Le ventole sono un componente fondamentale dei PC gaming e non solo. Servono per raffreddare i singoli componenti, ma soprattutto per permettere all'aria calda di fuoriuscire dal case. Scopriamo quindi quali sono le tecnologie alla base delle ventole, tra cuscinetti, connettori e alcuni consigli generali.

in collaborazione con be quiet!

Tutti i componenti elettronici scaldano per effetto del continuo flusso di elettroni e per questo, durante il loro funzionamento, è necessario raffreddarli affinché non si surriscaldino e si brucino. Nel caso dei componenti meno potenti il calore può essere dissipato anche con radiatori passivi e del semplice flusso d'aria indiretto, mentre processori, schede video, alimentatori e altri componenti richiedono soluzioni attive e ben congeniate.

Le ventole sono quindi fondamentali nei PC, sia quelle sui componenti che quelle deputate a introdurre aria fresca ed espellere aria calda dal case, creando un ricircolo. In questo articolo ci soffermiamo proprio sulle ventole e sulle tecnologie base più comuni. Quante ce ne sono? Quali sono le differenze?

Le ventole più diffuse per PC oggi hanno dimensioni di 120 o 140 mm, ma esistono anche altri tagli minori come 92 o 80 mm. In genere lo spessore delle ventole, parametro utile specie nei case più piccoli, è di 25 mm.

Come ormai tutti i componenti, possono avere LED ARGB oppure nessuno, inoltre si trovano spesso anche in colorazione nera o bianca. Un altro elemento differenziante riguarda il connettore di collegamento alla motherboard (o all'hub USB), a 3 pin oppure 4 pin. Nel primo caso si parla di ventole DC (corrente continua), mentre nel secondo di soluzioni PWM (pulse width modulation, modulazione dell'ampiezza di impulso).

La curva di funzionamento di una ventola DC

Per quanto concerne le ventole DC, la velocità (RPM, rivoluzioni al minuto) è controllata dalla tensione (5/12V): si va quindi a intervenire sulla tensione in ingresso per rallentare o aumentare la rotazione della ventola. L'aspetto negativo di queste ventole è che il controllo non è molto preciso e non è possibile scendere al di sotto di una tensione di soglia minima, altrimenti la ventola va in stallo. Questo, in genere, impedisce di limitare la velocità della ventola al di sotto del 40%. Come detto, il connettore è a 3 pin: un pin è di alimentazione, uno di terra e uno è di segnale (tachimetrico, segnala gli RPM alla motherboard).

La tecnologia PWM, tramite un quarto pin tramite cui passa un segnale di controllo, consente alla motherboard di gestire in modo più preciso la velocità della ventola, soprattutto verso il basso, mentre l'alimentazione rimane fissa. Il segnale PWM è generalmente è rappresentato come una percentuale o duty cycle (un'onda quadra): più basso è il duty cycle, minore è la velocità di rotazione delle ventole, mentre al contrario più alta è la percentuale del duty cycle, maggiori sono i giri della ventola. 

La curva di funzionamento di una ventola PWM

Se avete una ventola DC potete collegarla a un connettore a 4 pin, ma funzionerà come DC. Allo stesso modo, se avete una ventola PWM e la collegate a un connettore a 3 pin, funzionerà come una soluzione DC: per avere il controllo PWM dovete collegare il cavo a 4 pin a un connettore con lo stesso numero di pin sulla motherboard. Sulla motherboard le ventole del case si collegano ai connettori indicati come SYS_FAN (ce ne sono più di uno), mentre la ventola del dissipatore della CPU al CPU_FAN.

I connettori a 4 pin SYS_FAN, qui nelle vicinanze dell'ATX 24 pin

In genere meglio puntare sulle soluzioni PWM, che grazie al controllo più preciso permettono di guadagnare in silenziosità. Tra l'altro, sono quelle vanno per la maggiore in questo momento, quindi difficilmente vi ritroverete ad acquistare una ventola non PWM, anche senza prestare attenzione a questo dettaglio.

Non solo il connettore e le dimensioni, ci sono anche altri parametri da guardare nella scelta di una ventola. La cosiddetta "fan speed" indica la velocità massima o in genere il range operativo "da / a" in RPM. Poi ci sono Air Flow (Flusso d'aria) e Air Pressure (Pressione dell'aria).

Nel primo caso il dato è indicato in CFM (cubic feet per minute, piedi cubici al minuto), ed è la quantità d'aria spostata dalla ventola, la portata. Il valore CFM è influenzato principalmente da tre fattori che sono la rotazione delle ventole (RPM), la dimensione delle pale della ventola stessa (più grande è più aria viene spostata) e il cosiddetto "pitch", ossia l'inclinazione delle pale.

