Los disipadores de calor se utilizan ampliamente en todo tipo de dispositivos electrónicos, desde ordenadores hasta iluminación LET. Se trata de un dispositivo conductor que absorbe y transfiere el calor de los componentes, evitando el sobrecalentamiento y posibles daños. Encontrar un buen diseño de disipador de calor es fundamental para la disipación del calor de un dispositivo, con el fin de garantizar un rendimiento óptimo y una larga vida útil. Esta guía profundiza en los fundamentos de las características, tipos y materiales de diseño de disipadores de calor. Continúe leyendo sobre técnicas de fabricación y consejos útiles para el diseño de disipadores de calor.
¿Qué es un disipador de calor?
Disipadores de calor Son dispositivos mecánicos que previenen el sobrecalentamiento de un dispositivo mediante convección natural y forzada. Un disipador de calor disipa el calor generado distribuyéndolo por su superficie y enfriando el dispositivo a una temperatura ideal gracias a sus materiales de alta conductividad térmica. Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes se centran en encontrar un disipador de calor adecuado para el procesador y los transistores, evitando que la temperatura y el ventilador sean demasiado eficientes. Estos componentes que irradian calor no se limitan a un solo tipo; los tres tipos más comunes dependen de cómo disipan el calor del sistema.
El disipador de calor activo depende de la fuente de alimentación del dispositivo. Se utiliza un mecanismo de convección forzada para que el fluido o el aire se muevan a través del área caliente y así lograr la transferencia de calor al componente. Los fabricantes suelen usar uno o dos ventiladores para impulsar el aire hacia el componente, lo que reduce su temperatura.
El disipador de calor pasivo es una alternativa común. Sin embargo, no es tan eficaz para disipar el calor como un disipador de calor activo. No obstante, los disipadores de calor pasivos se utilizan ampliamente debido a su bajo costo y a que no requieren electricidad. Sin embargo, al elegir un disipador de calor pasivo, los intercambiadores de calor pasivos incluyen microcontroladores, microprocesadores, chipsets, etc.
El disipador de calor híbrido utiliza métodos de transferencia de calor pasivos y activos. En condiciones de baja pérdida de calor, no utiliza el ventilador. El calor se transfiere por convección natural. Sin embargo, si la temperatura es extremadamente alta, el ventilador se activa automáticamente para que el calor se transfiera de forma rápida y eficiente.
Materiales adecuados para el diseño de disipadores de calor
La alta conductividad térmica, la ligereza y la rentabilidad contribuyen a una mejor disipación del calor. Algunos materiales adecuados para el diseño de disipadores de calor incluyen:
- Aluminio
El aluminio se utiliza ampliamente debido a su alta conductividad térmica, ligereza y precio competitivo. Es la opción habitual en dispositivos eléctricos. Por ejemplo, los LED suelen optar por el aluminio como disipador de calor.
- Aleaciones de aluminio
La combinación de aluminio con otros metales ofrece una mayor resistencia que trabajar con aluminio puro. Las aleaciones de aluminio mantienen un perfil ligero. La aleación más común es el aluminio 1050.
- Cobre
El cobre ofrece mayor conductividad térmica que el aluminio y es ideal para dispositivos y componentes gracias a sus mejores propiedades de intercambio. Las CPU suelen utilizar cobre como componente sensible en los disipadores de calor debido a su eficiencia.
- Grafito
En comparación con el cobre, el grafito tiene mayor conductividad térmica. Además, es extremadamente ligero. El grafito se utiliza en situaciones que requieren una disipación de calor ligera, pero es más caro y frágil.
- Cerámica
Este material tiene menor conductividad térmica que otros metales. Por lo tanto, la cerámica solo puede utilizarse en ciertas aplicaciones específicas debido a sus propiedades de aislamiento térmico y eléctrico.
Técnicas de fabricación comunes para disipadores de calor
Se requieren diversos tipos y materiales para los distintos métodos de construcción de disipadores de calor. Por ejemplo, el mecanizado CNC suele emplear técnicas avanzadas, mientras que la fundición a presión es adecuada para procesos sencillos.
Para la construcción compleja de un disipador de calor, las máquinas CNC son la opción ideal para procesar la pieza de forma eficiente. Este tipo de máquinas cuenta con funciones de taladrado, fresado y torneado. Basta con crear un diseño en el software CAD y transferirlo a la fábrica para fabricar los componentes. Un método preciso para diseñar las piezas estructurales del disipador de calor, incluyendo el acabado de la superficie inferior.
La extrusión es ideal para construir disipadores de calor simples y uniformes en grandes cantidades. Si bien no puede manejar diseños complejos de disipadores, su producción rentable puede resultar atractiva. El aluminio 6063 es un material común en la extrusión de disipadores de calor debido a su buen conductor térmico.
