Guía completa de soluciones térmicas para empresas

Introducción

La gestión del calor sigue siendo una preocupación clave en las empresas modernas. Por ejemplo, los centros de datos y las plantas de fabricación, así como muchas otras industrias, requieren soluciones térmicas óptimas para obtener el máximo rendimiento, fiabilidad y eficiencia energética. A medida que la sostenibilidad y la automatización se vuelven más buscadas en la industria, la competencia para proporcionar estas soluciones avanzadas de gestión térmica también ha aumentado. En esta guía, analizaremos la importancia de la gestión térmica y las diferentes soluciones térmicas disponibles para las empresas en la actualidad.

Independientemente de si se trata de una pequeña empresa nueva o de una gran corporación, saber elegir el sistema adecuado es fundamental para abordar adecuadamente el calor en las operaciones de su empresa y obtener una ventaja en el mercado.

Por qué es importante la gestión térmica en la empresa moderna

Elemental para la actividad empresarial actual es la importancia de la solución térmica electrónica. A lo largo de los años, el avance de la tecnología ha aumentado enormemente la eficacia de cualquier dispositivo electrónico. Por otro lado, una regulación térmica deficiente puede crear una serie de problemas, como la reducción de la productividad, el gasto energético excesivo y el fallo de los equipos, si no se gestiona correctamente. Una gestión térmica avanzada garantiza que cualquier maquinaria se mantenga dentro de los márgenes de temperatura adecuados, maximizando así la eficiencia de la empresa.

Los informes del Uptime Institute indican que hasta 70% de las interrupciones de los centros de datos están relacionadas con los sistemas de refrigeración. Estos datos subrayan la necesidad de invertir en soluciones térmicas fiables y eficaces para evitar costosas interrupciones y mejorar la continuidad de la actividad. Debe existir una relación sinérgica entre los sistemas de calefacción y refrigeración para garantizar un funcionamiento sin problemas y eliminar las interrupciones.

Además, una buena gestión térmica puede permitir a las empresas ser más eficientes en el uso de la energía y reducir sus niveles de emisiones de carbono. Por lo tanto, las empresas pueden ahorrar una gran cantidad de dinero a la vez que contribuyen a fomentar el desarrollo sostenible invirtiendo en sistemas de refrigeración eficaces y optimizando el uso de la energía térmica. Cumplir estos objetivos de sostenibilidad también mejora la ciudadanía corporativa y la reputación de la marca, algo vital en el panorama empresarial ecológico actual.

Soluciones térmicas energéticamente eficientes

Fundamentos de la transferencia de calor

Para contener el calor en un entorno empresarial, hay que saber cómo se transfiere. La transferencia de calor se produce por conducción, convección y radiación.

El contacto directo entre dos objetos da lugar a la conducción. Este método es el más común entre los dispositivos electrónicos porque los componentes generan calor y los materiales circundantes lo absorben.
La convección consiste en el movimiento de fluidos o gases para transferir calor. En los sistemas de refrigeración, se utilizan bombas y ventiladores para mover el aire o los líquidos refrigerantes, eliminando así el calor de la fuente.
La radiación implica la transferencia de calor sin necesidad de contacto con la superficie. Aunque no es habitual en los casos comerciales, algunos procesos que tienen lugar a altas temperaturas pueden utilizar la radiación.

Métricas clave de rendimiento

A la hora de evaluar soluciones térmicas, hay varios marcadores métricos prioritarios y de suma importancia. Estos son ر

Resistencia térmica (°C/W): Capacidad de disipación de calor de un material, Cambio de temperatura en grados centígrados por cada vatio de potencia suministrada, La resistencia térmica es la capacidad de un material o sistema específico para transferir calor. Una menor resistencia térmica significa una mayor capacidad para disipar el calor y, por tanto, es ideal.
Refrigeración Capacidad (W): Se refiere a la cantidad de energía que una solución térmica es capaz de eliminar del sistema. Para aplicaciones más complejas se requieren mayores niveles de capacidad de refrigeración. Un sistema de refrigeración instalado en un servidor de gama media tendría una capacidad de refrigeración de entre 500 y 1000 W, mientras que un sistema de refrigeración líquida destinado a la informática de alto rendimiento superaría los 3000 W.
Nivel de ruido (dBA): El nivel de ruido es importante, sobre todo en el lugar de trabajo o en casa. Un nivel sonoro más bajo suele ser mejor para aumentar el confort y la productividad. Por ejemplo, un ventilador de refrigeración de ordenador silencioso puede funcionar a 20-30 dBA, mientras que un ventilador de refrigeración de uso industrial puede funcionar a 50-60 dBA.

