Introdução
Em termos de invólucros electrónicos, o arrefecimento de invólucros é definido como o controlo da temperatura de espaços com componentes electrónicos relativamente ao calor que estes componentes podem emitir ou gerar. A importância dos sistemas de controlo da temperatura baseia-se na necessidade de arrefecer componentes que, de outra forma, derreteriam componentes electrónicos frágeis devido à elevada energia. Os controlos de temperatura dos armários estão no centro dos armários eléctricos e electrónicos para garantir a máxima eficiência.
O arrefecimento do armário é fundamental para preservar o desempenho e a funcionalidade de um sistema eletrónico. Desta forma, os sistemas de arrefecimento de armários protegem contra a falha de componentes, a corrupção de dados e até mesmo o tempo de inatividade prolongado devido a condições de sobreaquecimento. Esta situação tem consequências graves em ambientes difíceis, como a refrigeração de armários industriais, onde o equipamento funciona durante longas horas em condições difíceis. Um bom sistema de arrefecimento de armários também aumenta a vida útil dos elementos electrónicos e a sua fiabilidade, reduzindo a probabilidade de os dispositivos falharem. Permitir a acumulação de quantidades excessivas de energia teria, por sua vez, um impacto negativo no funcionamento dos armários, provocando danos irreversíveis.
Neste artigo, vamos explorar o fenómeno do arrefecimento de armários e, mais importante ainda, a necessidade de utilização de tais sistemas de arrefecimento na eletrónica. Os permutadores de calor ou, mais frequentemente, as unidades de refrigeração são normalmente utilizados para dispositivos sensíveis.
O que é o arrefecimento de armários?
Os sistemas de arrefecimento de armários são um subconjunto de uma grande variedade de técnicas ou tecnologias que são utilizadas para remover o calor gerado nos armários electrónicos. Estes invólucros servem para proteger os componentes sensíveis do pó, da humidade e de outros factores ambientais.
Infelizmente, estes compartimentos eléctricos também podem ser uma fonte de acumulação de calor, o que se traduz em temperaturas mais elevadas que podem ser prejudiciais para o desempenho dos componentes electrónicos. Os sistemas de arrefecimento de armários são concebidos para separar os compartimentos do aquecimento e modular o calor do clima interno para uma temperatura mais adequada ao sistema
O comportamento de um armário em caso de excesso de calor é determinado pelo tamanho e pela configuração do armário, pela quantidade de calor que os componentes produzem e pela temperatura ambiente. Alguns dos métodos que podem ser utilizados para eliminar o excesso de temperatura interna num recinto incluem, entre outros, ventiladores, aparelhos de ar condicionado, dissipadores de calor e sistemas de transporte de líquidos,
Um artigo da revista Electronics Cooling refere que até um terço (30%) do total de avarias dos equipamentos electrónicos se deve a problemas térmicos, o que ajuda a compreender a importância de uma boa conceção do sistema de arrefecimento de armários. É um facto que a escolha da solução certa para o arrefecimento de um dispositivo com o objetivo de garantir o funcionamento prolongado dos componentes electrónicos é garantida. O recurso ao arrefecimento do invólucro reduz a probabilidade de danos nos componentes, aumenta a duração do funcionamento do dispositivo e aumenta o desempenho geral.
Porque é que o arrefecimento do armário é importante
O arrefecimento do invólucro é importante porque ajuda a garantir que os dispositivos electrónicos possam funcionar como exigido durante um período mais longo sem falhas e defeitos. Como é sabido, o calor é um dos factores mais críticos para o nível de fiabilidade dos componentes electrónicos. Níveis elevados de temperatura comprometem a eficácia dos materiais, enfraquecem as soldas e expõem os circuitos aos elementos ambientais, acelerando assim o envelhecimento. Os invólucros equipados com dispositivos de arrefecimento e sistemas de regulação do calor impedem eficazmente estas situações. Como resultado, os componentes são mantidos nas suas gamas de temperatura funcionais, onde podem funcionar sem avarias, promovendo assim uma vida útil funcional óptima dos sistemas e reduzindo os custos de reparação e manutenção, bem como aumentando a fiabilidade global do sistema.
