Introducción
En el mundo en que vivimos hoy, donde el tiempo apremia porque la gente trabaja de un lado para otro, los aparatos electrónicos se han convertido en una necesidad. Los dispositivos relacionados con las TI o incluso el transporte, como los coches y los centros de datos9, funcionan con diversos dispositivos electrónicos para mejorar la productividad. Como estos componentes electrónicos son cada vez más potentes y pequeños, también producen mucho calor y, si no se controla adecuadamente, se reduce el rendimiento y se pueden dañar los dispositivos. Aquí es donde entra en juego la gestión térmica.
La gestión térmica se refiere al enfoque utilizado para regular el calor generado dentro de un recinto con el fin de lograr un rendimiento aceptable y evitar daños durante el funcionamiento. Abarca una combinación de medidas y tecnologías que sirven para alejar el calor de los componentes críticos, permitiéndoles funcionar por debajo de la temperatura máxima nominal o especificada. En este artículo, entraremos en calor y ajustaremos el enfoque a los aspectos estructurales de la gestión térmica, su relevancia en los aparatos modernos y las distintas formas de aplicarla.
Comprender la gestión térmica
En la mayoría de los sistemas electrónicos modernos, la gestión térmica se considera un conjunto de tácticas y tecnologías destinadas a regular la temperatura de las piezas electrónicas y los procesos y sistemas mecánicos. Hay que idear, examinar y actualizar soluciones que soporten la absorción de calor para que los sistemas puedan mantenerse dentro del rango óptimo de temperatura en el que se pueden realizar las actividades necesarias. En cualquier caso, si no se presta la debida atención a estos factores en la refrigeración, el rendimiento, la fiabilidad y la vida útil de los dispositivos electrónicos se deteriorarán.
Consecuencias de una mala gestión térmica en el rendimiento de los dispositivos
Un control térmico deficiente puede tener graves consecuencias para el rendimiento y, en consecuencia, la vida útil del dispositivo en cuestión. Cuando los componentes electrónicos generan un exceso de calor, pueden surgir varios problemas:
Degradación del rendimiento: El funcionamiento sostenido a temperaturas elevadas hará que los dispositivos y componentes apliquen mecanismos de autoaceleración para protegerse de las tensiones y los fallos de funcionamiento, lo que conllevará velocidades más lentas y actividades más bajas.
Menos fiabilidad: La temperatura interna del aparato acelera el deterioro de sus piezas, lo que aumenta el riesgo de avería y reduce su vida útil.
Acontecimientos catastróficos: En casos muy drásticos, los dispositivos pueden dañarse hasta tal punto que pueden resultar físicamente peligrosos, con riesgo de quemaduras por fuego u otros peligros relacionados con el calor extremo.
Un informe publicado por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) revela que los componentes electrónicos se degradan aproximadamente hasta en un 50% cuando se calientan a más de 10 ºC.
La creciente importancia de la gestión térmica
Dado que es el aspecto más crítico de los dispositivos electrónicos La gestión térmica es un aspecto integral en todos los dispositivos electrónicos personales a medida que se hacen más móviles y potentes y, por tanto, más atractivos. Hay varias razones que impulsan esta tendencia:
Aumento de la densidad de potencia: A medida que los componentes electrónicos se hacen más pequeños y potentes, generan más calor en un espacio más reducido, lo que dificulta la gestión eficaz del calor.
Miniaturización: La tendencia a la miniaturización hace que los componentes estén más apretados, lo que eleva las temperaturas y dificulta aún más la gestión térmica.
Aplicaciones de alto rendimiento: Las nuevas tecnologías basadas en el 5G, la inteligencia artificial, la realidad virtual y similares, son todas electrónicas de gama alta que producen mucho calor y requieren sistemas de gestión térmica eficientes.
Eligiendo el tipo adecuado de productos y tecnologías de gestión térmica, y un uso correcto del sistema, se puede controlar la temperatura del sistema de forma cómoda, segura y eficiente.
Fundamentos de la transferencia de calor
Para controlar eficazmente la temperatura de los dispositivos electrónicos, es importante valorar la importancia de una transferencia de calor eficiente. La transferencia de calor se produce de tres formas generales: conducción, convección y radiación.
