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Regolare la Velocità delle Ventole

Introduzione

La guida spiega i vari metodi per regolare la velocità delle ventole del PC, per ottenere il giusto compromesso tra una adeguata ventilazione e un livello di rumore ridotto al minimo. La scelta di un metodo piuttosto che un’altro è dovuto alle varie esigenze che possono essere di costo, di praticità, di versatilità o di estetica.

Velocità minima di una ventola

Riducendo la velocità di una ventola sotto una certa tensione, è possibile che si fermi o non si avvii, perchè alimentata a tensioni non di specifica, questo è sicuramente da evitare per non compromettere l’integrità della ventola o il raffreddamento del PC. Normalmente le ventole che partono già da velocità ridotte tendono a fermarsi prima di altre in percentuale, questa percentuale è compresa tra un 5% e un 75% di velocità nominale. Dopo aver applicato uno di questi metodi è bene quindi controllare che la ventola funzioni correttamente.

Rheobus analogici attivi

Un metodo pratico per regolare i giri delle ventole avviene tramite utilizzo di rheobus analogici. In pratica sono dei pannelli con installati dei reostati o degli interruttori, come il pratico Zalman ZM-MFC1 dotato di 4 potenziometri e 2 inerruttori switch. Questi potenziometri regolano ad una tensione che va circa da 5 a 12 Volt, indipendentemente dalla ventola montata (per questo definiamoli “attivi”), mentre i due interruttori switch permettono di variare la tensione a 12 Volt, a 5 Volt e 0 Volt.

Ogni regolatore regge una ventola da 7 Watt. Possiede anche 2 cavi di alimentazione a 3 pin e altri 2 (fatti a V) per monitorare la velocità delle ventole.

Prezzo intorno ai 25 Euro.

Rheobus digitali

Rheobus digitali o pannelli multifunzione in generale, per poter controllare e monitorare ventole e temperature. Un prodotto ben riuscito è lo Scythe Kama Meter con un prezzo intorno ai 45 Euro.

kamameterfront2mp1

Problema Ronzio

E’ stato riscontrato su alcuni rheobus, delle incompatibilità con alcune ventole, generando tichettii o ronzii elettrici.

Metodo del Downvolt

Nei connettori molex da 4 pin abbiamo diverse tensioni, in particolare il giallo è la linea da 12 Volt, il rosso è la linea da 5 Volt, mentre il nero è la massa cioè 0 Volt. Collegando una ventola alle diverse linee otteniamo differenti tensioni di alimentazione.

Le ventole, che normalmente sono alimentate a 12V possono quindi essere alimentate, a seconda di come sono invertiti i fili, a 7V o a 5V.

ATTENZIONE! Per evitare danni ai componenti interni del computer non collegare mai in coda ad un’eventuale molex da 4 pin modificato altri componenti come hard disk e altre periferiche, che verrebbero danneggiati. Occhio quindi a downvoltare solamente le ventoline e non altri componenti del computer. Per qualsiasi dubbio meglio chiedere oppure utilizzare altri metodi indicati in seguito.

NOTA Per ottenere una soluzione più pulita e più sicura vendono dei cavetti per il downvolt da 12 a 7 Volt e da 12 a 5 Volt, predisposti per le ventole del PC.

Calcolo delle specifiche di una ventola

Normalmente, nelle specifiche tecniche di una ventolina vengono forniti la corrente di Input (in Ampere) o la potenza di Input (consumo in Watt), che si riferiscono alla tensione di 12 Volt.

Se ho la corrente di Input posso risalire a P e R (in Ohm).

Corrente Input = I

Potenza Input = P = 12 * I
Resistenza = R = 12 / I

Se ho la potenza di Input posso risalire a I e R.

Potenza Input = P

Corrente Input = P / 12
Resistenza = 144 / P

Potenziometri

Un metodo molto semplice per diminuire i giri delle ventole è tramite potenziometri. Il potenziometro deve essere collegato in serie su una delle due linee che alimentano la ventola (o le ventole). Attenzione a saldare bene con dello stagno i vari collegamenti e di isolare sempre i cavi scoperti con dei tubi termorestringenti per evitare corto circuiti. In foto dei semplici potenziometri che possono essere trovati in un negozio di elettronica o di modding.

Il potenziometro ha 3 terminali, i due fili di alimentazione vanno collegati al terminale centrale e ad uno dei due esterno.