Além disso, estas soluções de arrefecimento de armários são fundamentais para garantir que os sistemas electrónicos funcionem sempre no seu melhor. Quando as temperaturas são mantidas nos níveis recomendados, todas as peças podem funcionar de acordo com os padrões recomendados. Em todo o caso, o sobreaquecimento dos componentes pode degradar o desempenho, provocar falhas e erros nos dados e até mesmo tornar o sistema instável. A adoção de uma estratégia eficaz de arrefecimento de armários reduz estes riscos que, por sua vez, promovem um desempenho eficaz contínuo, impedindo períodos de inatividade que são dispendiosos para a empresa devido a problemas relacionados com a temperatura.
Partindo do princípio de que os sistemas de arrefecimento de armários vão ser eficazes e fiáveis em condições adversas, os factores mais importantes, para além de outros, são a seleção do mecanismo de arrefecimento correto, quer se trate de convecção natural, arrefecimento por ar forçado, arrefecimento por líquido ou dissipadores de calor.
Soluções de arrefecimento comuns para armários de eletrónica
Para as caixas electrónicas, são apresentadas várias estratégias de gestão térmica. A seleção de uma estratégia ideal é influenciada pela carga térmica imposta pelos componentes, pelo tamanho da caixa e pelo ambiente em que a caixa está localizada. Vejamos algumas das estratégias de gestão térmica da caixa:
Convecção natural
Um método passivo de arrefecimento que se baseia no conceito de ar quente que se eleva acima do ar frio é a chamada convecção natural. Este método utiliza aberturas passivas localizadas no interior do compartimento para extrair o ar que foi aquecido e permitir a entrada de ar exterior mais frio.
Nalguns casos, são acrescentadas chaminés passivas ou quaisquer estruturas que ajudem a aumentar o caudal de ar, a fim de auxiliar o movimento do ar em torno do armário. Sendo uma solução simplista e de baixo custo, o sistema é eficaz para armários que produzem apenas um mínimo de calor e fornece arrefecimento suficiente para garantir que o calor não excede um determinado nível.
No entanto, é mais adequado para aplicações sensíveis e que não exijam a utilização de sistemas de ventilação ativa, uma vez que só está classificado para diferenciais de pressão baixos. Não é certamente recomendado para aplicações que exijam uma eletrónica de potência acima da média e para armários que funcionem em condições ambientais elevadas.
Ar forçado Arrefecimento
Em situações em que a convecção natural não é suficiente para o arrefecimento, é implementado o arrefecimento por ar forçado. Para o efeito, são instaladas ventoinhas na caixa para fazer circular o ar pelos componentes, melhorando a dissipação do calor.
Dependendo do método, podem ser utilizados vários tipos de ventiladores: os ventiladores axiais podem ser ligados aos ventiladores centrífugos dos ventiladores axiais e os ventiladores de insuflação podem ser canalizados para fora da unidade. Os conjuntos de ventiladores, filtros e tecnologia de condutas permitem um melhor fluxo de ar e uma regulação mais uniforme da temperatura em todo o armário.
Esta técnica adaptável permite um melhor arrefecimento dos componentes do que o que a convecção natural permitiria, reduzindo as hipóteses de sobreaquecimento e evitando riscos relativamente elevados de falha dos componentes.