Conducción: Fundamentos e importancia
La conducción es la transferencia de calor a través del contacto físico directo entre dos objetos. En los productos electrónicos, la conducción se pone de manifiesto cuando los elementos que producen calor lo transfieren al marco que los rodea, como la placa de circuitos impresos o el cuerpo de la carcasa del aparato. La velocidad a la que se produce la conducción depende de la conductividad térmica de los materiales utilizados; materiales como el cobre y el aluminio son buenos transmisores del calor.
El método de transferencia de calor, es decir, la conducción líquida o gaseosa, también desempeña un papel importante en la gestión térmica, de manera que el calor obtenido de la fuente de calor se canaliza hacia las piezas del dispositivo o hacia otro modelo de disipador de calor. Esto también optimiza el uso de materiales de conductividad térmica e identifica los diseños de conducción adecuados de tal manera que, el calor típicamente de las partes del núcleo se evacua en ese lapso de tiempo más corto posible.
Convección: Cómo funciona en la gestión térmica
La convección se define como el movimiento de calor a través de la circulación de fluidos o gases. En el caso de la electrónica, la convección se produce cuando el aire o el líquido que rodea las partes calientes de un dispositivo electrónico trata de absorber el calor de dichas partes. Es importante señalar que existen dos tipos de convección: la convección natural y la convección forzada.
La convección natural utiliza el viento ambiente provocado por un desequilibrio térmico, de forma que el aire más caliente asciende y el aire más frío desciende. Este tipo de convección es ideal en sistemas de refrigeración pasiva, como los disipadores de calor, cuyos componentes se encuentran en la vía de aire exterior y permiten el movimiento del aire alrededor de las aletas.
La convección forzada emplea equipos mecánicos auxiliares, como ventiladores o bombas, para soplar -o impulsar de otro modo- aire u otro refrigerante líquido a través de las piezas y componentes calientes. Este modo de transferencia de calor es más eficiente que la convección natural y es la situación normal en un sistema de refrigeración activa que abarque disipadores de calor refrigerados por ventilador y sistemas de refrigeración líquida.
Radiación: Su papel en la disipación del calor
De nuevo, la radiación es el método en la transferencia de calor en forma de energía como resultado de ondas electromagnéticas en las que no se necesita ningún contacto ni ningún medio para ayudar al movimiento de la energía térmica. En sus esfuerzos por eliminar el calor de los dispositivos electrónicos, los ingenieros consideran que la radiación es un método de refrigeración menos eficaz que la conducción y la convección. Sin embargo, todavía puede ayudar en la gestión térmica general de un dispositivo.
Este modo de transferencia de calor tiene lugar cuando las superficies de alta temperatura de los componentes del dispositivo irradian ondas electromagnéticas que son captadas por los componentes de menor temperatura del dispositivo o del espacio circundante. En tales situaciones, el calor irradiado por el dispositivo se consigue utilizando diversas variables, como la diferencia de temperatura entre las superficies radiante y receptora, la emisividad de las superficies y el área de radiación.
Independientemente del hecho de que la radiación no suele ser el centro de ninguna estrategia de control térmico, sus efectos deben tenerse debidamente en cuenta en el control térmico de los dispositivos electrónicos. Empleando materiales de alta emisividad y proporcionando una superficie adecuada para la radiación, los ingenieros de dispositivos pueden optimizarla de forma que mejore la disipación térmica del dispositivo.
Gestión térmica: Técnicas de refrigeración activa
Los métodos de refrigeración activa consisten en imponer fuentes de energía externas en los procesos de eliminación térmica de los aparatos electrónicos. Se adoptan cuando las técnicas de refrigeración pasiva no bastan para ocuparse de la energía térmica y los parámetros de control de la temperatura.
Ventiladores y sopladores
Los ventiladores y los sopladores de tipo industrial son también componentes básicos de las soluciones activas que favorecen el movimiento del aire y la convección del calor en el interior de los aparatos. Funcionan aspirando el aire frío presente en el entorno y soplándolo sobre los componentes productores de calor o los disipadores térmicos, transfiriendo así el calor al aire circundante.
Los ventiladores se incorporan principalmente en aparatos electrónicos pequeños y medianos, por ejemplo, ordenadores de sobremesa o portátiles, o armarios. Son baratos, fáciles de usar y de montar y son capaces de proporcionar temperaturas suficientes para la mayoría de las situaciones normales. Por el contrario, los ventiladores pueden ser ruidosos, y sujetos a discos resultan bastante duros para dispositivos que requieren un funcionamiento prácticamente silencioso con cabezales de alta disipación.
