Mecânica

Gotas saltadoras tiram calor de pontos quentes de processadores

Gotas saltadoras tiram calor de pontos quentes de processadores
A placa de cima é um evaporador super-hidrofílico, enquanto a placa do fundo é um condensador super-hidrofóbico no qual as gotículas saltam após a coalescência. O mecanismo de salto retorna as gotículas de condensado para o evaporador - fornecendo uma maneira de lidar com pontos quentes móveis assim que eles surjam.[Imagem: Craig Fennel/eGrafx/Chuan-Hua Chen/Duke University]

Tirando calor com vapor

Engenheiros da Universidade de Duke, nos EUA, conseguiram usar um fenômeno físico comum e bem conhecido - gotas que se evaporam, retirando calor de uma superfície - para ajudar a resfriar os cada vez mais esquentados processadores de computadores e celulares.

Apesar das inúmeras técnicas de resfriamento existentes, os processadores têm a desagradável mania de não dissipar uniformemente o calor que produzem, criando os chamados "pontos quentes". Pior ainda, esses hotspots são móveis, mudando de lugar dentro do processador de acordo com as tarefas de computação realizadas a cada momento.

Kris Wiedenheft e seus colegas usaram uma abordagem que chamam de "gotas saltadoras", que se mostrou capaz de atacar justamente os pontos quentes móveis.

Eles observaram que, quando duas gotas de água se fundem numa superfície hidrorrepelente (super-hidrofóbica), a gota fundida espontaneamente salta perpendicularmente a essa superfície. Além disso, a equipe constatou que o movimento de salto fora do plano é impulsionado pela energia superficial inicialmente armazenada nas gotículas e liberada na coalescência da queda. É este efeito que foi usado para resfriar os pontos quentes.

Dissipador para hotspots

O dissipador é constituído por uma câmara de vapor construída entre duas placas paralelas, uma superfície super-hidrofóbica e outra parecida com uma esponja (super-hidrofílica).

"Quando aparece um ponto quente na superfície hidrofílica saturada com água, ele faz com que o fluido vaporize. O vapor de água condensa-se na superfície super-hidrofóbica oposta e libera o calor residual. Conforme as gotículas do condensado crescem e se fundem, o movimento de salto induzido pela coalescência devolve o fluido de trabalho à superfície super-hidrofílica. Esse 'retorno do salto' permite que a câmara de vapor dissipe o calor continuamente," detalhou o professor Chuan-Hua Chen.

O sistema funcionou, mas a equipe acredita que é possível melhorar. Para isso eles vão procurar materiais mais eficientes para usar nas duas superfícies.

"É tecnicamente desafiador projetar uma câmara de vapor de gotas saltantes com materiais de molhabilidades opostas que sejam compatíveis com vapor de alta temperatura. Vamos refinar a escolha dos materiais de modo que nosso sistema possa trabalhar de forma estável a uma temperatura mais alta com uma dissipação de calor mais efetiva. Nós já demonstramos um desempenho de resfriamento comparável ao do cobre, mas eu vejo um caminho para exceder significativamente este padrão industrial uma vez que resolvamos a questão dos materiais," concluiu Chen.

Bibliografia:

Hotspot cooling with jumping-drop vapor chambers
Kris F. Wiedenheft, H. Alex Guo, Xiaopeng Qu, Jonathan B. Boreyko, Fangjie Liu, Kungang Zhang, Feras Eid, Arnab Choudhury, Zhihua Li, Chuan-Hua Chen
Applied Physics Letters
DOI: 10.1063/1.4979477




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