Como a posição da ventoinha altera a recirculação do ar dentro de uma caixa de PC
A posição da ventoinha determina se o ar que entra na placa gráfica e no cooler do CPU é ar ambiente fresco ou ar já aquecido pelo sistema. A recirculação ocorre quando o ar quente expelido pela GPU, um radiador ou uma ventoinha de escape é puxado de volta para a entrada de ar. Portanto, dois gabinetes com ventoinhas idênticas, hardware idêntico e velocidades de ventoinha idênticas podem apresentar diferenças de vários graus, porque as suas ventoinhas estão posicionadas em locais diferentes em relação às fontes de calor e entre si.
Este artigo explica como as posições das ventoinhas na parte frontal, traseira, superior, lateral e inferior alteram o risco de recirculação, como a pressão da caixa influencia isso e porque é que a adição de uma ventoinha pode piorar a situação. Também fornece um método repetível para testar o seu próprio layout, permitindo-lhe diferenciar um problema real de fluxo de ar de um problema relacionado com a quantidade de ventoinhas.
O que é a recirculação de ar dentro de uma caixa de PC?
A recirculação do ar ocorre quando o ar quente, após passar por uma fonte de calor, regressa ao circuito de refrigeração em vez de sair da caixa. Trata-se de um problema distinto da falta de fluxo de ar, pois, neste caso, as ventoinhas podem movimentar ar em abundância. O ar está simplesmente demasiado quente para ser útil.
O guia de refrigeração de PCs da Intel descreve o problema fundamental: quando os componentes libertam calor num espaço pequeno, como a caixa de um PC, a temperatura ambiente interior pode subir rapidamente, a menos que a caixa seja ventilada adequadamente. A recirculação acelera este aumento, porque cada circuito devolve o calor ao componente que o produziu.
A maior parte da recirculação é proveniente de três fontes:
Exaustão da GPU. As placas gráficas com sistema aberto libertam grande parte do calor para o interior da caixa, e o chassis precisa de substituir esse ar por ar exterior.
O exaustor do radiador é utilizado como entrada de ar. Um radiador que recebe ar ambiente aquece-o antes de entrar na câmara, o que beneficia o processador, mas carrega a caixa com ar mais quente.
Ventoinhas em curto-circuito. Uma ventoinha de entrada e uma de escape colocadas próximas uma da outra podem trocar ar entre si sem que esse ar passe por um componente quente.
A recirculação também se sobrepõe ao ar estagnado. Um circuito de ar já aquecido e uma área com pouco movimento de ar deixam um componente mais quente do que o resto do sistema sugere, e podem parecer idênticos num registo de temperatura. O guia para identificar zonas mortas de fluxo de ar numa caixa de PC separa as duas situações e mostra como diferenciá-las com registos de sensores e testes de fumo.
Como é que a posição do ventilador afeta a recirculação?
A posição da ventoinha afeta a recirculação de três formas: define por onde entra o ar fresco em relação à GPU, define por onde sai o ar quente em relação às entradas e determina se os fluxos de ar partilham um caminho ou se competem entre si. As secções seguintes abordam cada posição em detalhe.
Admissão frontal: a altura importa mais do que a quantidade
Uma ventoinha de entrada frontal fornece ar fresco apenas para a área à sua frente. Uma ventoinha frontal superior alimenta o cooler do CPU e a parte superior da motherboard. Uma ventoinha frontal inferior alimenta a placa gráfica, mas apenas se o fluxo de ar conseguir chegar até ela. Se a ventoinha inferior soprar contra uma cobertura rígida da fonte de alimentação ou um emaranhado de cabos, a GPU acabará por puxar o ar de dentro da caixa, o que, por outras palavras, é recirculação.
Por esta razão, uma terceira ventoinha frontal não é automaticamente melhor do que uma segunda. É útil quando cobre uma área que as outras duas deixam sem ventilação adequada e quando o painel frontal permite a passagem de ar exterior suficiente. A comparação entre duas e três ventoinhas de entrada frontais explica como avaliar isto, incluindo o porquê de duas ventoinhas bem posicionadas poderem ser melhores do que três ventoinhas atrás de um painel restritivo.