Soplantes: más robustos que los ventiladores, son más eficaces para mover aire a mayor volumen y presión. Suelen encontrarse en aplicaciones que consumen más recursos, como superordenadores o máquinas industriales con una importante generación de calor. Los sopladores suelen refrigerar mejor que los ventiladores, pero cuestan más y probablemente consuman más energía.
A la hora de seleccionar un ventilador o soplante para una aplicación concreta, los ingenieros deben tener en cuenta el caudal de aire, la presión estática, el ruido y el consumo de tensión. Además, la ubicación y la alineación de los ventiladores o soplantes deben ser correctas para facilitar el movimiento uniforme del aire y la eliminación del calor.
Refrigeración líquida
La refrigeración líquida es una técnica de eliminación de calor en la que la refrigeración activa se realiza mediante la circulación de líquido, normalmente agua o algún fluido térmico especial, a través de los chips electrónicos para eliminar el calor. A diferencia de la refrigeración por aire, este tipo de refrigeración es más eficaz, ya que es más fácil de controlar cuando se utiliza líquido porque tiene una gran capacidad térmica, así como una mayor conducción del calor que el aire.
Los sistemas de refrigeración líquida pueden clasificarse en dos tipos:
Sistemas cerrados: Este tipo de sistema de refrigeración líquida consiste en un bucle prellenado y completamente sellado que contiene refrigerante líquido. El refrigerante líquido circula por varios tubos en contacto directo con las fuentes de calor y lleva el calor a un radiador o intercambiador de calor. Los sistemas cerrados son conocidos por su facilidad de instalación y su rentabilidad, pero pueden ser costosos en comparación con cualquier otro método de refrigeración.
Sistemas abiertos: Este tipo de sistema emplea hardware externo como un depósito, una bomba y tubos para facilitar el flujo de líquido que se encuentra dentro del dispositivo electrónico. Este refrigerante térmico se expulsa hacia el interior de los componentes y se bombea de nuevo al depósito, donde el líquido caliente se enfría y luego se recircula. En general, los sistemas de bucle abierto son más ventajosos, pero son más complicados y delicados.
Los ingenieros tienen que tener en cuenta una serie de parámetros a la hora de diseñar un sistema de refrigeración líquida para una aplicación concreta, por ejemplo, la cantidad de calor que genera cada componente, las propiedades térmicas del refrigerante, el caudal y la presión del sistema y el grado de integración del sistema en su conjunto. Además, los procedimientos de mantenimiento, como la sustitución del refrigerante según un calendario determinado y la detección y reparación de fugas, son fundamentales para lograr la fiabilidad y eficacia previstas de la solución de refrigeración líquida.
Técnicas de refrigeración pasiva
Las técnicas de refrigeración pasiva abarcan el uso de diversos mecanismos naturales de transferencia de calor, como la convección y la radiación, para eliminar el calor de los componentes electrónicos. Estas técnicas no requieren el uso de energía externa y suelen emplearse junto con otras técnicas de refrigeración activa para obtener un mejor rendimiento térmico.
Disipadores de calor
Los disipadores de calor también se denominan disipadores térmicos y se utilizan en unidades electrónicas para gestionar adecuadamente el calor excesivo. Dado que tienen una alta eficiencia, estos materiales incluyen aluminio y cobre y vienen con una amplia área y superficie con aletas o clavijas con el fin de mejorar la transferencia de calor por convección.
En el caso de que haya soluciones adicionales de refrigeración activa mediante ventiladores o sopladores, los disipadores de calor son eficaces para mejorar el nivel de refrigeración dentro de un sistema. El calentador/ventilador/soplador pulveriza aire frío sobre la superficie exterior del disipador de calor con el fin de mejorar la convección y, de este modo, los disipadores de calor son capaces de expulsar más calor. Esta combinación garantiza un control superior de la temperatura cuando se trata de dispositivos de gama alta y gran potencia.
Elegir el disipador de calor adecuado depende de factores como el nivel de calor liberado por el componente, el espacio en el dispositivo y el grado de refrigeración del rendimiento requerido.
Para refrigerar eficazmente los distintos dispositivos electrónicos, los disipadores de calor se diseñan en diferentes formas y tamaños. Algunos tipos comunes son:
Disipadores de calor extruidos: Pertenecen a la categoría de los que se fabrican mediante el proceso de extrusión y, por tanto, tienen estructuras de aletas sencillas. Son eficientes en costes de producción y aplicables en muchos campos.
