Formas de enfriar dispositivos electrónicos.
Formas de enfriar dispositivos electrónicos.
Formas de enfriar dispositivos electrónicos.
La refrigeración eficaz de los dispositivos electrónicos requiere la selección de la solución adecuada, pero también la coincidencia en términos de eficiencia y parámetros técnicos. Los fabricantes ofrecen soluciones adaptadas a necesidades específicas y requisitos muy estrictos. En el artículo, presentaremos las soluciones disponibles en el mercado e indicaremos sus puntos fuertes.
- Por qué es importante el enfriamiento
- Maneras de enfriar la electrónica
- La elección correcta de cómo enfriar la electrónica
Sistemas electrónicos avanzados y sus desafíos
Con el desarrollo de la tecnología, los ordenadores se ven obligadas a procesar más y más datos. Se les plantean tareas complejas y los fabricantes se esfuerzan por miniaturizar los equipos electrónicos, preferiblemente a tamaño de bolsillo. Los ordenadores que una vez ocuparon habitaciones enteras solo estaban destinadas a realizar cálculos simples. Los ordenadores de hoy caben en la palma de tu mano, y sus posibilidades pueden parecer casi ilimitadas. Sin embargo, el fenómeno de generación de calor por parte del sistema electrónico permanece invariable. Dado que se utiliza cada vez más potencia informática, la cantidad de calor liberado es proporcionalmente mayor. No será nuevo para nadie decir que el exceso de calor es uno de los mayores enemigos de los circuitos electrónicos. Provoca un desgaste mucho más rápido de los componentes electrónicos como de transistores, resistencias o relés. En casos especiales, las altas temperaturas pueden incluso provocar daños irreversibles en el sistema de control. El costo de reparar dicho dispositivo a menudo puede exceder el punto de equilibrio. Por tanto, comparando los ordenadores de hace unas décadas con los actuales, los dispositivos del siglo XX equipados con amplios sistemas de refrigeración funcionaban en condiciones mucho más favorables que las actuales.
Hoy en día, los sistemas electrónicos marcan el ritmo del funcionamiento humano, garantizan la seguridad y permiten un mayor desarrollo de la tecnología. Para que funcionen sin fallos, con la máxima eficiencia, la prioridad es asegurar una adecuada refrigeración y protección contra el sobrecalentamiento. Los requisitos para dispositivos móviles o sistemas industriales avanzados hacen que los fabricantes estén volcados en encontrar la mejor manera de mantener una temperatura segura de los elementos más críticos del sistema.
Sistemas de refrigeración a medida
Hay varios sistemas de disipación de calor y refrigeración más comunes que se utilizan en los sistemas electrónicos. Se diferencian principalmente en el tamaño, que es uno de los principales criterios para seleccionar un sistema de refrigeración para una aplicación específica, pero también en el medio de refrigeración o la eficiencia de disipación de calor. Por lo tanto, para tomar la decisión correcta, cuál de ellos trae más beneficios, debe familiarizarse con las características y las ventajas más importantes de cada uno de ellos.
Al elegir un sistema de enfriamiento, la mayoría de las veces nos encontraremos con los siguientes elementos:
- Ventiladores
Un ventilador es un dispositivo de enfriamiento básico que se puede encontrar en todos los hogares o plantas industriales. El primer y más común uso de los ventiladores en dispositivos electrónicos es la disipación de calor. Dichos elementos se pueden encontrar tanto en ordenadores de escritorio como portátiles. Solemos enterarnos de la presencia de un fan cuando ejecutamos un programa o juego exigente. Luego, el ordenador usa sus capacidades máximas, lo que al mismo tiempo genera más calor. Luego, el ventilador en modo automático elimina el calor del interior del dispositivo, lo que permite un proceso ininterrumpido y protege los circuitos electrónicos que son susceptibles a altas temperaturas.
Ventiladores en la oferta de TME
Los ventiladores son dispositivos equipados con un motor que acciona las palas del rotor. Los movimientos de aire convectivo forzados por el impulsor del ventilador giratorio disipan y expulsan el calor generado en el dispositivo electrónico. La energía térmica se descarga a través de rejillas ubicadas en la carcasa del ordenador. El movimiento del ventilador es causado por un sensor de temperatura. Después de superar un cierto valor, la rueda del ventilador comienza a girar y el dispositivo se enfría. Las masas de aire forzadas por el ventilador se calculan en metros cúbicos por hora .
Una ventaja importante de los ventiladores es el hecho de que también actúan como una "aspiradora" dentro de la unidad del ordenador. Para que funcionen correctamente, los depósitos de polvo deben eliminarse periódicamente de las cuchillas.
También vale la pena señalar que los ventiladores que ofrecen actualmente los principales fabricantes se someten a rigurosas pruebas de ruido. Por lo tanto, no hay temor de que su trabajo sea una carga para el usuario que usa el ordenador. Por otro lado, el ruido aumentará en proporción a las dimensiones del ventilador y la cantidad de aire que el aparato tendrá que bombear.
El uso de refrigeración activa también está asociado al riesgo de dañar uno de los elementos del ventilador. Puede ser un sistema de accionamiento o el propio rotor accionado. Sin embargo, tal riesgo no ocurre en el caso del enfriamiento pasivo, que se discutirá más adelante en el texto.
