Introdução
No mundo em que vivemos hoje, onde o tempo é escasso e as pessoas trabalham em movimento, os aparelhos electrónicos tornaram-se uma necessidade. Os dispositivos relacionados com as TI ou mesmo os transportes, como os automóveis e os centros de dados9 , funcionam com vários dispositivos electrónicos para uma melhor produtividade. À medida que estes componentes electrónicos se tornam mais potentes e mais pequenos, produzem também muito calor e, se este não for devidamente controlado, conduz a uma diminuição do desempenho e a potenciais danos nos dispositivos. É aqui que entra a gestão térmica.
A gestão térmica refere-se à abordagem utilizada para regular o calor gerado num compartimento, de modo a obter um desempenho aceitável e evitar danos durante o funcionamento. Abrange uma combinação de medidas e tecnologias que servem para afastar o calor dos componentes críticos, permitindo-lhes funcionar abaixo da temperatura máxima nominal ou especificada. Neste documento, vamos aquecer e ajustar o foco aos aspectos estruturais da gestão térmica, à sua relevância nos aparelhos modernos e às diferentes formas de a implementar.
Compreender a gestão térmica
Na maior parte dos sistemas electrónicos modernos, a gestão térmica é considerada como uma variedade de tácticas e tecnologias que visam regular a temperatura dos componentes electrónicos e dos processos e sistemas mecânicos. É necessário conceber, examinar e atualizar soluções que suportem a absorção de calor, de modo a que os sistemas possam permanecer dentro do intervalo ótimo de temperatura a que as actividades necessárias podem ser realizadas. Em todo o caso, se não se prestar a devida atenção a estes factores, o desempenho, a fiabilidade e a vida operacional dos dispositivos electrónicos deteriorar-se-ão.
Consequências da má gestão térmica no desempenho do dispositivo
O mau controlo térmico pode ter consequências graves em termos de desempenho e, consequentemente, de vida útil do dispositivo em questão. Quando os componentes electrónicos geram calor excessivo, podem surgir vários problemas:
Degradação do desempenho: O funcionamento sustentado a temperaturas elevadas fará com que os dispositivos e componentes apliquem mecanismos de auto-alimentação para proteção contra tensões e avarias, provocando velocidades mais lentas e actividades mais baixas.
Menor fiabilidade: A temperatura interna do dispositivo acelera o desaparecimento dos seus componentes, aumentando assim o risco de avaria e reduzindo a vida útil do dispositivo.
Acontecimentos catastróficos: Em casos muito drásticos, os dispositivos podem ser danificados a tal ponto que podem ser fisicamente perigosos, com riscos de queimaduras ou outros perigos extremos relacionados com o calor.
Um relatório publicado pelo Laboratório Nacional de Energias Renováveis (NREL) revela que os componentes electrónicos se degradam em cerca de 50% ao encontrarem um aumento de calor superior a 10ºC.
A importância crescente da gestão térmica
Uma vez que é o aspeto mais crítico dos dispositivos electrónicos, a gestão térmica é um aspeto integrante de todos os dispositivos electrónicos pessoais, à medida que estes se tornam mais móveis e potentes e, por conseguinte, mais atraentes. Há várias razões que estão a alimentar esta tendência:
Aumento da densidade de potência: À medida que os componentes electrónicos se tornam mais pequenos e mais potentes, geram mais calor num espaço mais pequeno, tornando mais difícil uma gestão eficiente do calor.
Miniaturização: A tendência para a miniaturização significa que os componentes estão mais compactados, o que torna as temperaturas elevadas e a gestão térmica ainda mais difícil.
Aplicações de elevado desempenho: As novas tecnologias baseadas no 5G, na inteligência artificial, na realidade virtual e afins são todas elas eletrónica de ponta que produzem muito calor, exigindo sistemas de gestão térmica eficientes.
Escolhendo o tipo certo de produtos e tecnologias de gestão térmica e a utilização correta do sistema, é possível controlar a temperatura do sistema de forma confortável, segura e eficiente.