ATTENZIONE! Assicuratevi che il potenziometro sia dimensionato in base a quali e quante ventole saranno montate. Nel paragrafo che segue vengono fornite le formule per dimensionare il potenziometro come potenza e come resistenza a seconda di quali e quante ventole vengono montate.

Normalmente un potenziometro da 4 Watt e da 100 Ohm è dimensionato bene per la maggior parte delle ventole in commercio (non tutte però).

Dimensionamento del potenziometro

Per dimensionare un potenziometro, in modo tale che regga il carico di una o più ventole (montate in parallelo) si possono utilizzare queste comode formule.

Nota: le formule sono calcolate considerando il caso peggiore, e cioè che la massima resistenza del potenziometro sia maggiore o uguale alla resistenza della ventola.

Pp > (P1 + P2 + … + Pn ) * Cs / 4

Pp > (I1 + I2 + … + In ) * Cs * 3

con:

Pp = Potenza supportata dal potenziometro
P1 = Potenza assorbita dalla ventola 1
P2 = Potenza assorbita dalla ventola 2
Pn = Potenza assorbita dalla ventola n-esima
I1 = Corrente di Input della ventola 1
I2 = Corrente di Input della ventola 2
In = Corrente di Input della ventola n-esima
Cs = 1,25 = coefficiente di sicurezza

Esempio: devo dimensionare un potenziometro che regga 2 ventole da 6,4 Watt ciascuna, mi serve un potenziometro da 4 Watt.

Pp = (6,4 + 6,4) * 1,25 / 4 = 4 Watt

Al contrario un potenziometro da 4 Watt regge in sicurezza fino a 12,8 Watt di ventole, quindi una singola ventola da 12,8 Watt o due ventole da 6,4 Watt montate in parallelo ad esempio oppure, facendo i conti con le correnti, due ventole da 0,53 Ampere o tre ventole da 0,35 Ampere ad esempio, sempre in parallello.

Per comodità chiamo:

Pmax = P1 + P2 + … + Pn
Imax = I1 + 12 + … + In

quindi ricapitolando:

Pp = 0,25 Watt => Pmax = 0,8 Watt => Imax = 0,066 Ampere
Pp = 0,5 Watt => Pmax = 1,6 Watt => Imax = 0,13 Ampere
Pp = 0,75 Watt => Pmax = 2,4 Watt => Imax = 0,2 Ampere
Pp = 1 Watt => Pmax = 3,2 Watt => Imax = 0,26 Ampere
Pp = 2 Watt => Pmax = 6,4 Watt => Imax = 0,53 Ampere
Pp = 4 Watt => Pmax = 12,8 Watt => Imax = 1,06 Ampere

Grafici relativi a un potenziometro da 100 Ohm, in funzione di varie ventole utilizzate:

potenziometro-ventola-pc

Per il calcolo esatto della resistenza da applicare invece leggere il paragrafo che segue.

Resistori

Si installano allo stesso modo dei potenziometri, cioè basta collegarli in serie su uno dei 2 fili che alimentano la ventola cioè il rosso o il nero (in alcuni casi saranno rosso e blu).

res2db7

Questa formula molto semplice vi permetterà di calcolare quanta resistenza sia necessaria a seconda se conoscete la corrente o la potenza di Input della ventola oppure la resistenza della ventola:

Rr = R / Vp – R

Rr = ( 12 / I ) / Vp – ( 12 / I )

Rr = ( 144 / P ) / Vp – (144 / P )

Rr = Resistenza da applicare
R = Resistenza della ventola

I = Corrente Input della ventola
P = Potenza della ventola
Vp = Velocità della ventola dopo aver applicato la resistenza, in percentuale

Esempio: per ridurre la velocità al 50% (Vp = 0,5) supponendo I = 0,25 Ampere che corrisponde a R = 48 Ohm:

Rr = 48 / 0,5 – 48 = 48 Ohm

Per ridurre la velocità al 30% (Vp = 0,3) la resistenza sara:

Rr = 48 / 0,3 – 48 = 112 ohm

Nota 1: Anche per le resistenze, come per i potenziometri, bisogna dimensionarle in modo tale che la ventola parta e non si fermi a causa della bassa tensione di alimentazione.

Nota 2: la potenza assorbita dal resistore si può calcolare con P = R * I ^ 2

Termistori

I termistori si applicano come i resistori, ma hanno la particolarità di variare la resistenza in funzione della temperatura. Nei termistori NTC in particolare, la resistenza diminuisce con l’aumentare della temperatura. In figura un andamento tipico.