- Radiadores
Otro elemento comúnmente utilizado del sistema de refrigeración es el radiador. Hecho en forma de elemento de metal acanalado, se usa con mayor frecuencia junto con los ventiladores descritos anteriormente, lo que aumenta la eficiencia de la disipación de calor. El material comúnmente utilizado por los fabricantes para la producción de disipadores de calor es el aluminio.
En este punto, surge la pregunta: ¿cómo puede un dispositivo de este tipo afectar la recepción de calor al calentar los componentes electrónicos? De acuerdo con el principio de transferencia de calor, cuanto mayor sea el área de superficie que absorbe la radiación de calor, mayor será la capacidad de enfriamiento. En el disipador de calor, las aletas con la forma adecuada son responsables de maximizar la superficie de intercambio de calor. Por lo tanto, no sorprende que cuanto más grande sea el disipador de calor, más intenso será el enfriamiento. La mayor limitación son por tanto, las dimensiones del dispositivo para el que funcionará el elemento en cuestión. Otro aspecto muy importante es la distancia entre el radiador y el elemento calentado. Cuanto más pequeño es, más eficiente es la disipación de calor. Para intensificar al máximo la transferencia de temperatura, en la unión de ambas superficies se utilizan cintas termoconductoras.
En la instalación con ventilador, el disipador de calor absorbe las masas de aire caliente empujadas a través de las palas del impulsor y luego disipa el calor recibido al ambiente.
- Células de Peltier
Una solución muy interesante para la refrigeración de circuitos electrónicos son los módulos Peltier. La construcción del dispositivo consiste en placas cerámicas dispuestas en paralelo, entre las cuales se alternan semiconductores de tipo n y tipo p. El contacto directo entre ellos está garantizado por el uso de placas de cobre como medio de transporte de electrones. La corriente eléctrica que fluye fuerza cambios de temperatura en la unión de semiconductores diferentes. El funcionamiento sin fallos, un diseño relativamente pequeño y compacto y la ausencia de necesidad de utilizar refrigerante son las principales ventajas de este sistema de refrigeración. Un aspecto importante es también la posibilidad de ampliar y aumentar la eficiencia de la celda Peltier con módulos adicionales. Luego, el lado "tibio" del primer módulo se conecta al lado "frío" del siguiente. Por lo tanto, la capacidad de recibir calor depende de la disponibilidad de espacio y del valor de la corriente eléctrica.
Las celdas se utilizarán en condiciones ambientales exigentes, como altos niveles de polvo. Un ejemplo del uso de módulos Peltier en la vida cotidiana pueden ser los refrigeradores portátiles para automóviles o sistemas de dispositivos mucho más avanzados que requieren un control preciso de la temperatura, por ejemplo, generadores de alta potencia.
- Refrigeración líquida
La disipación de calor efectiva en la electrónica avanzada de alta potencia requiere una alta capacidad de enfriamiento. Vale la pena saber que la capacidad calorífica del aire, es decir, la cantidad de energía que el aire es capaz de almacenar, será de aprox. 1 mientras que el agua tiene una capacidad de 4000. No es difícil adivinar que las instalaciones electrónicas exigentes utilizan sistemas de refrigeración líquida. Los llamados bloques de agua se construyen según el principio de flujo de agua u otro líquido refrigerante alrededor del radiador en una carcasa sellada. El sistema de bombeo es responsable del movimiento del líquido. Los sistemas de refrigeración líquida requieren alta precisión. Se sabe que el contacto con el agua no servirá a los sistemas alimentados por electricidad. Incluso si el sistema está lleno de una sustancia no conductora y el mero contacto con ella no destruirá el dispositivo, la pérdida del medio detendrá el proceso de enfriamiento. Tales soluciones se pueden encontrar, por ejemplo, en ordenadores diseñadas para realizar cálculos complejos o simulaciones para las necesidades de la industria de la investigación y la ingeniería.
- Tubos de calor
El tubo de calor es un dispositivo simple cuya tarea es transportar calor por convección.Aunque esta tecnología ya se conocía en la década de los 40 del siglo pasado, solo se utilizó en la industria unos 20 años después. Actualmente, los tubos de calor se utilizan en muchos campos, desde refrigeración y calefacción, pasando por ordenadores modernos, hasta la industria espacial.
El tubo de calor se divide en tres zonas:
- zona de evaporación (evaporador)
- zona de transición - transporte de calor sin intercambio con el medio ambiente (adiabático)
- zona de condensación (condensador).
El calor se absorbe en el evaporador donde se evapora el refrigerante líquido. La presión en el espacio del evaporador es mayor que la presión en el espacio del condensador. La diferencia de presión resultante obliga al vapor refrigerante a moverse hacia la sección de condensación, donde se condensa y libera calor a la fuente superior.
Los tubos de calor son una tecnología utilizada en naves espaciales, industrias químicas y energéticas.
El papel de la refrigeración para el funcionamiento de la electrónica
El exceso de calor en los dispositivos acorta su vida útil, limita sus capacidades y, a menudo, provoca daños inevitables en los sistemas electrónicos. La elección correcta de los elementos de refrigeración evita todos estos efectos negativos. Para los diseñadores, este es un gran desafío, porque se deben tener en cuenta muchos factores: los parámetros técnicos del equipo y las dimensiones son importantes. Tampoco será posible sin realizar los cálculos oportunos. Sin embargo, vale la pena recordar que, a pesar de los mejores sistemas de disipación de calor, nosotros, como usuarios, aún tenemos un gran impacto en la vida útil de los dispositivos, proporcionando un espacio adecuado para la circulación del aire y usándolos solo según lo previsto.