Disipadores de calor de aletas adheridas: Estos disipadores incluyen aletas que se fijan a una base, lo que permite diseños más complejos y una refrigeración más eficaz.
Disipadores de calor de aletas plegadas: Se componen de finas láminas de acero incorporadas en conjuntos, como aletas, y son ligeras para proporcionar dispositivos de transferencia de calor eficientes y de bajo coste.
Materiales de interfaz térmica (TIM)
La utilización de materiales de interfaz térmica (TIM) es una solución pasiva de suma importancia para mejorar la interconexión térmica entre el dispositivo electrónico y el disipador de calor. Los TIM se utilizan para rellenar los pequeños huecos de aire y las rugosidades de la superficie, que son barreras para la transferencia de calor por conducción.
Los TIM pueden encontrarse en distintas variedades, entre ellas:
Grasas o pastas térmicas: Se trata de materiales viscosos y moderadamente gruesos que pueden extenderse uniformemente en las interfaces y se envuelven entre el componente y el disipador. Ofrecen notables propiedades de transmisión térmica aunque son incumplibles y desordenados.
Almohadillas térmicas: Son sólidos y se cortan a la vista preferida del usuario y se pegan en las zonas que están a altas temperaturas. Tampoco varían mucho en su eficacia, pero suelen ser más fáciles de aplicar en contraste con la grasa.
Materiales de cambio de fase (PCM): Lo más habitual son los materiales de cambio de fase o PCM que se funden a determinadas temperaturas y, por tanto, se adaptan a la rugosidad de la superficie al tiempo que ofrecen 100% transferencia de calor aparente. Sin embargo, aunque son eficaces, suelen ser costosos en comparación con otros TIM.
A la hora de elegir un TIM, los ingenieros tienen que tener en cuenta la resistencia térmica del límite y el tiempo necesario para aplicar el material, así como las propiedades de dicho material a lo largo del tiempo. Aplicar la cantidad adecuada es muy importante para evitar la posibilidad de un aislamiento térmico excesivo o la presencia de huecos en el material, ya que estos factores pueden afectar negativamente a la regulación de la temperatura.
Retos de la gestión térmica
Gestión del calor en dispositivos de alta potencia
Los dispositivos electrónicos de alta potencia, por ejemplo los servidores de los centros de datos y la electrónica de potencia de los vehículos de propulsión eléctrica o los sistemas aeroespaciales avanzados, realizan procesamientos increíblemente grandes y tienen una densidad de potencia muy alta, por lo que producen mucho calor. Así pues, es importante controlar el calor generado por los sistemas para lograr una mayor eficiencia y que puedan funcionar de forma óptima, fiable y segura.
La gestión térmica de los dispositivos de alta potencia se enfrenta a las limitaciones de espacio que plantean las soluciones de refrigeración. A medida que los dispositivos se van encogiendo y empaquetando, queda poco espacio para los dispositivos de refrigeración ordinarios, como grandes disipadores de calor o ventiladores. Aumenta la demanda de formas más imaginativas y que ahorren espacio para refrigerar el dispositivo o, mejor dicho, para disipar el calor, como sistemas especializados de refrigeración líquida o nuevos materiales más conductores térmicamente que los materiales ordinarios disponibles.
El otro motivo de preocupación es la disipación desigual del calor dentro de los dispositivos de alta potencia. Determinadas piezas, como los procesadores y los transistores de potencia, producen mucho más calor que el resto, lo que crea zonas de concentración de calor en las que se intensifican las tensiones térmicas, evitando así la vida útil de todo el sistema. Por este motivo, los ingenieros mecánicos deben utilizar métodos de eliminación localizada del calor como la refrigeración líquida directa o enfoques avanzados de gestión térmica como los materiales de interfaz térmica diseñados para estos componentes.
Fiabilidad en condiciones extremas
Cualquier tecnología tiene que ser eficaz cuando prevalecen factores como las altas temperaturas, la humedad o las vibraciones. Estas condiciones pueden aumentar aún más la carga del sistema de gestión térmica, afectando así a la fiabilidad del dispositivo. Sólo cabe mencionar que las ventajas del envasado electrónico incluyen, entre otros aspectos, la humectación del electrolito caliente. Esto plantea un reto de integración que impone límites en cuanto a dimensiones y peso, sobre todo en las aplicaciones de automoción.