Fundamentos da transferência de calor
Para controlar eficazmente a temperatura dos dispositivos electrónicos, é importante compreender a importância de uma transferência de calor eficiente. A transferência de calor ocorre de três formas gerais: condução, convecção e radiação.
Condução: Os princípios básicos e a importância
A condução é a transferência de calor através do contacto físico direto entre dois objectos. Nos produtos electrónicos, a condução é evidente quando os elementos produtores de calor transferem calor para a estrutura que os rodeia, como a placa de circuitos impressos ou o corpo da caixa do dispositivo. A velocidade a que se processa a condução é função da condutividade térmica dos materiais utilizados; materiais como o cobre e o alumínio são bons transmissores de calor.
O método de transferência de calor, que é a condução líquida ou gasosa, também desempenha um papel importante na gestão térmica, de tal forma que o calor obtido a partir da fonte de calor está a ser oportunizado e canalizado para as peças do dispositivo ou para outro modelo de dissipador de calor. Isto também optimiza a utilização de materiais de condutividade térmica e identifica concepções de condução adequadas, de modo a que o calor tipicamente proveniente das peças do núcleo seja evacuado no mais curto espaço de tempo possível.
Convecção: Como funciona na gestão térmica
A convecção é definida como o movimento do calor através da circulação de fluidos ou gases. No caso da eletrónica, a convecção ocorre quando o ar ou o líquido que se encontra à volta das partes quentes de um dispositivo eletrónico procura absorver o calor dessas partes. É importante notar que existem dois tipos de convecção: a convecção natural e a convecção forçada.
A convecção natural utiliza o vento ambiente que é causado por um desequilíbrio térmico, de tal forma que o ar mais quente sobe e o ar mais frio desce. Este tipo de convecção encontra-se mais idealmente em sistemas com arrefecimento passivo, tais como dissipadores de calor com componentes no percurso exterior do ar, permitindo o movimento do ar à volta das alhetas.
A convecção forçada emprega equipamento mecânico auxiliar, como ventoinhas ou bombas, para soprar - ou conduzir - ar ou outro líquido refrigerante através das peças e componentes quentes. Este modo de transferência de calor é mais eficiente do que a convecção natural e é a situação normal num sistema de arrefecimento ativo que abrange dissipadores de calor arrefecidos por ventoinhas e sistemas de arrefecimento por líquido.
Radiação: Compreender o seu papel na dissipação de calor
Mais uma vez, a radiação é o método de transferência de calor sob a forma de energia resultante de ondas electromagnéticas, em que não é necessário qualquer contacto ou meio para ajudar o movimento da energia térmica. Nos seus esforços para remover o calor dos dispositivos electrónicos, os engenheiros consideram a radiação como um método de arrefecimento menos eficaz do que a condução e a convecção. No entanto, ainda pode ajudar na gestão térmica global de um dispositivo.
Este modo de transferência de calor ocorre quando as superfícies de alta temperatura dos componentes do dispositivo irradiam ondas electromagnéticas que são captadas pelos componentes de baixa temperatura do dispositivo ou pelo espaço circundante. Nestas situações, o calor irradiado pelo dispositivo é conseguido através de diversas variáveis, incluindo a diferença de temperatura entre as superfícies radiante e recetora, a emissividade das superfícies e a área disponível para radiação.
Independentemente do facto de a radiação não ser normalmente o centro de qualquer estratégia de controlo térmico, os seus efeitos devem ser devidamente tidos em conta no controlo térmico dos dispositivos electrónicos. Ao utilizar materiais de elevada emissividade e ao fornecer uma área de superfície adequada para a radiação, os engenheiros de dispositivos podem optimizá-la de forma a melhorar a dissipação de calor do dispositivo.
Gestão térmica: Técnicas de arrefecimento ativo
Os métodos de arrefecimento ativo implicam a imposição de fontes de energia externas nos processos de eliminação térmica dos aparelhos electrónicos. São adoptados quando as técnicas de arrefecimento passivo não são suficientes para dar resposta à energia térmica e aos parâmetros de controlo da temperatura.