Métrica	Definición	Aplicaciones industriales y valores típicos
Resistencia térmica (°C/W)	Capacidad de un material o sistema para resistir el flujo de calor; los valores más bajos indican una mejor disipación del calor.	- Resistencia térmica total del disipador de la CPU 0,1-0,5°C/W (incluidos los materiales de interfaz) - Resistencia térmica local del tubo de calor: tan baja como 0,01°C/W
Capacidad de refrigeración (W)	La cantidad total de calor que puede eliminar una solución térmica debe coincidir con la carga térmica del dispositivo.	- Electrónica pequeña: <50W - Estaciones base 5G: 200-500W - Sistemas de refrigeración líquida (informática de alto rendimiento): >3,000W - Bastidores de servidores: 10-30 kW
Nivel de ruido (dBA)	Ruido de funcionamiento del equipo, que afecta a la comodidad en el lugar de trabajo.	- Norma de entorno de oficina: <45dBA (ISO 7779) - Ventiladores industriales: 50-60dBA - Diseños silenciosos optimizados: pueden reducirse a 35dBA (por ejemplo, escenarios médicos)

Conociendo estos parámetros, las empresas pueden elegir las soluciones térmicas que mejor satisfagan sus necesidades.

Tipos de soluciones térmicas para empresas

Sistemas de refrigeración pasiva

Los sistemas de refrigeración pasiva utilizan la transferencia natural de calor para eliminar calor sin componentes activos. Algunos sistemas de refrigeración pasiva muy utilizados son:

Disipadores de calor: Los disipadores de calor aumentan la superficie de contacto físico para disipar el calor. Suelen estar fabricados con materiales de alta conductividad térmica, como el aluminio o el cobre, y tienen aletas o pasadores para mejorar la transferencia de calor.
Cambio de fase (PCM): Los PCM son materiales que absorben o liberan calor durante el proceso de fusión y solidificación. La electrónica puede utilizar estos materiales para estabilizar las temperaturas y reducir los picos de carga térmica.
Materiales de interfaz térmica (TIM): Los TIM sirven para aumentar la transferencia de calor entre el componente y los disipadores de calor. Rellenan los huecos y espacios superficiales irregulares de dos superficies de contacto, mejorando la transferencia de calor y mitigando al mismo tiempo la resistencia al flujo térmico.

Los sistemas de refrigeración pasiva se han impuesto cuando se necesitan soluciones de bajo coste que sean eficientes y fiables. Sin embargo, las empresas que requieren aplicaciones de alta densidad térmica pueden encontrar que los sistemas de refrigeración pasiva carecen de capacidad de refrigeración.

Tecnologías de refrigeración activa

La refrigeración activa se refiere a las tecnologías que requieren piezas accionadas para eliminar el calor de un sistema. Algunas soluciones habituales de refrigeración activa son:

Ventiladores de refrigeración: En electrónica, los ventiladores han demostrado ser muy eficaces para la refrigeración por convección. Impulsan el aire sobre los disipadores de calor y otros componentes para mejorar la refrigeración. En este ámbito, ACDCFAN destaca como desarrollador y fabricante líder de ventiladores de refrigeración compactos diseñados para una amplia gama de industrias. ACDCFAN es experta en la producción de ventiladores de CA, CE y CC, lo que garantiza la alta calidad y durabilidad de sus productos, así como la flexibilidad para satisfacer condiciones particulares, en las que se requieren un rendimiento y una fiabilidad superiores.
Refrigeración líquida: Comparado con el aire, el líquido es un refrigerante mejor, y por eso los sistemas de refrigeración líquida los utilizan. Utilizan agua o un líquido especial para eliminar el calor de los componentes. Estos sistemas ayudan significativamente a la circulación del líquido refrigerante dentro de los ordenadores y en los centros de datos.
Refrigeradores termoeléctricos (TEC): También llamados refrigeradores Peltier, los refrigeradores termoeléctricos emplean el efecto Peltier para crear un disipador de calor en la superficie opuesta. Estos refrigeradores tienen amplias aplicaciones para su uso en consumidores de muy baja potencia, como diodos láser y electrónica precisa controlable por temperatura. Estos dispositivos son habituales en aplicaciones a pequeña escala.

La refrigeración activa es la que más ha avanzado por su eficiencia y eficacia a la hora de hacer frente a cargas térmicas más exigentes que los sistemas pasivos. Sin embargo, estos sistemas requieren servicios de mantenimiento periódicos y consumen electricidad, lo que dificulta sin esfuerzo los niveles óptimos de rendimiento.