Un ejemplo particular de entorno térmico extremo es el compartimento del motor y su interdependencia con los factores hidráulicos. Ocupación en áreas como la aeroespacial y la defensa, la incorporación de la electrónica viene bien a nivel de AT pero lo dramático atrae duras condiciones de trabajo. El objetivo es evitar sobrediseñar o infradiseñar los sistemas de gestión térmica de los componentes para que sean lo suficientemente duraderos y robustos como para soportar esa carga adicional. Esto también puede incluir el uso de diseños especiales, plásticos y aleaciones, incluso si la temperatura a contener ha sido relativamente alta. El primero, por supuesto, es algún tipo de alivio de expansión para los sistemas de tuberías calientes o alivio de velocidad.
Otra forma de garantizar la fiabilidad en condiciones extremas es realizar pruebas y validaciones exhaustivas. Los ingenieros tienen que asegurarse de que el sistema de gestión térmica se somete a una serie de condiciones ambientales y operativas para buscar posibles puntos débiles y modos de fallo. Sin embargo, la realización de estas duras pruebas permite optimizar el sistema en el diseño de los ingenieros, de modo que, en la práctica y en las condiciones de trabajo reales previstas, los sistemas y dispositivos suministrados funcionen bien.
Gestión térmica en aplicaciones específicas
Dispositivos electrónicos y centros de datos
Dispositivos electrónicos y centros de datos La aplicación de la gestión térmica es necesaria en dispositivos como smartphones, portátiles y ordenadores de sobremesa para que sus usuarios se sientan cómodos y disfruten de sus ventajas. Suelen utilizar métodos de refrigeración tanto pasivos como activos, como disipadores de calor y ventiladores con materiales de interfaz térmica para eliminar el calor acumulado en el interior de las piezas de los componentes.
La miniaturización y el movimiento hacia el aumento de la densidad de potencia son algunos de los problemas más importantes en la gestión térmica de los dispositivos electrónicos. Si las tendencias de miniaturización funcionaron para muchos ingenieros siguen tendencias más calientes, es decir, la tendencia de dispositivos compactos y potentes tiene sus inconvenientes. Para resolver este tipo de problemas, los especialistas están trabajando en la creación de materiales sin llama con alta conductividad térmica, por ejemplo, el grafeno de exploración o nanotubos de carbono que se disipará de manera eficiente de los componentes. Además, se están desarrollando nuevos métodos de refrigeración, como la refrigeración por cámara de vapor o ventiladores, para mejorar la eficiencia y reducir al mismo tiempo el espacio total necesario para este tipo de soluciones.
Hoy en día, los centros de datos utilizan una mezcla de técnicas para gestionar el calor generado por los sistemas informáticos, siendo los más comunes los sistemas refrigerados por líquido y por aire. Por ejemplo, uno de los diseños más utilizados en los centros de datos es el de pasillo caliente/pasillo frío, en el que los bastidores de servidores se configuran de forma que haya filas de pasillos calientes y pasillos fríos. El aire frío entra por la parte delantera del servidor y el aire caliente sale por la parte trasera, creando así un canal eficiente y reduciendo la cantidad de aire caliente y frío que se entremezcla.
Sistemas de automoción
En el sector del automóvil, la gestión térmica es muy importante para el rendimiento general, la fiabilidad y la seguridad de los distintos sistemas del vehículo. Con el aumento de la demanda de vehículos eléctricos e híbridos, crece la demanda de gestión térmica de paquetes de baterías, electrónica de potencia y motores eléctricos.
La gestión térmica de las baterías sigue siendo muy compleja en los vehículos eléctricos, ya que su rendimiento y longevidad dependen en gran medida de la temperatura de funcionamiento. Para alcanzar la temperatura deseada dentro de la batería, los ingenieros recurren a distintos métodos de refrigeración, como la refrigeración por aire, la refrigeración por líquido o la aplicación de sustancias de cambio de fase. Estos sistemas de refrigeración requieren complejas soluciones de ingeniería para garantizar una temperatura casi uniforme en todas las partes de la batería y evitar el fenómeno de fuga térmica, que plantea riesgos para la seguridad.