Ventiladores e sopradores
As ventoinhas e os ventiladores de tipo industrial são também componentes activos básicos da solução que promovem o movimento do ar e a convecção do calor no interior dos dispositivos. Funcionam aspirando o ar frio presente no ambiente circundante e soprando-o sobre os componentes que produzem calor ou sobre os dissipadores de calor, transferindo assim o calor para o ar circundante.
As ventoinhas são principalmente incorporadas em aparelhos electrónicos de pequena e média dimensão, por exemplo, computadores de secretária ou portáteis, ou armários. São baratas, fáceis de utilizar e de montar e são capazes de fornecer temperaturas suficientes para a maioria das situações normais. Pelo contrário, as ventoinhas podem ser ruidosas e, devido aos discos, revelam-se bastante difíceis para os aparelhos que requerem um funcionamento praticamente silencioso com cabeças de dissipação elevadas.
Sopradores - mais robustos do que os ventiladores, são mais eficientes na deslocação do ar em volumes e pressões mais elevados. Estas máquinas são normalmente encontradas em aplicações que exigem mais recursos, como supercomputadores ou máquinas industriais com uma produção significativa de calor. Os ventiladores tendem a arrefecer melhor do que as ventoinhas, mas são mais caros e provavelmente consomem mais energia.
Em termos de seleção de ventiladores ou sopradores para uma determinada aplicação, os engenheiros devem ter em conta a taxa de fluxo de ar, a pressão estática, o ruído e o consumo de tensão. Entretanto, a localização e o alinhamento dos ventiladores ou sopradores têm de ser corretos, de modo a facilitar o movimento uniforme do ar, bem como a remoção do calor.
Arrefecimento líquido
O arrefecimento por líquido é uma técnica de remoção de calor em que o arrefecimento ativo é efectuado através da circulação de líquido, normalmente água ou algum fluido térmico especial, através dos chips electrónicos para retirar o calor. Ao contrário do arrefecimento a ar, este tipo de arrefecimento é mais eficiente, pois é mais fácil de controlar quando se utiliza líquido, uma vez que este tem uma grande capacidade térmica, bem como uma maior condução de calor do que o ar.
Os sistemas de arrefecimento líquido podem ser classificados em dois tipos:
Sistemas fechados: Este tipo de sistema de arrefecimento por líquido consiste num circuito pré-cheio e completamente selado que contém líquido de arrefecimento. O líquido de arrefecimento líquido circula através de vários tubos em contacto direto com as fontes de calor e leva o calor para um radiador ou permutador de calor. Os sistemas fechados são conhecidos pela sua facilidade de instalação e eficácia em termos de custos, mas podem ser dispendiosos em comparação com quaisquer outros métodos de arrefecimento.
Sistemas abertos: Este tipo de sistema utiliza hardware externo, como um reservatório, uma bomba e tubagem para facilitar o fluxo de líquido que se encontra no interior do dispositivo eletrónico. Este líquido de arrefecimento térmico é ejectado para os componentes e bombeado de volta para o reservatório onde o líquido quente é arrefecido e depois recirculado. De um modo geral, os sistemas de circuito aberto são mais vantajosos do que estes, mas são mais complicados e mais delicados.
Os engenheiros têm de ter em conta uma série de parâmetros ao projetar um sistema de arrefecimento líquido para uma aplicação específica, por exemplo, a quantidade de calor que cada componente gera, as propriedades térmicas do líquido de arrefecimento, o fluxo e a pressão do sistema e a quantidade de integração do sistema como um todo. Além disso, os procedimentos de manutenção, como a substituição do líquido de arrefecimento segundo um determinado calendário e a deteção e reparação de fugas, são fundamentais para alcançar a fiabilidade e a eficácia pretendidas da solução de arrefecimento líquido.
Técnicas de arrefecimento passivo
As técnicas de arrefecimento passivo englobam a utilização de vários mecanismos naturais de transferência de calor, incluindo a convecção e a radiação, para remover o calor dos componentes electrónicos. Estas técnicas não envolvem qualquer utilização de energia externa e são normalmente utilizadas com outras técnicas de arrefecimento ativo para obter um melhor desempenho térmico.