Enfoques híbridos

Los sistemas de refrigeración de estrategia mixta incluyen enfoques de refrigeración activa y pasiva para cumplir el objetivo necesario de rendimiento, eficiencia y coste. Por ejemplo, un sistema híbrido puede utilizar un disipador de calor pasivo junto con un ventilador para mejorar aún más la refrigeración.

Gracias a su flexibilidad, estos métodos híbridos permiten responder a las necesidades específicas de cada aplicación. La combinación de métodos de refrigeración activos y pasivos permite optimizar los enfoques para diferentes condiciones de funcionamiento y densidades de potencia.

Retos y estrategias térmicas específicas del sector

Innovaciones en refrigeración de centros de datos

Controlar la temperatura en un centro de datos puede ser bastante difícil, ya que se considera una de las gestiones térmicas más complejas de realizar. Los servidores son cada vez más densos y potentes y, en consecuencia, los centros de datos necesitan soluciones de refrigeración de mayor capacidad para obtener un rendimiento energético y una eficiencia óptimos.

Los sistemas basados en aire son de vital importancia, especialmente para los centros de datos pequeños y medianos y menos densos. Estos entornos también requieren ventiladores de refrigeración de alta eficiencia para mover adecuadamente el aire y mantener temperaturas agradables. Estos ventiladores se utilizan en bastidores de servidores, intercambiadores de calor, unidades de tratamiento de aire, etc. para eliminar eficazmente el calor. Los ventiladores de tapas electrónicas para IoT y frío con control de velocidad variable y geometrías de aspas optimizadas consumen menos energía a la vez que ayudan a mejorar o al menos mantener la eficiencia de la refrigeración.

Para los centros de datos que buscan optimizar la eficiencia de la refrigeración, ACDCFAN's ventiladores para rack de servidores ofrecen un equilibrio entre rendimiento, fiabilidad y rentabilidad.

Una forma innovadora de refrigerar el servidor es la inmersión en líquido. Esta técnica consiste en sumergir el servidor en un líquido dieléctrico que extrae directamente el calor de los componentes. Este método permite extraer más calor y reducir considerablemente el consumo de energía, necesario para los sistemas tradicionales basados en aire.

Un nuevo avance en la refrigeración de centros de datos es la intervención de algoritmos de inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (ML) para mejorar dinámicamente el rendimiento de la refrigeración. Los sistemas de refrigeración que utilizan IA pueden aumentar o disminuir su potencia de refrigeración basándose en los datos recibidos de sensores y monitores para satisfacer las distintas demandas térmicas.

solución de control térmico de la temperatura

EV Gestión térmica de la batería

Para alimentar los motores de los vehículos eléctricos se utilizan baterías de gran capacidad. Para que estas baterías funcionen con eficacia, ofrezcan la máxima seguridad y tengan una larga vida útil, es necesario realizar una regulación térmica eficaz.

Los sistemas de refrigeración líquida son un método estándar de gestión térmica de las baterías de los vehículos eléctricos. Estos sistemas utilizan un refrigerante que pasa por canales o placas que están en contacto directo con la batería y circula para absorber el calor manteniendo la temperatura óptima de funcionamiento.

Los ventiladores de refrigeración tienen una función complementaria en la gestión térmica de las baterías de los vehículos eléctricos. Por ejemplo, los ventiladores pueden emplearse junto con sistemas de refrigeración líquida por infrarrojos para aumentar la circulación de aire por convección alrededor de la batería, mejorando así la disipación del calor.

Además, los ventiladores se utilizan habitualmente en otros componentes de los VE, como los inversores, los motores eléctricos y las unidades de calefacción/refrigeración del habitáculo. Los ventiladores de refrigeración de alta eficiencia para automóviles, como los fabricados por ACDCFAN se fabrican teniendo en cuenta el bajo consumo y la alta fiabilidad, y funcionan muy bien en vehículos eléctricos. Estos ventiladores ayudan a garantizar una temperatura de funcionamiento óptima y mejoran el consumo de energía y el rendimiento del vehículo.

Selección de la solución térmica adecuada

Carga térmica Métodos de cálculo

Determinar la carga térmica que es necesario disipar para una aplicación determinada es crucial antes de seleccionar una solución térmica concreta. Existen varios métodos para medir las cargas térmicas:

Métodos analíticos: Son técnicas que integran la geometría y las propiedades de los materiales con los sistemas de comprobación de calor y sus límites para formular una ecuación basada en cálculos en torno a la generación y transferencia de calor en un sistema.
Simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD): En las simulaciones CFD, los fluidos en movimiento se calculan matemáticamente en un sistema determinado, y sus valores numéricos proporcionan información sobre el flujo de aire y el equilibrio de temperatura.
Mediciones experimentales: Se necesitan equipos y sensores térmicos para probar determinados movimientos operativos. Este enfoque ayuda a recopilar información precisa y es ideal para analizar determinados procedimientos e inferir a partir de ellos.