Arrefecimento líquido
Com o arrefecimento líquido, um líquido de arrefecimento, como a água ou qualquer outro refrigerante, flui através de um sistema composto por tubos ou placas frias no interior da caixa de um dispositivo. Através deste processo de arrefecimento, o calor retido pelos componentes é transferido através de um permutador de calor que depois o liberta para a atmosfera. Devido à maior capacidade de transferência de calor que os líquidos possuem, não há dúvida de que o arrefecimento por líquido proporciona uma capacidade de arrefecimento muito melhor do que as soluções baseadas no ar. Isto é perfeito para caixas muito densas, eletrónica potente e quaisquer sistemas que exijam uma grande regulação da temperatura.
Os sistemas de bombas, reservatórios, unidades de distribuição de líquido de refrigeração e acessórios especiais podem estar envolvidos num coletor de sistemas de refrigeração líquida. No entanto, o arrefecimento líquido direto ao chip é o melhor porque o líquido de arrefecimento é colocado diretamente sobre os componentes, proporcionando assim o arrefecimento mais eficaz. Outro método que, apesar de ser mais fácil, continua a ser útil é o arrefecimento não direcionado ar-líquido, que tem um permutador de calor arrefecido a líquido para arrefecer o ar na caixa.
Dissipadores de calor
Os dissipadores de calor são dispositivos passivos criados a partir de alumínio ou cobre, que possuem elevadas condutividades térmicas. Estes dispositivos têm a capacidade de remover o calor dos componentes através do seu contacto e, consequentemente, aumentar a área disponível para arrefecimento. Devido ao aumento da área, o calor pode ser transferido rapidamente para o ar circundante, podendo ser utilizada a convecção natural ou o ar forçado. Foram concebidos diferentes padrões de alhetas e respectivas disposições de modo a melhorar o efeito de arrefecimento do dissipador de calor, aumentando a área e o fluxo de ar. Os dissipadores de calor são também combinados com outros métodos, como o arrefecimento por ventoinhas, para produzir um maior efeito de arrefecimento e um arrefecimento mais eficaz das partes delicadas do dispositivo.
| Método de arrefecimento | Vantagens | Desvantagens | Aplicações ideais |
| Convecção natural | Económica e simples. | Menos eficiente, insuficiente para a eletrónica de alta potência. | Caixas de baixo calor, geração mínima de calor. |
| Ar forçado Arrefecimento | Mais eficiente do que a convecção natural, suporta cargas de calor mais elevadas. | Requer mais energia do que a convecção natural e pode ser ruidoso. | Versátil, adequado para uma vasta gama de aplicações com cargas térmicas moderadas. |
| Arrefecimento líquido | Elevada capacidade de arrefecimento, ideal para armários de alta densidade. | Complexo, caro, requer manutenção. | É necessária uma eletrónica de alta potência, caixas de alta densidade e um controlo preciso da temperatura. |
| Dissipadores de calor | Melhora a eficiência do arrefecimento, pode ser utilizado com outros métodos. | Capacidade de refrigeração limitada por si só. | Utilizado em conjunto com outros métodos para melhorar o arrefecimento. |
Factores que afectam o arrefecimento do armário
Vários factores influenciam significativamente a eficácia dos sistemas de arrefecimento de armários. Compreender estes factores é crucial para conceber e implementar uma solução de arrefecimento ideal que garanta a longevidade e o desempenho do seu equipamento eletrónico.
Conceção do invólucro
A conceção do armário, incluindo o seu tamanho, forma e composição do material, desempenha um papel fundamental na gestão eficaz do calor. Os invólucros com áreas de superfície maiores têm uma maior capacidade de dissipação de calor. Por exemplo, um armário maior pode oferecer mais oportunidades de fluxo de ar e troca de calor, o que é fundamental para evitar a acumulação de calor no interior.
Tamanho e forma: Os armários compactos ou com formas irregulares podem restringir o fluxo de ar, retendo o calor no interior. Em contrapartida, os armários rectangulares ou quadrados permitem um fluxo de ar mais uniforme e são mais fáceis de arrefecer. A disposição interna do armário também é importante; componentes bem espaçados permitem uma melhor circulação do ar de arrefecimento.