Dissipadores de calor
Os dissipadores de calor são também designados por dissipadores de calor térmico e são utilizados em unidades electrónicas para gerir adequadamente o calor excessivo. Dada a sua elevada eficiência, estes materiais incluem o alumínio e o cobre e são fornecidos com uma ampla área e superfície com alhetas ou pinos para melhorar a transferência de calor por convecção.
No caso de existirem soluções de arrefecimento ativo adicionais que utilizem ventoinhas ou ventiladores, os dissipadores de calor são eficazes para melhorar o nível de arrefecimento num sistema. O aquecedor/ventilador/soprador pulveriza ar frio na superfície exterior do dissipador de calor com o objetivo de melhorar a convecção e, assim, os dissipadores de calor são capazes de ejetar mais calor. Esta combinação garante um controlo superior da temperatura quando se trata de dispositivos topo de gama e de alta potência.
A escolha do dissipador de calor correto depende de factores como o nível de calor libertado pelo componente, o espaço no dispositivo e o grau de arrefecimento necessário para o desempenho.
Para arrefecer eficazmente diferentes dispositivos electrónicos, os dissipadores de calor são concebidos em diferentes formas e tamanhos. Alguns tipos comuns incluem:
Dissipadores de calor extrudidos: Pertencem à categoria que é fabricada através do processo de extrusão e, portanto, têm estruturas de aletas simples. São eficientes em termos de custos de produção e aplicáveis em muitos domínios.
Dissipadores de calor com alhetas coladas: Estes dissipadores de calor incluem alhetas que são fixadas a uma base, o que permite designs mais complexos e um arrefecimento mais eficiente.
Dissipadores de calor com alhetas dobradas: São constituídos por folhas finas de aço incorporadas em matrizes, tais como alhetas, e são leves, proporcionando dispositivos de transferência de calor eficientes e de baixo custo.
Materiais de interface térmica (TIMs)
A utilização de materiais de interface térmica (TIMs) é uma solução passiva de extrema importância para melhorar a interconexão térmica entre o dispositivo eletrónico e o dissipador de calor. Os TIMs são utilizados para preencher os pequenos espaços vazios de ar e a rugosidade da superfície, que constituem barreiras à transferência de calor por condução.
Os TIMs podem ser encontrados em diversas variedades diferentes, incluindo:
Massas ou pastas térmicas: Trata-se de materiais viscosos e moderadamente espessos que podem ser espalhados uniformemente nas interfaces e são envolvidos entre o componente e o dissipador. Oferecem propriedades de transmissão térmica notáveis, embora não sejam conformes e sejam desordenados.
Almofadas térmicas: São sólidas e são cortadas numa vista preferida do utilizador e coladas em áreas que estão a altas temperaturas. Também não variam muito na sua eficácia, mas tendem a ser mais fáceis de aplicar do que a massa lubrificante.
Materiais de mudança de fase (PCMs): O mais comum são os materiais de mudança de fase ou PCMs que derretem a determinadas temperaturas e, assim, acomodam a rugosidade da superfície ao mesmo tempo que oferecem uma transferência de calor aparente. No entanto, embora sejam eficazes, são normalmente dispendiosos em comparação com outros TIM.
Ao escolher um TIM, os engenheiros têm de ter em conta a resistência da fronteira térmica e o tempo necessário para aplicar o material, bem como as propriedades desse material ao longo do tempo. A aplicação da quantidade certa é muito importante para evitar a possibilidade de um isolamento térmico excessivo ou a presença de espaços vazios no material, uma vez que estes factores podem afetar negativamente a regulação da temperatura.
Desafios na gestão térmica
Gestão do calor em dispositivos de alta potência
Os dispositivos electrónicos de alta potência, por exemplo, os servidores de centros de dados e a eletrónica de potência em veículos com propulsão eléctrica ou sistemas aeroespaciais avançados, realizam um processamento incrivelmente grande e têm uma densidade de potência muito elevada, pelo que produzem muito calor. Assim, é importante controlar o calor gerado pelos sistemas para obter uma maior eficiência, de modo a que possam funcionar de forma óptima, fiável e segura.