Si conoce el proceso de moldeo por inyección, le resultará fácil comprender la fundición a presión. Estas dos técnicas son similares. En la fundición a presión, el aluminio se calienta a alta temperatura, se licua y se vierte en el molde para fabricar el componente del disipador de calor. Al finalizar la fundición a presión, se obtiene un producto final. Esta técnica es ampliamente utilizada y permite reparar diseños estructurales más complejos.
Consejos a considerar durante el diseño del disipador de calor
El diseño correcto del disipador térmico es fundamental para lograr una solución de gestión térmica eficiente. Durante el diseño del disipador térmico, se deben considerar los siguientes factores:
- Forma y disposición of Aletas del disipador de calor
Las aletas son componentes esenciales de un disipador de calor que ayudan a transferir el calor al aire circundante de forma eficiente y rápida. La forma y la disposición de las aletas afectan el flujo de calor. Además, su número y tamaño también influyen. Por lo tanto, es fundamental considerar el diseño y la disposición de las aletas para que el aire circule de forma fluida y eficiente. Para lograr la mejor disipación térmica, es fundamental optimizar la forma, el tamaño y la disposición del disipador, de modo que el componente eléctrico se conduzca y disipe correctamente.
- Resistencia termica
La resistencia térmica es el factor clave en la eficiencia de la transferencia de calor desde los semiconductores al entorno a través del disipador. Elegir la resistencia térmica adecuada para el disipador es fundamental. La resistencia térmica influye en la temperatura y en la capacidad de refrigeración del disipador.
Encontrar el calor de convección:
Qc = 2hA(Tcompent – Tambient ) Donde
h = 1.42[( Tcompent – Tambient )/H ] ＾0.25
A = HL + t(2H + L)
Qc: 2hA( Tcompent – Tambient)
Notarás que hay una superficie separada en A2 donde se puede transferir calor, lo que determina el valor calorífico convectivo aquí:
Qc = 2h2A2(Tcompent – Tambient ) Donde
s = 2.71 [ gβ(Tcompent – Tambient )/Lαv ]
A2 = L[2( H – b) + sb] + tL
El cálculo para encontrar el calor generado por radiación:
Qr2 = 2ϵσA2( T4compent – T4ambient )
Qr = 2ϵσA1( T4compent – T4ambient
¿Donde
A2 = L(t + s) + 2(tH + sb
El número total de aletas se calcula mediante:
Fn = 1 + [(Q – Qr2 – Qc2) / (Qr1 + Qc1)]
El ancho de una aleta se calcula mediante:
W = (N – 1) + NT
- Métodos de fijación del disipador de calor
Los disipadores de calor se utilizan en diferentes dispositivos, principalmente en componentes mecánicos. El método de fijación influye considerablemente en la disipación del calor. Antes de elegir el método de fijación, considere los requisitos mecánicos y térmicos del dispositivo. Los métodos comunes de fijación incluyen:
Clips de plastico
Clips de alambre
Alfileres
Cintas Térmicas
Epoxy
Aplicaciones comunes de los disipadores de calor
Los disipadores de calor son ampliamente utilizados, principalmente en dispositivos electrónicos. El problema radica en que, al funcionar, los dispositivos eléctricos generan mucho calor y pueden reducir su temperatura. Estos dispositivos afectan el rendimiento del semiconductor. Por lo tanto, un disipador de calor puede regular continuamente la temperatura del dispositivo durante su funcionamiento. Las aplicaciones de los disipadores de calor son:
- Amplificadores de potencia
El calor generado por el transistor de potencia puede provocar fugas de corriente. Un aumento de la corriente del colector provoca que se disipe más potencia. Esto puede provocar un aumento de temperatura. Peor aún, a veces puede producirse un ciclo de desbordamiento térmico que daña el transistor. Sin embargo, los disipadores de calor pueden prevenir este daño al reducir rápidamente el calor en sus superficies.
- CPUs
Durante el funcionamiento de la computadora, los chips de la CPU y la tarjeta gráfica se sobrecargan, lo que genera un calor excesivo. El disipador puede transferir rápidamente el calor de la CPU al chip, conduciéndolo por la superficie y disipándolo en el aire.
- Optoelectrónica
Una aplicación común de los disipadores de calor son los diodos emisores de luz (LED) y los láseres. Debido a que estos dispositivos no tienen la capacidad suficiente para minimizar los niveles de temperatura de funcionamiento, el medio de refrigeración es fundamental para el dispositivo, ya que puede garantizar su longevidad, ya que la temperatura de funcionamiento afecta su vida útil.
Empiece a diseñar su disipador de calor fácilmente
El diseño del disipador de calor es importante para garantizar su correcto funcionamiento. En todos los dispositivos electrónicos, los disipadores de calor son indispensables. Por lo tanto, su diseño es fundamental. Antes de emprender este proyecto, es importante comprender los conceptos básicos. Además, es necesario seguir mejorando el diseño del disipador según las necesidades.
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