¿Qué hace un disipador de calor?
Los disipadores de calor son una de las formas más comunes de administración térmica en tecnología, maquinaria e incluso, en sistemas naturales. Estos componentes son tan omnipresentes que es fácil pasarlos por alto, incluso para aquellos que están familiarizados con la tecnología. Abordaremos los principios básicos de funcionamiento de los disipadores de calor, presentaremos configuraciones de disipadores de calor activos y pasivos y discutiremos cómo algunos usuarios implementan disipadores de calor en sus aplicaciones.
¿Qué es un disipador de calor?
Un disipador de calor es un componente que propicia la eliminación del flujo de calor de un dispositivo que genera calor. Esta tarea se logra aumentando la superficie de trabajo del dispositivo y la cantidad de fluido a baja temperatura que se mueve a través de su superficie ampliada. Según la configuración de cada dispositivo, encontramos una multitud de estéticas, diseños y capacidades máximas de disipadores de calor. Puede ver un disipador de calor de aletas rectas en la imagen de la parte superior de este artículo.
¿Cómo funciona un disipador de calor?
Un disipador de calor funciona alejando el calor de un componente crítico. Casi todos los disipadores de calor realizan esta tarea en cuatro pasos básicos:
1. La fuente genera calor. Esta fuente puede ser cualquier sistema que genere calor y requiera la eliminación de dicho calor para funcionar correctamente, como por ejemplo:
- Mecánico
- Eléctrico
- Químico
- Nuclear
- Solar
- Fricción
2. Eliminación del calor desde la fuente. Los tubos de calor también pueden ayudar en este proceso, pero cubriremos esos componentes por separado. En aplicaciones de contacto directo con el disipador de calor, el calor se mueve hacia el disipador de calor y se aleja de la fuente a través de la conducción natural. La conductividad térmica del material del disipador de calor afecta directamente este proceso. Es por eso que los materiales de alta conductividad térmica como el cobre y el aluminio son los más comunes en la construcción de disipadores de calor.
3. El calor se distribuye por todo el disipador de calor. El calor viajará naturalmente a través del disipador de calor mediante conducción natural, moviéndose a través del gradiente térmico desde un entorno de alta temperatura a uno de baja temperatura. En última instancia, esto significa que el perfil térmico del disipador de calor no será consistente. Como tal, los disipadores de calor a menudo estarán más calientes hacia la fuente y más fríos hacia los extremos del disipador.
4. El calor se aleja del disipador de calor. Este proceso depende del gradiente de temperatura del disipador de calor y de su fluido de trabajo, que normalmente es aire o un líquido no conductor de electricidad. El fluido de trabajo pasa a través de la superficie del disipador de calor caliente y utiliza la difusión y convección térmica para eliminar el calor de la superficie y llevarlo al ambiente. Esta etapa depende, una vez más, de un gradiente de temperatura para eliminar el calor del disipador de calor. Por lo tanto, si la temperatura ambiente no es más fría que la del disipador de calor, no se producirá convección ni posterior eliminación de calor. En este paso también es donde el área de superficie total del disipador de calor se vuelve más ventajosa. Una superficie grande proporciona una mayor área para que se produzca la difusión y convección térmica.
Disipadores de calor activos vs. disipadores de calor pasivos
Los disipadores de calor se utilizan más comúnmente en configuraciones activas, pasivas o híbridas.
- Los disipadores de calor pasivos dependen de la convección natural, lo que significa que la flotabilidad del aire caliente por sí sola provoca el flujo de aire generado a través del sistema de disipador de calor. Estos sistemas son ventajosos ya que no requieren energía secundaria ni sistemas de control para eliminar el calor del sistema. Sin embargo, los disipadores de calor pasivos son menos efectivos para transferir calor de un sistema que los disipadores de calor activos.
- Los disipadores de calor activos utilizan aire forzado para aumentar el flujo de fluido a través del área caliente. El aire forzado se genera más comúnmente mediante un ventilador o soplador o incluso, mediante el movimiento de todo el objeto, como el motor de una motocicleta que se enfría mediante el aire que pasa por las aletas del disipador de calor diseñadas en el motor. Un ejemplo de un ventilador que produce aire forzado a través de un disipador de calor es el ventilador de su computadora personal que se enciende cuando ésta se calienta. El ventilador fuerza el aire a través del disipador de calor, lo que permite que más aire sin calentar se mueva a través de la superficie del disipador de calor, aumentando así el gradiente térmico total a través del sistema del disipador de calor y permitiendo que salga más calor del sistema general.
- Los disipadores de calor híbridos combinan algunos aspectos de los disipadores de calor pasivos y activos. Estas configuraciones son menos comunes y a menudo dependen de sistemas de control para enfriar el sistema en función de los requisitos de temperatura. Cuando el sistema opera a niveles más fríos, la fuente de aire forzado está inactiva y solo enfría el sistema pasivamente. Una vez que la fuente alcanza temperaturas más altas, el mecanismo de enfriamiento activo se activa para aumentar la capacidad de enfriamiento del sistema disipador de calor.
Disipadores de calor populares
Como mencionamos, los disipadores de calor se encuentran más comúnmente en las CPU de las computadoras. Por ejemplo, el Jetson Nano tiene un gran disipador de calor para ayudar a enfriar la CPU ARM A57 de cuatro núcleos y la GPU NVIDIA Maxwell de 128 núcleos integrados, los cuales generan grandes cantidades de calor y requieren una refrigeración excepcional para evitar la limitación térmica.
Puede encontrar disipadores de calor estándar para enfriar los tamaños de chips más comunes. Algunos disipadores de calor están diseñados a medida para manejar mejor las cargas térmicas de un chip o dispositivo específico. Explore hoy mismo los disipadores de calor de administración térmica de Boyd Corporation, los disipadores de calor de administración térmica de Advanced Thermal Solutions y los disipadores de calor de administración térmica de Same Sky (formerly CUI Devices).