A gestão do calor dos dispositivos de alta potência é dificultada pelas limitações de espaço impostas pelas soluções de arrefecimento. Como os dispositivos estão a encolher e a ficar mais compactos, há pouco espaço para dispositivos de arrefecimento normais, como grandes dissipadores de calor ou ventoinhas. Há um aumento da procura de formas mais imaginativas e economizadoras de espaço para arrefecer o dispositivo ou dissipar o calor, como sistemas especializados de arrefecimento líquido ou novos materiais mais condutores de calor do que os materiais comuns disponíveis.
A outra área de preocupação diz respeito à dissipação desigual de calor nos dispositivos de alta potência. Certas peças, como os processadores e os transístores de potência, produzem muito mais calor do que as restantes, criando áreas de aglomeração de calor onde as tensões térmicas são intensificadas, evitando o tempo de vida de todo o sistema. Por este motivo, os engenheiros mecânicos devem utilizar métodos de remoção localizada de calor, como o arrefecimento líquido direto ou abordagens avançadas de gestão térmica, como materiais de interface térmica concebidos para estes componentes.
Garantir a fiabilidade em condições extremas
Qualquer tecnologia tem de ser eficaz quando prevalecem factores como a temperatura elevada, a humidade ou a vibração. Tais condições podem aumentar ainda mais a carga sobre o sistema de gestão térmica, afectando assim a fiabilidade do dispositivo. Vale a pena mencionar que as vantagens do acondicionamento eletrónico incluem, entre outros aspectos, a humidificação de electrólitos quentes. Isto representa um desafio na integração que impõe limites no que diz respeito às dimensões e também ao peso, especialmente quando se trata de aplicações automóveis.
Um exemplo particular de ambiente térmico extremo é o compartimento do motor e a sua interdependência com os factores hidráulicos. Ocupação em áreas como a aeroespacial e a defesa, a incorporação da eletrónica é útil ao nível da AT, mas o dramático atrai condições de trabalho difíceis. O objetivo é evitar a sobreconcepção ou a subconcepção dos sistemas de gestão térmica dos componentes para que sejam suficientemente duráveis e robustos para suportar essa carga extra. Isto também pode incluir a utilização de designs, plásticos e ligas especiais, mesmo que a temperatura a ser contida seja relativamente elevada. O primeiro, obviamente, é algum tipo de alívio de expansão para sistemas de tubagem quente ou alívio de velocidade.
Outra forma de garantir a fiabilidade em condições extremas é através da realização de testes e validação extensivos. Os engenheiros têm de assegurar que o sistema de gestão térmica é colocado numa série de condições ambientais e operacionais para procurar possíveis fraquezas e modos de falha. No entanto, ao realizar estes testes rigorosos, o sistema pode ser optimizado na conceção dos engenheiros, de modo a que, na prática, e nas condições reais de trabalho previstas, os sistemas e dispositivos fornecidos funcionem bem.
Gestão térmica em aplicações específicas
Dispositivos electrónicos e centros de dados
Dispositivos electrónicos e centros de dados A aplicação da gestão térmica é necessária para que os dispositivos, incluindo smartphones, computadores portáteis e computadores de secretária, se mantenham confortáveis e benéficos para os seus utilizadores. Normalmente, utilizam métodos de arrefecimento passivos e activos, como dissipadores de calor e ventoinhas com materiais de interface térmica, para remover o calor acumulado no interior das peças dos componentes.
A miniaturização e o movimento no sentido de aumentar a densidade de potência estão entre os problemas mais significativos na gestão térmica dos dispositivos electrónicos. Se as tendências de miniaturização funcionaram para muitos engenheiros, seguem as tendências mais quentes, ou seja, a tendência de dispositivos compactos e potentes tem os seus inconvenientes. Para resolver este tipo de problema, os especialistas estão a trabalhar na criação de materiais sem chama com elevada condutividade térmica, por exemplo, grafeno de varrimento ou nanotubos de carbono que dissiparão eficazmente os componentes. Além disso, estão a ser desenvolvidos novos métodos de arrefecimento, como o arrefecimento por câmara de vapor ou ventoinhas, para melhorar a eficiência e, ao mesmo tempo, reduzir o espaço global necessário para essas soluções.