Seleção de materiais: Os materiais com elevada condutividade térmica, como o alumínio, são preferidos para os armários, uma vez que facilitam uma melhor transferência de calor. Metais como o alumínio ou o cobre são frequentemente utilizados porque permitem que o calor seja transferido dos componentes internos para o ambiente externo de forma mais eficiente. Por exemplo, o alumínio tem uma condutividade térmica de cerca de 205 W/mK, o que o torna ideal para a dissipação de calor.
Um gabinete de refrigeração bem projetado garante que os caminhos do fluxo de ar sejam otimizados e que a remoção de calor seja eficiente. Além disso, o uso de dissipadores de calor e almofadas térmicas pode ajudar ainda mais a reduzir a temperatura dentro do gabinete.
Temperatura ambiente
A temperatura ambiente - a temperatura do ambiente ao redor - afeta diretamente a capacidade do sistema de refrigeração de dissipar o calor. Este fator é crucial porque a diferença entre a temperatura no interior do armário e no ambiente circundante (conhecida como a diferença de temperatura) é o que impulsiona o processo de dissipação de calor.
Temperaturas ambientais elevadas: À medida que a temperatura ambiente aumenta, o diferencial de temperatura entre o interior do armário e o ambiente diminui, tornando mais difícil para os sistemas de arrefecimento manter uma troca de calor eficaz. Por exemplo, em ambientes industriais ou aplicações exteriores, onde as temperaturas podem exceder os 40°C (104°F), os sistemas de arrefecimento tradicionais baseados em ventoinhas podem ter dificuldade em fornecer um arrefecimento adequado.
Limitações de arrefecimento: Se a temperatura ambiente for significativamente superior à temperatura interna do armário, podem ser necessários métodos de arrefecimento adicionais, como sistemas de ar condicionado ou de arrefecimento por líquido. Por exemplo, os centros de dados funcionam frequentemente a uma temperatura ambiente controlada de cerca de 20-22°C (68-72°F) para manter as condições ideais para o equipamento eletrónico.
A compreensão das condições ambientais locais, incluindo as variações sazonais de temperatura e a exposição a fontes de calor, é fundamental para a conceção de um sistema de arrefecimento.
Densidade do componente
O número e o tipo de componentes electrónicos dentro do armário são factores-chave para determinar a carga térmica total gerada. Uma maior densidade de componentes leva a uma maior produção de calor, o que exige uma solução de arrefecimento mais potente ou mais sofisticada.
Carga térmica: Cada componente eletrónico gera uma certa quantidade de calor com base no seu consumo de energia. Por exemplo, uma CPU de alto desempenho ou uma fonte de alimentação (PSU) pode gerar calor a uma taxa de 10-30 W por unidade, dependendo da sua carga de trabalho. Em armários densamente compactados, onde numerosos componentes de alta potência estão alojados juntos, o calor total gerado pode rapidamente exceder a capacidade das soluções básicas de arrefecimento.
Estratégias de gestão térmica: Os armários de alta densidade podem exigir estratégias de arrefecimento avançadas, como sistemas de arrefecimento ativo (ventoinhas ou ventiladores), arrefecimento líquido ou tecnologia de tubos de calor. Por exemplo, nos centros de dados, onde componentes como servidores, routers e dispositivos de armazenamento estão densamente compactados, os sistemas de arrefecimento são concebidos para suportar cargas de calor de 5 kW ou mais por bastidor. Em contrapartida, os compartimentos mais pequenos, como os utilizados para produtos electrónicos de consumo, podem necessitar apenas de soluções de arrefecimento passivo, como dissipadores de calor ou pequenas ventoinhas.
Para determinar os requisitos de arrefecimento, é essencial uma análise cuidadosa da carga térmica específica gerada por cada componente. Os sistemas de arrefecimento de armários eficazes consideram estas cargas e concebem uma distribuição do fluxo de ar que maximiza a eficiência do arrefecimento.
