Uso del calor de la CPU para generar electricidad

tl; dr Sí, puede extraer una pequeña cantidad de energía del calor residual de la CPU, pero su disipador de calor debe ser mayor cuanto más energía desee extraer.

explicación No existe una máquina que convierta el calor en energía, solo las máquinas que convierten la diferencia de calor en energía. En su caso, esa diferencia es la que se encuentra entre la temperatura de la CPU y la temperatura ambiente. La eficiencia teórica máxima para este proceso es (1 - T_cold / T_hot), por lo que para una temperatura ambiente de 25 grados C, una temperatura de CPU de 40 grados C y un flujo de calor de 50 W, podría generar 2.4 vatios de electricidad con un convertidor ideal. (Las temperaturas son temperaturas absolutas en Kelvins). Si permite que la CPU alcance los 60 grados C, puede obtener hasta 5 vatios, y si permite 100 grados C, puede obtener hasta 10 vatios. Los convertidores de calor a energía de la vida real son más ineficientes, especialmente los elementos termoeléctricos. Recomiendo un motor stirling, que está más cerca de la eficiencia ideal.

Así es como fluye el calor con un disipador de calor pasivo:

[CPU] --> [Environment]

La unión CPU-Ambiente tiene una resistencia térmica, medida en grados Kelvin / vatio, directamente equivalente a la forma en que se mide la resistencia eléctrica en voltios / amperios. Es posible que haya encontrado valores de Kelvin / Watt en algunas hojas de datos. Un disipador térmico ideal tiene resistencia cero, por lo que la diferencia de temperatura es 0 y la CPU funciona a la temperatura ambiente (25 grados C). Con un disipador térmico de vida real de 0.5K / W y un flujo de calor de 50W (la CPU genera 50W de calor), la diferencia de temperatura es de 25K y la CPU está a 50 grados centígrados.

Así es como fluye el calor con su máquina propuesta:

[CPU] --> [Hot end of machine] --> [Cold end of machine] --> [Environment]

Hay resistencias térmicas, es decir, diferencias de temperatura, en los tres puntos. Supongamos que la conexión entre la CPU y el extremo caliente de la máquina es ideal, es decir, están a la misma temperatura. La resistencia térmica dentro de la máquina se utiliza para generar electricidad. La resistencia térmica entre el extremo frío y el medio ambiente viene dada por el disipador térmico del extremo frío.

Decir que el disipador de calor en el extremo frío es el mismo que usamos para la CPU, con 0.5K / W, y queremos que la CPU esté a 50 grados C. Luego, el extremo frío de la máquina ya está a 50 grados C, y no puede haber diferencia de temperatura en la máquina, es decir, no puede generar energía. Si usamos un disipador de calor dos veces fue grande (0.25K / W), entonces el extremo frío estará a 37.5 grados centígrados y la diferencia de temperatura en la máquina es de 12.5 grados centígrados, por lo que puede generar un poco de energía. p>

Cualquier máquina que extrae energía de una diferencia de temperatura presenta una resistencia térmica igual a (temperature difference)/(Heat flow) . La resistencia térmica de la máquina se agrega a la resistencia térmica del disipador de calor, por lo que la temperatura de la CPU siempre será más alta si hay una máquina en el medio.

BTW Algunos overclockers van en sentido opuesto: agregan un elemento termoeléctrico que funciona en reversa, utilizando energía eléctrica para bombear calor desde la CPU al disipador de calor, creando una diferencia de temperatura negativa. La CPU está en el extremo frío y el disipador térmico en el extremo caliente.

BTW Esta es la razón por la que las centrales nucleares tienen enormes torres de refrigeración, que funcionan como el disipador de calor de extremo frío.

El problema con los generadores termoeléctricos es que son terriblemente ineficientes.

Para una CPU, TIENE QUE deshacerse del calor que producen o que se derriten.

Usted podría conectar un módulo peltier y extraer una pequeña cantidad de electricidad de ellos, pero aún tendría que disipar el resto del calor mediante un método clásico de intercambio de calor. La cantidad de electricidad generada probablemente no sería lo suficientemente significativa como para justificar el costo de la instalación.

También puedes usar peltiers como refrigeradores. Sin embargo, necesitas AGREGAR potencia para bombear el calor. Esa energía debe ser disipada junto con el calor que se está eliminando a través del intercambiador de calor. Al final, este último debe ser más grande para que su efecto neto sea peor.

El calor para alimentar es una idea del "santo grial" y está a la altura de la fusión fría como un sueño teórico.

EDITADO PARA LA CLARIDAD

La conversión DIRECTA eficiente de calor a electricidad es una idea del "santo grial" y está ahí con la fusión fría como un sueño teórico.

Para generar electricidad, desea que el lado caliente (procesador) esté lo más caliente posible para una máxima eficiencia. El generador térmico ralentiza el movimiento del calor a medida que extrae energía de él.

Para realizar cálculos, desea que el procesador esté tan frío como sea posible. Las temperaturas más altas aumentan la resistencia eléctrica del silicio. Esta es la razón por la que tiene disipadores de calor, ventiladores, etc. altamente conductores: para alejar el calor lo más rápido posible.

Estos requisitos se contradicen directamente entre sí.

Sorprendido de que nadie más haya mencionado esto:

Generar electricidad a partir del calor residual de algún proceso que quema combustible puede tener sentido. ¿Generar electricidad a partir del calor residual de un sistema que funciona con electricidad en primer lugar? Eso no tiene sentido. Si es posible que ahorres energía haciendo eso, entonces es posible que ahorres aún más energía al construir un sistema que usa electricidad de manera más eficiente en primer lugar.

Las leyes de la termodinámica establecen que reunir dos fuentes de energía de la misma temperatura no equivale a un nivel de energía más alto. Por ejemplo, poner una taza de agua caliente en otra taza de agua caliente no hace que la combinación sea más caliente que las tazas separadas.

El calor también es una de las formas más bajas de energía, ya que hay muy poco que puedas hacer con él. La electricidad puede hacer funcionar circuitos, el viento puede crear un movimiento mecánico, pero el calor no puede hacer mucho más que poner más energía en un fluido o sólido.

Dicho esto, el método más viable para obtener energía del calor es hervir un fluido (agua, por ejemplo) para hacer girar una turbina. Poner varios disipadores de calor juntos y acoplados a una bañera puede hacer hervir el agua si las CPU están por encima de los 100 C. Pero, como probablemente pueda inferir, esta es una idea terrible.

Pensamiento divertido, pero no. Su CPU no es solo un chip, hay cables de conexión y una carcasa involucrada que no es exactamente una posibilidad a 1000 ° C.

Aparte de eso, todavía hay algunas leyes de la termodinámica que deben considerarse. Todavía tiene que poner una gran cantidad de energía en el sistema para obtener muy poco. El elemento Peltier al que se refiere necesita un gran dT (diferencia entre el lado frío y el lado caliente), por lo que al quitar los disipadores de calor, el lado "frío" tendrá la misma temperatura que el lado caliente, por lo que no se puede obtener más energía aquí Necesitarás enfriar el lado frío, lo que arruinará la eficiencia aún más. Por otro lado, esos elementos Peltier se pueden usar para generar una diferencia de temperatura al enfriar la CPU.

En teoría, es posible . Todo lo que necesita es una "sustancia" que genere electricidad cuando una de sus superficies está a 40c y la otra a 20c.
Actualmente, hay termopares que hacen exactamente esto (cambian el calor a electricidad), pero a una temperatura mucho más alta.