Escape traseiro e superior: distância da admissão
Uma ventoinha de escape remove o calor de forma eficiente quando está localizada perto da fonte de calor e longe da entrada de ar. O guia de fluxo de ar da Noctua recomenda que as ventoinhas da caixa sigam uma única direção de fluxo de ar, com várias entradas frontais, uma exaustão traseira e uma exaustão superior opcional acima ou logo atrás do cooler da CPU. O mesmo guia alerta que os fluxos de ar que se encontram frontalmente criam turbulência, o que prejudica o arrefecimento e aumenta o ruído.
O canto superior frontal é onde muitos projetos falham. Uma ventoinha de escape está ao lado da coluna de entrada frontal. Pode puxar o ar que entra em direção ao teto antes de este passar pela GPU, ou permitir que o ar recém-aquecido escape por uma abertura e regresse às ventoinhas frontais. A análise do HAVN BF 360 Flow feita pela GamersNexus mostra que os fabricantes estão cientes do segundo problema: a caixa inclui uma placa anti-retorno que cobre parte da abertura de montagem da ventoinha superior acima das ventoinhas frontais, impedindo que o ar escape por essa abertura e recircule para as ventoinhas frontais.
Entrada de ar superior sobre a GPU: posicionamento ideal para um design mais eficiente.
A Noctua observa que, numa caixa com um cooler tipo torre, uma ventoinha superior instalada perto da frente pode funcionar como uma entrada de ar, alimentando o cooler diretamente. Esta mesma posição pode ser contraproducente quando a GPU é mais importante que a CPU. No mesmo teste da GamersNexus, o cooler de fluxo contínuo da placa gráfica empurrou o ar para o teto e desviou o ar da entrada frontal superior, impedindo que este chegasse ao cooler do CPU.
As temperaturas médias da GPU relatadas foram de 40 graus na configuração padrão, 39 graus com duas ventoinhas superiores configuradas como exaustão pura e 42 graus com uma configuração mista de entrada e exaustão na parte superior. O GamersNexus sugeriu que manter a entrada frontal e a exaustão traseira originais pode ser o melhor compromisso neste caso. Estes valores referem-se a uma caixa, um GPU e um método de teste específicos, por isso considere-os como um exemplo de como uma mudança de posição pode beneficiar um componente e prejudicar outro, e não como uma previsão para a sua configuração.
Entradas laterais e inferiores em caixas panorâmicas
Os armários panorâmicos e com vidro duplo substituem geralmente a tela frontal de malha por vidro, o que desloca a entrada de ar para as laterais e para a parte inferior. O guia da Noctua refere que as entradas de ar laterais em caixas como a Lian Li O11 Dynamic e a NZXT H6 Flow podem ser tratadas como ventoinhas de entrada frontais, pelo que se aplica a mesma lógica: um caminho dominante da entrada para a exaustão.
Dois erros de posicionamento são responsáveis pela maior parte da recirculação nestes casos. O primeiro é a instalação de uma ventoinha na direção errada, principalmente no caso das ventoinhas com pás invertidas, cujo aspeto não indica a direção do fluxo de ar. Uma entrada de ar lateral invertida pode expelir o ar frio diretamente para o exterior. O segundo erro é a entrada de ar inferior posicionada sobre uma superfície que a bloqueia, como um tapete, ou atrás de um filtro restritivo. O guia passo a passo sobre como configurar a entrada de ar lateral numa caixa panorâmica para PC aborda em detalhe a direção da ventoinha, o espaço livre para a entrada de ar inferior e a relação entre as opções de entrada lateral e inferior.