Più alti sono questi valori, maggiore è l'aria spostata dalla ventola. Per quanto riguarda la voce "Air Pressure", il dato è indicato in "mm/H2O" è più alto è meglio. In pratica si tratta della pressione statica a cui l'aria viene espulsa dalla ventola, ossia la forza esercitata dalla massa d'aria spostata.

Infine, c'è il "Noise Level", ossia la rumorosità (o livelli di pressione sonora), espressa in dB(A) - più bassa è meglio è. La A indica che la pressione sonora è stata misurata con un filtro di fronte al dispositivo di misurazione per replicare la sensibilità dell'orecchio umano.

Regola generale: una ventola con un Air Flow elevato, come la be quiet! Light Wings, è più indicata come soluzioni da inserire su un case, mentre una ventola con una Air Pressure maggiore - ad esempio la versione ad alta velocità delle stesse Light Wings - è destinata a radiatore dei sistemi a liquido AIO o a quelli dei dissipatori ad aria.

Tralasciando la forma delle pale e altre soluzioni tecniche peculiari adottate dalle varie aziende, le ventole in commercio si presentano con cuscinetti (bearing) differenti. Cos'è un cuscinetto? In breve, si tratta di un elemento volto a vincolare il moto relativo e limitare il più possibile l'attrito tra le parti in movimento. Nelle ventole lo scopo è consentire alle pale di girare all'interno del telaio nel modo più efficiente possibile. Vi sono una miriade di cuscinetti, ma ecco quelli più diffusi:

Le ventole con cuscinetti sleeve bearing sono tra le più comuni. Poco costose, silenziose (almeno nel primo periodo), necessitano di essere montate in verticale per un funzionamento ottimale e non amano temperature troppo elevate.

Nelle ventole sleeve bearing la superficie di contatto lineare tra le parti in movimento è molto ampia e questo può causare problemi sul lungo periodo a causa della viscosità del lubrificante (grasso o a base d'olio), dovuta sia alle temperature elevate sia al fatto che il lubrificante può evaporare. Le ventole sleeve bearing, quando si guastano, tendono a farlo senza dare segnali di avvertimento.

Sono molto simili concettualmente ai sleeve bearing, il mezzo lubrificante però è forzato a circolare nella sede da una spirale al fine di garantire una lubrificazione adeguata. Questa differenza favorisce il funzionamento anche in orizzontale e ne aumenta la vita media, riducendo parallelamente il rumore. Un esempio di ventole rifle bearing sono le Silent Wings 3 di be quiet!.

Più costose delle soluzioni sleeve bearing e leggermente più rumorose all'inizio della loro vita, le soluzioni con cuscinetti a sfera sono più longeve (minore evaporazione del lubrificante) a causa del minor contatto tra le parti (il contatto è puntiforme anziché lineare) e sopportano meglio le temperature elevate. Si possono anche montare senza problemi in posizioni differenti da quella verticale. Alle alte velocità sono meno rumorose delle soluzioni sleeve bearing.

Non tutte le soluzioni ball bearing sono però identiche. Ci sono soluzioni a basso costo che usano un cuscinetto ball bearing e uno sleeve bearing, quindi il consiglio è quello di optare per le soluzioni con doppio cuscinetto a sfera (dual ball bearing).

Queste soluzioni prevedono un sottile strato di liquido o gas pressurizzato tra le superfici di contatto. Questo consente di avere un'elevata silenziosità (grazie anche a vibrazioni attenuate), nessun vincolo in termini di montaggio e una durata elevata, visto che non c'è contatto tra le parti in movimento. Il costo è maggiore. Il doppio nome si deve al fatto che un progetto di cuscinetto fluidodinamico è stato brevettato da Matsushita (Panasonic) e altri produttori hanno realizzato progetti leggermente differenti per non pagare royalty.

La tecnologia a "levitazione magnetica" permette alle parti della ventola di non entrare in contatto aggirando i problemi di attrito e usura sospendendo in parte il rotore all'interno di un campo magnetico. Non esiste superficie di contatto, in quanto le due parti della ventola vengono tenute separate dalla forza magnetica. Questo permette alle ventole di operare in modo molto silenzioso e avere una durata di vita molto lunga.

Il minore attrito ripaga con velocità di rotazione maggiori e minore rumorosità. Ad esempio, mentre i design più tradizionali diventano rumorosi sotto 2000 RPM, le ventole a levitazione magnetica girano il 20% più rapidamente, fino a 2400 RPM, e con rumorosità più bassa rispetto ai vecchi progetti.