La electrónica de potencia y los motores eléctricos de la industria automovilística, incluidos los vehículos eléctricos, tienen que disponer de sistemas eficientes de gestión térmica para evitar el sobrecalentamiento y garantizar el funcionamiento de los componentes. Estos componentes suelen disiparse mediante sofisticadas tecnologías de refrigeración líquida, como la refrigeración directa por sustrato o la refrigeración por impacto de chorro, que permiten disipar el calor de forma más focalizada.
Aeroespacial y defensa
Las aplicaciones aeroespaciales y de defensa son únicas en cuanto a requisitos de gestión térmica, ya que se enfrentan a diferentes condiciones extremas y el alto rendimiento es un requisito imprescindible. Los equipos electrónicos instalados en aeronaves y naves espaciales, así como en dispositivos militares, tienen que poder funcionar a grandes altitudes, temperaturas elevadas y vibraciones severas sin perder su eficacia y fiabilidad.
En el ámbito de la defensa, la gestión térmica es esencial para la funcionalidad y la supervivencia de los sistemas electrónicos en zonas de combate. Los sistemas militares utilizados por las fuerzas armadas, como los sistemas de radar, los equipos de comunicación y los dispositivos de electrovisión, deben funcionar a temperaturas muy elevadas y expuestos a la humedad y el polvo.
Uno de los problemas más importantes de la calefacción y la refrigeración en las estructuras aeroespaciales está relacionado con las fuentes de frío o calor que son los cuerpos de inducción dentro de los componentes estructurales. Cada kilo de peso adicional que soporta un avión o una nave espacial supone un elevado coste en términos de consumo de combustible y volumen de carga útil. De ahí la necesidad de crear nuevos conceptos para los sistemas de refrigeración de modo que se proporcione una refrigeración de alto rendimiento, pero también que el peso y el volumen de todo el sistema sean bajos.
En el campo de los sistemas aeroespaciales de gestión térmica, a menudo se emplean nuevos materiales, como los compuestos de matriz cerámica o las aleaciones ligeras, para garantizar una conductividad térmica y una integridad estructural aceptables a altas temperaturas.
ACDCFAN: Soluciones de refrigeración fiables para diversas industrias
ACDC FAN es un fabricante popular de pequeños ventiladores modernos y ha construido el mercado, cubriendo muchos sectores, incluyendo maquinaria industrial, energía eléctrica, fotovoltaica, almacenamiento de energía y telecomunicaciones. Gracias a su alto grado de profesionalidad y creatividad, ACDCFAN ha creado y ofrece productos como ventiladores axiales de CA, ventiladores radiales de CA, ventiladores axiales de CC, ventiladores radiales de CC y ventiladores axiales de CE para clientes de todas las regiones del mundo. Por lo tanto, ACDCFAN permite prolongar la vida útil y la capacidad de trabajo de los sistemas electrónicos en muchas ramas de la industria, gracias a una gestión térmica fiable y eficaz.
La gestión térmica activa de ACDC FAN va mucho más allá de los productos de refrigeración estándar. Los servicios de fabricación OEM, ODM y OBM de la empresa benefician a todos los clientes de una refrigeración precisa para sus dispositivos. Estos ventiladores de refrigeración de CC de ACDCFAN están diseñados con armazones e impulsores de alta resistencia para funcionar de forma fiable a temperaturas extremas de -40℃ o incluso 120℃. Además, sus ventiladores de ventilación de CC cumplen los grados de protección IP65 e IP68, impidiendo la penetración de humedad, agua y polvo incluso en las condiciones de explotación más desfavorables.
Conclusión
Hoy en día, la gestión térmica es una parte importante de cualquier sistema electrónico y garantiza el rendimiento, la fiabilidad y la seguridad en diversos sectores. Debido a la creciente potencia, compacidad y complejidad de los envases y sistemas electrónicos de sobremesa, la cuestión de la gestión térmica ha empezado a ser más complicada de afrontar. Es necesario emplear soluciones de gestión térmica adecuadas para aprovechar estos retos, como ventiladores de refrigeración eficaces u otras tecnologías de refrigeración.
Al abordar estos problemas, los ingenieros tienden a crear tecnologías y productos de gestión térmica cada vez más desarrollados, basados en nuevos materiales, nuevos sistemas de refrigeración y un diseño integrado. Las consideraciones de ingeniería son cruciales para el rendimiento de los dispositivos miniaturizados que llevamos en el bolsillo o de los centros de datos que albergan y suministran energía al mundo digital.