Tra le caratteristiche del termistore, il valore di resistenza e la costante B, che determina la sensibilità ad una certa temperatura.

Nel nostro campo si possono scegliere termistori con queste caratteristiche:

Resistenza: 22, 33, 47, 68, 100, 150 Ohm
Costante B: 3100K, 3250K

La resistenza è riferita a una temperatura di 25 °C, che va all’incirca a dimezzarsi a 40 °C.

Quindi ad esempio un termistore NTC da 100 Ohm e costante B pari a 3250K oppone una resistenza elettrica di 100 Ohm a 25 °C e di circa 50 Ohm a 40 °C.

Interruttori Switch

Gli interruttori switch (o miniswitch), possono regolare le ventoline a vari voltaggi seguendo lo stesso principio del downvolt delle ventole. Possono essere a 2 o a 3 posizioni, sono sostanzialmente uguali, cambia solamente che nello switch a 3 posizioni c’è anche la posizione centrale che apre il circuito (Off).

Grazie a questo accessorio è possibile alimentare le ventole con due tensioni differenti e poi abbiamo la posizione di Off. A seconda dello schema utilizzato possiamo ottenere queste posizioni:

12 Volt – Off – 7 Volt
12 Volt – Off – 5 Volt
7 Volt – Off – 5 Volt

Sui due pin centrali vanno collegati i fili della ventola, mentre sugli altri pin le tensioni di alimentazione a due a due.

Qui di seguito, lo schema elettrico per downvoltare a 5 Volt tramite Switch, e una foto esplicativa.
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Metodi di regolazione misti, metodi economici, commenti ed esempi

Come abbiamo visto esistono vari metodi per regolare le ventole, più o meno pratici e più o meno economici, in base alle varie esigenze. Le soluzioni sono personalizzabili con vari schemi elettrici, utilizzando in serie o in parallelo uno o più metodi indicati sopra. Ad esempio possiamo applicare in serie un potenziometro e un resistore a un interruttore switch, o un potenziometro in parallelo a un resistore, un potenziometro in seguito ad un downvolt, eccetera.

Il metodo del downvolt è molto rapido e facile da applicare, ma per fare un sistema pulito vanno invertiti solamente i cavi della ventola o degli adattatori oppure si possono utilizzare dei cavetti appositi del costo di pochi Euro l’uno. Meglio evitare di invertire i cavi dell’alimentatore se non si è molto pratici.

Se avete dimestichezza con saldatore e stagno, si può ottenere un sistema pulito, versatile ed economico. Utilizzando un potenziometro ed eventualmente uno o più resistori. Andando su componenti economici si trovano ad esempio dei resistori da 0,25 Watt a 5 centesimi l’uno e potenziometri da 0,5 Watt a 1-2 Euro. Queste potenze sono un po’ al limite e non sono adatte per tutte le ventole, quindi si possono ad esempio collegare in serie al potenziometro uno o più resistori, per distribuire il carico e quindi la dissipazione termica. Le saldature e i resistori vanno ricoperti con della guaina termorestringente.

Applicando due potenziometri in parallelo o un potenziometro e un resistore sempre in parallelo, è possibile variare la resistenza a vostro piacimento, anche con un range molto contenuto, dimensionando opportunamente in base alla ventola scelta.

Gli interruttori Switch offrono una soluzione molto utile per alcune esigenze. Ad esempio potreste utilizzare uno o più interruttori 12-0-5 Volt per variare la velocità di una o più ventole in base all’utilizzo, in modalità rispettivamente cool-silent-quiet.

Infine la scelta di un pannello multifunzione o di un metodo rispetto ad un’altro può dipendere anche da scelte estetiche e di funzionalità.

Velocità costante o variabile?

A seconda dei gusti c’è chi preferisce che le ventole rimangano fisse ad un certo numero di giri, perchè la variazione di velocità può essere percepita come rumore non gradito. C’è invece chi preferisce un controllo dinamico, in base alle temperature di esercizio. Ogni soluzione può essere valida a seconda delle esigenze.

Scegliere il giusto compromesso tra performance e rumore

E’ importante che tutti i componenti elettronici e meccanici operino a temperature adeguate. Alla lunga infatti un componente che lavora costantemente a temperature alte dura di meno di un componente più fresco. C’è anche da tenere conto che i sensori di temperatura situati all’interno di un PC possono essere imprecisi o sballati ed è sempre bene tenersi sotto con le temperature con un certo margine, grossomodo 5-10 °C in meno rispetto alle specifiche dichiarate dal costruttore.