatura nos componentes eletrónicos reduz significativamente a sua eficiência e já se provou que a taxa de falha de componentes eletrónicos aumenta exponencialmente com a temperatura. Para se ter noção, a probabilidade de ocorrer uma falha num componente eletrónico a 80°C pode ser até 10 vezes superior à taxa a 40°C. Para se precaver de eventuais danos causados pelo sobreaquecimento, certos componentes como CPU e GPU possuem estratégias adicionais. A mais simples e antiga, é o shutdown imediato do sistema quando de uma forma sistemática se ultrapassa uma temperatura máxima de funcionamento, no entanto o simples fato de estar a operar a temperaturas tão elevadas pode causar danos severos ao equipamento, servindo como indicação que há problemas graves com o arrefecimento do componente. Esta medida possui obviamente algumas falhas já que a perda de dados não guardados é inevitável e frustrante. Outra medida comum é chamada de thermal throttling. Nesta estratégia mais elaborada os componentes reduzem a sua frequência típica de funcionamento com o intuito de reduzir a produção de calor e evitar que tenha de recorrer à primeira medida. Embora também não seja propriamente uma experiência agradável, sempre é preferível que o sistema fique mais lento do que simplesmente se desligue.

No próximo artigo iremos abordar mais em detalhe as estratégias de dissipação de calor passiva, focando um pouco no fenómeno de transferência associado, vantagens e limitações.

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