Con el crecimiento de la electrónica más avanzada en el futuro, el área de la gestión térmica seguirá progresando y desarrollándose, y será de gran importancia en la formación de los dispositivos y sistemas que alimentan el mundo. Es posible que los ingenieros se aseguren de que los dispositivos electrónicos funcionan de forma adecuada y con la máxima eficacia y seguridad en un número cada vez mayor de industrias y condiciones cada vez peores si comprenden las necesidades particulares de la aplicación y seleccionan las estrategias de gestión térmica adecuadas.
Preguntas frecuentes
¿Cuáles son las principales diferencias entre las técnicas de gestión térmica activa y pasiva?
Las técnicas de gestión térmica activa, como ventiladores, sopladores y sistemas de refrigeración líquida, se consideran métodos forzados debido a que requieren un aporte de energía externo para el proceso de transferencia de calor. Estos métodos son los más eficaces para eliminar el calor y refrigerar localmente los componentes de alta potencia, por lo que mejoran el rendimiento del sistema en entornos difíciles. Por otro lado, estos ventiladores requieren una potencia de entrada adicional y complican el proceso de diseño.
Los métodos de gestión térmica pasiva, como los disipadores de calor, los tubos de calor o los materiales de interfaz térmica (TIM), funcionan mediante la utilización de la conducción y la convección sin ayuda de fuentes externas. No dependen de fuentes de energía adicionales, por lo que resultan sencillos y económicos en la mayoría de los casos. En el lado negativo, sin embargo, los medios pasivos pueden no funcionar correctamente y dar los resultados requeridos en aplicaciones de circuitos de alta potencia y son altamente dependientes del medio ambiente, mientras que un sistema pasivo de este tipo está funcionando, lo que puede limitar el rendimiento en condiciones difíciles.
| Comparación | Gestión térmica activa | Gestión térmica pasiva |
| Requisitos de potencia | Requiere alimentación externa (por ejemplo, ventiladores, sopladores) | No requiere alimentación externa (transferencia natural de calor) |
| Eficiencia de refrigeración | Alta, eficaz para componentes de alta potencia | Moderado, limitado para aplicaciones de alta potencia |
| Complejidad | Más complejo, implica componentes adicionales | Más sencillo, menos componentes |
| Coste | Mayor, debido al consumo de energía y a la complejidad del diseño | Más económico |
| Dependencia del entorno | Menos dependiente, puede trabajar en entornos difíciles | Muy dependiente de las condiciones ambientales |
¿Cuál es la mejor manera de evitar que los aparatos electrónicos se sobrecalienten en ambientes calurosos?
Existen varios métodos que pueden aplicarse tanto en la fase de diseño como en el funcionamiento del sistema para evitar el sobrecalentamiento de los componentes electrónicos destinados a utilizarse en entornos calurosos. Entre ellos se incluyen:
Uso de materiales de alta temperatura: Utilice cerámicas o aleaciones avanzadas que tengan una alta estabilidad térmica y conductividad térmica para que los componentes puedan sobrevivir a altas temperaturas y también transferir el calor de forma eficaz.
Proporcionar refrigeradores de reserva disponibles implementar sistemas de refrigeración redundantes: Permitir la incorporación de sistemas redundantes y a prueba de fallos dentro de la tendencia a eliminar el calor restringido del sistema para mejorar la refrigeración, se experimentan fallos o situaciones adversas.
Instalar métodos de refrigeración activa: Utilice métodos de refrigeración activa, como el uso de aire forzado o el uso de refrigeración líquida, para permitir una mejor y selectiva eliminación del calor en sistemas de temperatura cada vez más elevada.
Mejorar la configuración del sistema: Intente reducir la cantidad de calor producido mediante la selección de componentes y su disposición, y luego la disposición de los sistemas de refrigeración y las rutas de aire de tal forma que se maximice la eliminación de calor.
Realice pruebas exhaustivas del sistema: Es importante que se realice una prueba rigurosa utilizando entornos calientes simulados para exponer cualquier debilidad del sistema con el fin de mejorar el diseño de la gestión térmica del sistema para un funcionamiento fiable durante mucho tiempo.
Utilizando estos métodos, los ingenieros mejorarán mucho el rendimiento de los sistemas de la electrónica y evitarán el riesgo de sobrecalentamiento en condiciones difíciles.
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