Posição do radiador
A recomendação da Noctua sobre a refrigeração líquida é que um radiador frontal ou lateral com ventoinhas de entrada proporciona geralmente as temperaturas mais baixas para o CPU, enquanto um radiador superior com ventoinhas de escape proporciona frequentemente as temperaturas mais baixas para o GPU. O motivo é a recirculação disfarçada. Um radiador frontal utilizado como entrada direciona o ar quente do radiador para a GPU, enquanto um radiador superior de escape remove esse calor antes de este chegar à GPU.
Que posições do ventilador apresentam maior risco de recirculação?
A lista abaixo resume as tendências descritas acima. Estes são padrões direcionais obtidos a partir de testes publicados e orientações sobre o fluxo de ar, não representando alterações de temperatura garantidas, e a geometria da caixa ou o design do cooler da GPU podem reverter qualquer um deles.
Entrada de ar frontal inferior com caminho livre para a GPU. Menor risco de recirculação para a GPU. Verifique se a cobertura da fonte de alimentação, os cabos e a estrutura não bloqueiam a passagem de ar.
A entrada de ar frontal inferior está bloqueada pela cobertura da fonte de alimentação. A placa gráfica está a puxar ar interior quente em vez disso. Verifique para onde o ventilador está a soprar.
Exaustor frontal superior acima da coluna de entrada frontal. Pode direcionar ar fresco para o teto ou permitir que o ar quente regresse às ventoinhas frontais. Verifique removendo-o e repetindo a mesma carga.
Entrada de ar superior frontal sobre uma GPU com fluxo de ar contínuo. O ar de entrada pode ser desviado do cooler do CPU, piorando o desempenho do GPU. Verifique a GPU e a CPU em conjunto.
Exaustão traseira alinhada com o cooler do CPU. Baixo risco quando segue o mesmo caminho da frente para trás. Verifique se os cabos e as obstruções não estão a interromper o fluxo de ar.
O radiador frontal ou lateral é utilizado como entrada de ar. Fornece ar frio para a CPU, mas direciona o ar quente para a GPU. Combine-o com exaustores na parte superior e traseira e compare os resultados dos sensores.
Entrada de ar lateral num armário panorâmico. Baixo risco quando a direção da ventoinha está correta e a abertura é grande. Verifique as setas de fluxo de ar, e não o aspeto da ventoinha.
Entrada de ar inferior com espaço limitado. Baixo fluxo de ar real, podendo provocar recirculação na GPU. Verifique a altura livre do piso e a resistência do filtro.
A pressão na carcaça altera a recirculação?
A pressão na carcaça altera-se nos pontos de entrada de ar, o que afeta a recirculação. Quando a entrada de ar forçado excede a saída de ar forçado, a carcaça opera com pressão positiva e o ar tende a sair pelas aberturas passivas. Quando a saída de ar forçado excede a entrada, a carcaça opera com pressão negativa e o ar extra é puxado para o interior através das aberturas e fendas. A Noctua define estes três estados como uma proporção entre o ar que entra e o ar que sai.
Nenhum dos dois estados é automaticamente melhor para a recirculação. O guia da Tom's Hardware sobre pressão positiva versus negativa afirma que uma caixa com um painel frontal restritivo pode arrefecer melhor a GPU sob pressão negativa, porque o ar é puxado através de aberturas e slots PCIe fisicamente perto da placa, e as ventoinhas de escape na parte traseira e superior removem o calor da placa rapidamente. O mesmo guia observa o custo: o pó acumula-se de forma rápida e irregular porque o ar contorna os filtros.
A pressão não pode ser lida apenas pela quantidade de ventoinhas. Uma ventoinha atrás de um filtro denso move menos ar do que a sua capacidade nominal, e um filtro obstruído altera o equilíbrio com o tempo. O guia sobre a pressão positiva, negativa e neutra na carcaça explica porque é que o fluxo de ar efetivo é mais importante do que o número de ventoinhas instaladas e como testar o resultado.
Porque é que adicionar um ventilador pode piorar a recirculação?