C'è chi propone il cosiddetto self-stabilising oil-pressure bearing (SSO-Bearing), un'evoluzione dei cuscinetti idrodinamici con un magnete aggiuntivo che supporta l'autostabilizzazione dell'asse del rotore. Grazie all'asse stabilizzato dal campo magnetico, il cuscinetto SSO raggiunge una maggiore precisione e una migliore longevità rispetto ai tradizionali cuscinetti a sfera, sleeve o idrodinamici.

SSO2 è la seconda generazione di SSO, resa possibile dall'uso di cuscinetti in metallo e nuove tecniche di stampaggio a iniezione. Il magnete viene posizionato più vicino all'asse del rotore e quindi esercita su di esso una forza magnetica maggiore. Ciò si traduce in una stabilizzazione, precisione e durata ancora migliori.

I motori elettrici nelle ventole moderne sono noti "BLDC" (Brushless Direct Current). La struttura è formata da un guscio esterno (il rotore) formato da magneti integrati con quattro poli, mentre il nucleo interno (lo statore) presenta diverse bobine di filo di rame - quattro o sei, da cui i nomi "4 poli" o "6 poli". Il numero deve essere divisibile per due, poiché un campo magnetico richiede due poli magnetici per funzionare.

In un motore a 6 poli le bobine di rame riempiono la maggior parte dello spazio interno, il che è positivo per l'efficienza in quanto non c'è quasi nessuna perdita dovuta a sacche d'aria. La quantità di rame determina la velocità massima della ventola, poiché influenza l'intensità del campo magnetico.

Non appena la corrente continua viene introdotta nel sistema, le bobine di rame si caricano elettricamente trasformandosi in magneti che interagiscono con i magneti nel rotore. Grazie a questa attrazione e repulsione parallela di quattro / sei poli, il rotore gira in modo molto uniforme, affidabile e senza troppe vibrazioni.

Non vengono inseriti più poli perché lo spazio dello statore è limitato e costringerebbe a ridurre la dimensione delle bobine. Inoltre l'aggiunta di poli potrebbe essere deleteria sotto diversi aspetti, dal tempo al costo di produzione, fino all'efficienza.

I case hanno diverse posizioni per installare le ventole. In genere, il tipico case moderno permette di posizionarne due / tre nella parte frontale (spesso sono preinstallate) per immettere aria fresca dall'esterno.

Alcuni case hanno invece una singola ventola frontale di grandi dimensioni, la quale girando più lentamente muove comunque un buon flusso d'aria. Le altre posizioni, nella parte posteriore e in alto, consentono di espellere l'aria calda dal case.

La regola d'oro per evitare che entri troppa polvere nel case è quella di mantenere una pressione positiva. Cosa significa? dovete far sì che il flusso d'aria combinato (CFM totale) sia maggiore per le ventole che soffiano aria all'interno del case rispetto a quelle che la espellono.

Se i connettori a bordo della motherboard sono finiti o semplicemente volete avere un controllo totale sul raffreddamento, potete acquistare delle ventole con hub dedicato in modo che, una volta collegate direttamente all'hub, possiate gestirne non solo la velocità di raffreddamento ma anche aspetti come l'illuminazione ARGB.

Un altro aspetto a cui fare attenzione affinché l'aria possa fluire nel modo migliore possibile è avere un PC con un interno ordinato. Una buona gestione dei cavi (il famoso "cable management") è altamente raccomandato: ciò significa non avere cavi a penzoloni (potete farli passare dietro la motherboard tramite gli appositi fori nel case) oltre a evitare che vi siano componenti che intralcino il flusso di aria fresca dalla parte frontale: gli hard disk, ad esempio, potrebbero essere un problema, ma il fatto che si stia passando ai meno ingombranti SSD, spesso posizionabili in altre zone o direttamente sulla motherboard (M.2), rende tale problema meno pressante di un tempo.

Infine, praticate una regolare pulizia all'interno del case per avere una prestazione di raffreddamento costante, perché nel tempo la polvere si deposita sulle pale delle ventole e sui filtri andando a impattare negativamente sul ricircola dell'aria.

Non c'è molto da dire, se non che una ventola malfunzionante o totalmente guasta si può identificare facilmente dal suono o dalla mancanza di moto. Spesso le ventole prima di smettere di funzionare emettono dei rumori fastidiosi e udibili oppure possono smettere di girare.

Se una delle ventole nel vostro PC si è fermata, controllate che sia collegata al connettore adeguato sulla motherboard o all'hub. Se la ventola è collegata ma non gira, provate a cambiare il connettore se possibile, ma quasi sicuramente non vi resterà altra soluzione che sostituirla.

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