Dado que existen varios métodos para recopilar información sobre la temperatura, la potencia calorífica y otros condicionantes del sistema, ahora es mucho más fácil para las empresas reunir información relevante que permita estimar con precisión las cargas térmicas y, por tanto, les ayude a desarrollar soluciones térmicas adecuadas para distintas capacidades de refrigeración.

Adaptabilidad medioambiental

El entorno de las operaciones es una consideración clave a la hora de elegir una solución térmica. Cada entorno conlleva sus propios retos, que deben abordarse para garantizar el buen funcionamiento de la solución.

Por ejemplo, en algunos entornos industriales difíciles, las soluciones térmicas deben ser resistentes para soportar vibraciones, golpes y temperaturas extremas. En lugares exteriores, estas soluciones térmicas pueden necesitar protección contra el polvo, la humedad e incluso la corrosión.

Además, el rendimiento de las soluciones térmicas puede verse tremendamente afectado por la temperatura y la humedad del entorno. En entornos térmicos de máximo calor, la capacidad de refrigeración de las soluciones térmicas puede verse limitada. Esto llevaría a utilizar sistemas sobredimensionados o redundantes.

Si las empresas se toman el tiempo necesario para analizar las condiciones ambientales y eligen soluciones térmicas preparadas para hacer frente a estos retos, podrán lograr un rendimiento uniforme y eficiente en una gran variedad de entornos.

solución de gestión térmica para disipadores

El valor de los equipos de refrigeración profesionales: Prácticas de ingeniería de ACDCFAN

Los equipos de refrigeración profesionales no se descartan fácilmente a la hora de elegir una solución térmica. Los ventiladores estándar se enfrentan a varios problemas con respecto al uso de energía, la contaminación acústica y la vida útil. En primer lugar, los ventiladores típicos tienen un elevado gasto energético que practica el gasto a largo plazo. En segundo lugar, el ruido puede ser una preocupación crítica en entornos específicos destinados a actividades silenciosas, lo que puede ir en detrimento de la experiencia del usuario. Por último, los ventiladores estándar tienen una baja durabilidad, lo que conlleva una elevada frecuencia de sustitución y gastos de mantenimiento.

ACDCFAN es capaz de resolver estos problemas con nuestros diseños patentados y técnicas de fabricación avanzadas. Nuestras Ventiladores axiales de CA pueden soportar temperaturas de hasta 150 grados Celsius. Además, nuestros ventiladores DC&EC superan la fiabilidad y la vida útil de los ventiladores tradicionales en 30.000 - 70.000 horas. Además, nuestras tecnologías patentadas y la construcción del motor sin escobillas permiten a nuestros ventiladores alcanzar condiciones peores y recibir un grado de protección IP68.

ACDCFAN ofrece soluciones de refrigeración profesionales a sus clientes. La empresa lleva a cabo más de fabricación por contrato y servicio de marca junto con disposiciones OEM y ODM. Además, nuestros productos también cumplen las directivas RoHS y han superado las estrictas pruebas de las certificaciones UL, CE y TUV de seguridad y conformidad medioambiental. Las soluciones de refrigeración personalizadas pueden mejorar el rendimiento térmico, reducir el consumo de energía, aumentar la durabilidad de los equipos, reducir las emisiones de ruido y proporcionar una ventaja competitiva en el mercado.

Conclusión

En el vertiginoso entorno actual, las medidas de refrigeración eficaces son fundamentales para la gestión de las operaciones empresariales. El principio de transferencia de calor, así como las distintas soluciones termodinámicas y sus peculiaridades, son necesarios para los procesos de toma de decisiones específicos de la industria que optimizan los procesos térmicos.

Existe una gran variedad de soluciones térmicas, desde primitivos sistemas de refrigeración pasiva hasta sofisticadas tecnologías activas que responden a los polifacéticos requisitos de una empresa. Con cálculos precisos de la carga térmica y consideraciones medioambientales, la mayoría de las empresas pueden conseguir una eficacia energética sin igual, un rendimiento óptimo y una fiabilidad constante.

A medida que avancen las tecnologías, también aumentará la intensidad de los problemas térmicos a los que se enfrentan las empresas. Por ello, el conocimiento de las innovaciones y las mejores prácticas en gestión térmica es más crucial que nunca. El uso de soluciones térmicas eficaces combinado con una gestión térmica proactiva mantendrá a las empresas a la cabeza de sus sectores.