A chave para um arrefecimento eficiente: Escolher a ventoinha de arrefecimento correta
Ventoinhas de arrefecimento: O coração dos sistemas de arrefecimento de armários
Existem muitos tipos diferentes de sistemas de arrefecimento, sendo um deles o sistema de arrefecimento de ar forçado que utiliza ventoinhas de arrefecimento para funcionar. São componentes integrais do sistema de arrefecimento que ajudam a afastar o calor das partes sensíveis dos aparelhos, graças ao fluxo de ar que criam. A não seleção de uma ventoinha de arrefecimento adequada significaria que o equipamento não voltaria a aquecer devido a sobreaquecimento e a outros problemas que o fariam falhar nos seus indicadores de fiabilidade. É por isso que a seleção de um ventilador de armário adequado é fundamental para obter a máxima eficiência de todo o sistema de arrefecimento.
As ventoinhas de arrefecimento de armários têm muitos atractivos e vantagens, sendo muito populares entre os aparelhos electrónicos. Eis algumas delas: Proporcionam benefícios adicionais a outros sistemas de arrefecimento, tais como arrefecimento passivo ou dissipadores de calor, ou sistemas de arrefecimento líquido.
Económica e energeticamente eficiente: Normalmente, os ventiladores de refrigeração, quando comparados com as unidades de refrigeração ou os sistemas de refrigeração líquida, são muito mais baratos, tanto a nível de capital como de instalação. Além disso, não requerem uma grande quantidade de eletricidade, especialmente as ventoinhas DC ou EC, o que as torna ideais para a maioria dos armários.
Transferência de calor rápida e eficiente: Proporcionam uma convecção forçada, empurrando o ar para as partes internas do armário e são conhecidas como "ventoinhas" de arrefecimento. Isto aumenta a eficiência da transferência de calor, uma vez que a convecção forçada é mais eficaz do que a convecção natural, como acontece nas técnicas de arrefecimento passivo.
Integração e modificação melhoradas: A maioria dos aparelhos de arrefecimento com ventoinha pode ser instalada sem problemas em qualquer configuração de armário com a ajuda de vários métodos de encaixe (ventoinhas axiais, centrífugas ou de sopro). Também variam em tamanho, pelo que é fácil encontrar um ventilador que satisfaça as especificações do seu sistema.
Compacto e economizador de espaço: Ao contrário dos sistemas de arrefecimento por líquido, que podem exigir bombas, tubos e radiadores de grandes dimensões, as ventoinhas de arrefecimento são compactas e podem ser integradas mesmo nos compartimentos mais pequenos. As suas vantagens em termos de espaço tornam-nas muito úteis quando existem restrições de tamanho muito apertadas, como em produtos electrónicos de consumo, dispositivos médicos e máquinas industriais.
Ventiladores de arrefecimento inovadores da ACDCFAN para soluções de armários
Para quaisquer requisitos específicos de arrefecimento de armários, a ACDCFAN tem uma série de ventoinhas de arrefecimento que são fabricadas para satisfazer essas necessidades individuais. Oferecemos uma vasta gama de tipos de ventoinhas, incluindo Ventilador axial AC, ventilador centrífugo AC (também conhecido como radial), Ventilador axial DC, ventilador radial DC, Ventilador axial EC. Com estas categorias alargadas, estão em condições de suportar diferentes tamanhos de armários, caudal de ar necessário e potência.
Uma das principais vantagens da ACDCFAN é a capacidade de personalizar os seus produtos. Os nossos serviços de personalização são bastante flexíveis, o que significa que os ventiladores podem ser fabricados de acordo com as especificações da aplicação. Isto inclui personalizações de ventiladores, tais como, mas não se limitando a, dimensões do ventilador, forma/design do ventilador, tensão de funcionamento, fluxo de ar e outros factores significativos. Esta flexibilidade é especialmente útil quando é utilizado um tipo específico ou um tipo de caixa especializada ou em condições de funcionamento severas.