A suposição de que cada ventoinha adicional reduz as temperaturas não é fiável. Uma nova ventoinha altera o fluxo de ar, e um fluxo que direciona ar quente para um componente aumenta a temperatura de entrada desse componente. Os mecanismos mais comuns são uma ventoinha de escape a puxar ar fresco para longe da área de arrefecimento da GPU, a colisão de dois fluxos de ar e uma ventoinha extra posicionada atrás de um painel restritivo, onde acrescenta ruído, mas pouco fluxo de ar.
Nada disto significa que as ventoinhas extra sejam inúteis. Mais ventoinhas ajudam quando adicionam entrada de ar onde o GPU precisa, quando a caixa tem uma área de entrada de ar aberta e quando todo o fluxo de ar segue um único caminho. O Tom’s Hardware aponta também para a lei dos rendimentos decrescentes: uma vez que a entrada e a exaustão de ar são adequadas para a dissipação de calor do sistema, ventoinhas adicionais pouco contribuem para o resultado. O artigo sobre o porquê de mais ventoinhas poderem aumentar a temperatura da GPU lista os modos de falha e as causas por detrás dos mesmos.
Um cenário ilustrativo, não um caso real de um cliente: um montador adiciona uma ventoinha de escape frontal superior a uma caixa com painel frontal em malha. A temperatura da CPU melhora ligeiramente, mas a temperatura da GPU aumenta sob carga de jogo. Remover a nova ventoinha e repetir o mesmo teste restaura a temperatura da GPU. A causa provável é que a nova ventoinha esteja a puxar o ar frio antes de este chegar à placa gráfica. A solução é mudar a posição da ventoinha, não trocar a ventoinha por uma nova.
Como posso testar se a posição do ventilador está a provocar recirculação?
Realize um teste repetível que altere uma variável de cada vez. A temperatura por si só não comprova a recirculação, por isso combine-a com uma verificação visual do fluxo de ar.
Ajuste a carga e a temperatura ambiente. Utilize a mesma carga de trabalho contínua na GPU, aguarde até que as temperaturas estabilizem e registe a temperatura ambiente. Compare as leituras com a temperatura acima da temperatura ambiente para que as execuções em dias diferentes sejam comparáveis.
Registe vários sensores. Registe o núcleo da GPU, o hotspot da GPU, o pacote da CPU e as velocidades da ventoinha. Uma alteração que beneficie o CPU pode prejudicar o GPU, como demonstrou o teste HAVN.
Verifique a direção do fluxo de ar. A Intel sugere segurar um incenso aceso perto de uma entrada ou saída de ar para ver para onde se move o fumo, tendo cuidado com as cinzas e brasas. Verifique o fumo na entrada inferior: se este voltar ou se deslocar para os lados em vez de ir em direção à GPU, o problema está no fluxo de ar.
Altere uma posição. Remova ou inverta a posição da ventoinha adicionada mais recentemente, ou troque uma ventoinha entre a entrada e a exaustão, e repita o mesmo procedimento.
Compare em níveis de ruído semelhantes. Um layout que é mais frio apenas porque todas as ventoinhas funcionam a 100% não é necessariamente um layout melhor.
Verifique o que está a obstruir o fluxo de ar quente da GPU. O exemplo da Intel é um SSD M. 2 colocado diretamente por baixo do GPU, onde o ar quente da placa o atinge.
Se as temperaturas não se alterarem após a mudança, é provável que a recirculação não seja o fator limitante do desempenho nesse ponto.
Como posicionar as ventoinhas para reduzir a recirculação sem prejudicar o desempenho do processador?
Posicione primeiro a entrada de ar fresco da GPU e, em seguida, construa o caminho de exaustão da CPU em torno da mesma. Na maioria dos sistemas para jogos, a placa gráfica gera a maior carga térmica contínua, pelo que recebe a entrada de ar mais limpa. O guia para equilibrar o arrefecimento da CPU e o fluxo de ar da GPU no mesmo sistema aborda esta prioridade, incluindo a razão pela qual os montadores geralmente otimizam o sensor que mais observam, normalmente o da CPU.