Quer se trate de um pequeno armário eletrónico ou de um grande armário industrial que necessita de refrigeração, a ACDCFAN pode ajudá-lo a conceber e a criar o espaço de que necessita. A sua capacidade de se envolver em todos os tipos de armários e em todos os requisitos de refrigeração faz de nós um bom parceiro para soluções de gestão térmica.
Conclusão
Para cada solução de arrefecimento de armários, é vital dissipar o calor gerado pelos componentes electrónicos, de modo a garantir o seu funcionamento normal durante muito tempo. Existem várias técnicas de refrigeração disponíveis, incluindo a convecção natural para pequenos sistemas geradores de calor e a refrigeração líquida para grandes sistemas de potência. Dependendo da geometria do invólucro, da atmosfera circundante e da compacidade dos componentes, é selecionada uma abordagem de arrefecimento adequada.
A implementação de um sistema adequado de arrefecimento do armário e a escolha correta dos ventiladores de arrefecimento do armário são dois factores iniciais e cruciais para manter as temperaturas de funcionamento dos dispositivos e para prolongar a sua vida útil. Outros acessórios que contribuem para o arrefecimento são os refrigeradores termoeléctricos e os compressores DC.
A instalação de sistemas de arrefecimento de armários eficazes permitiria às empresas reduzir as avarias dispendiosas e melhorar o funcionamento dos sistemas, juntamente com a proteção de dispositivos electrónicos importantes. A escolha de um sistema de arrefecimento de armários adequado melhorará significativamente o desempenho de uma organização que depende em grande medida de equipamento eletromecânico. A gestão da energia deve ser sempre a principal prioridade, uma vez que asseguraria um melhor controlo sobre os activos de uma empresa e um desempenho consistente.
Perguntas
Como posso determinar o tamanho correto de um sistema de arrefecimento de armários para as minhas necessidades?
Os factores que determinam a capacidade de um sistema de refrigeração de armários podem ser numerosos. Um dos principais factores a este respeito inclui as cargas de calor produzidas pelos componentes internos do armário. A localização e a temperatura no interior do armário, bem como os aspectos ambientais, também influenciam. Para determinar os requisitos de refrigeração de uma determinada aplicação, pode optar-se por consultar profissionais de refrigeração ou utilizar programas de modelação térmica.
Existem opções energeticamente eficientes para sistemas de arrefecimento de armários?
Sim, existe um grande número de unidades de alimentação que podem ser utilizadas para arrefecer um armário de forma eficiente. As ventoinhas de velocidade variável com controlo de temperatura podem reduzir facilmente o consumo de energia, funcionando a velocidades mais baixas quando não é necessária uma potência de arrefecimento total. Os modelos de ventiladores compactos e leves, mas que funcionam com capacidades elevadas, necessitam de menos energia.
Além disso, podem controlar os ângulos do rotor EC e as correntes do motor, o que faz com que os ventiladores comutados eletronicamente (ventiladores EC) sejam uma excelente solução para poupar energia. Podem funcionar como CA ou CC, mas combinam as duas tecnologias, permitindo uma velocidade controlada e, por conseguinte, uma eficiência bastante elevada. Ao utilizar a eletrónica incorporada para acionar o motor, os ventiladores EC reduzem o consumo de energia e a perda de calor muito mais do que os ventiladores AC normais. Isto torna-os numa conceção fiável e eficiente em termos energéticos, aplicável a uma vasta gama de sistemas de arrefecimento de armários.
No compartimento de dissipação de calor, ligar as ventoinhas de arrefecimento e otimizar a configuração também pode ser eficiente em termos energéticos. Em particular, com invólucros pequenos ou quando é necessário arrefecer apenas algumas peças, os arrefecedores termoeléctricos também são bastante eficientes em termos energéticos.
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