Estas regras decorrem das evidências acima referidas:
Mantenha todos os ventiladores alinhados num único caminho de entrada e saída de ar e evite posicionar ventiladores opostos de forma a que os seus fluxos se encontrem.
Mantenha as ventoinhas de escape afastadas da entrada de ar, especialmente no canto superior frontal, quando a GPU necessita dessa coluna de ar.
Garanta que a entrada de ar inferior tem um caminho desobstruído até à GPU e mantenha os cabos fora dessa passagem.
Escolha a posição do radiador por prioridade: a entrada de ar frontal ou lateral favorece o CPU, enquanto a exaustão superior favorece o GPU.
Utilize curvas de ventoinha que respondam à temperatura da GPU nas ventoinhas de entrada, de modo a que o fornecimento de energia à GPU aumente quando a GPU for a fonte de calor.
Se estiver a comparar caixas em vez de otimizar uma específica, solicite ao fabricante informações sobre a posição e direção das ventoinhas, a área de entrada de ar, o tipo de filtro, se a entrada de ar inferior atinge o GPU e as condições de carga, temperatura ambiente, velocidade das ventoinhas e sensores utilizados para recolher os dados térmicos. Sem esta informação, não é possível comparar dois gabinetes de forma justa.
Perguntas frequentes
O que é a recirculação de ar num gabinete de PC?
A recirculação do ar ocorre quando o ar quente, como o ar expelido pela placa gráfica ou o ar aquecido pelo radiador, é puxado de volta para a entrada de ar em vez de sair da caixa. Isto aumenta a temperatura do ar que entra nos componentes, mesmo quando o fluxo de ar total parece adequado.
Uma ventoinha frontal superior deve ser de entrada ou de escape?
Depende do cooler e da placa gráfica. A Noctua refere que uma ventoinha superior perto da frente pode alimentar um cooler de torre como entrada de ar, mas sobre uma placa gráfica com fluxo de ar direto, pode desviar o ar e aumentar a temperatura da placa. Teste ambas as orientações com a mesma carga.
A pressão negativa aumenta a recirculação?
Não por si só. A pressão negativa puxa o ar de substituição através de aberturas e fendas, o que pode ajudar um GPU num gabinete com a parte frontal restritiva. A desvantagem é a entrada de pó não filtrado. O efeito depende se estas aberturas fornecem ar onde a placa necessita.
O excesso de ventoinhas na caixa pode causar recirculação de ar?
Sim, indiretamente. Uma ventoinha extra pode desviar o ar da área de arrefecimento da GPU, colidir com outro fluxo de ar ou ficar atrás de um painel que restringe a circulação do ar. A quantidade de ventoinhas raramente é a única causa do problema. A posição, a direção e a restrição de circulação do ar são os principais fatores.
A entrada de ar pela parte inferior é melhor do que a entrada pela frente para o GPU?
Não automaticamente. A entrada inferior alimenta o cartão diretamente apenas quando a abertura está desimpedida e existe espaço livre no chão. Um filtro inferior restritivo ou uma superfície alcatifada podem melhorar o desempenho de uma entrada frontal ou lateral.
Como posso saber se a minha placa gráfica está a expelir os seus próprios gases de escape?
Compare a temperatura da GPU com a ventoinha de entrada inferior removida ou com a sua direção alterada e observe se há fumo ou cheiro a incenso na entrada de ar. Se o fumo voltar em direção à placa ou se as temperaturas descerem quando uma ventoinha é removida, é provável que haja recirculação de ar.
A posição do adepto importa mais do que a quantidade de adeptos?
Muitas vezes, sim. Testes publicados mostram que mover ou trocar uma ventoinha pode alterar a temperatura da GPU em vários graus na mesma caixa. Quando a entrada e a saída de ar são adequadas, a posição e o percurso do fluxo de ar são frequentemente mais importantes do que as ventoinhas adicionais.