Atualmente, os centros de dados utilizam uma mistura de técnicas para gerir o calor gerado pelos sistemas informáticos, sendo os sistemas de refrigeração por líquido e por ar os mais comuns. Por exemplo, um dos esquemas mais utilizados nos centros de dados é o corredor quente/corredor frio, em que as prateleiras dos servidores são configuradas de modo a que haja filas de corredores quentes e corredores frios. O ar frio é soprado para a parte da frente do servidor e o ar quente é soprado para fora pela parte de trás, criando assim um canal que é eficiente em termos de funcionamento e reduz a quantidade de ar quente e frio que é misturado.
Sistemas automóveis
No sector automóvel, a gestão térmica é muito importante para o desempenho global, a fiabilidade e a segurança de vários sistemas no interior do veículo. Com o aumento da procura de veículos eléctricos e híbridos, verifica-se um aumento da procura de gestão térmica de baterias, eletrónica de potência e motores eléctricos.
A gestão térmica das baterias continua a ser muito complexa nos veículos eléctricos devido à grande dependência do desempenho e da longevidade da bateria em relação à temperatura de funcionamento. Como tal, para atingir uma temperatura desejável dentro da bateria, os engenheiros adoptam diferentes métodos de arrefecimento, como o arrefecimento a ar, o arrefecimento a líquido ou a aplicação de substâncias de mudança de fase. São necessárias soluções de engenharia complexas nestes sistemas de arrefecimento para garantir uma temperatura quase uniforme em todas as partes da bateria, a fim de evitar o fenómeno de fuga térmica, que representa riscos de segurança.
A eletrónica de potência e os motores eléctricos da indústria automóvel, incluindo os veículos eléctricos, têm de dispor de sistemas de gestão térmica eficientes para evitar o sobreaquecimento e garantir o funcionamento dos componentes. Estes componentes são normalmente dissipados utilizando tecnologias sofisticadas de arrefecimento líquido, tais como o arrefecimento direto do substrato ou o arrefecimento por impulsão de jato, que permite que o calor seja dissipado de uma forma mais concentrada.
Aeroespacial e Defesa
As aplicações aeroespaciais e de defesa são únicas em termos de requisitos de gestão térmica, uma vez que enfrentam diferentes extremos e o elevado desempenho é um pré-requisito. O equipamento eletrónico instalado em aeronaves e naves espaciais, bem como em dispositivos militares, tem de ser operável a grandes altitudes, temperaturas elevadas e vibrações severas sem perder a sua eficácia e fiabilidade.
No que diz respeito à defesa, a gestão térmica é essencial para a funcionalidade e a capacidade de sobrevivência dos sistemas electrónicos em zonas de combate. Os sistemas militares utilizados pelas forças armadas, tais como sistemas de radar, equipamento de comunicação e dispositivos de electro-visão, têm de funcionar sob temperaturas muito elevadas, humidade e exposição ao pó.
Uma das questões mais importantes em matéria de aquecimento e arrefecimento nas estruturas aeroespaciais está relacionada com as fontes de frio ou de calor que são corpos de indução no interior dos componentes estruturais. Cada quilo extra de peso que um avião ou uma nave espacial carrega acresce um custo elevado em termos de consumo de combustível e de volume de carga útil. Por conseguinte, é necessário criar novos conceitos para os sistemas de arrefecimento, de modo a proporcionar um arrefecimento de elevado desempenho, mas também a reduzir o peso e o volume de todo o sistema.
No domínio dos sistemas de gestão térmica aeroespacial, são frequentemente utilizados novos materiais, como compósitos de matriz cerâmica ou ligas leves, para garantir uma condutividade térmica e uma integridade estrutural aceitáveis a altas temperaturas.
ACDCFAN: Fornecimento de soluções de refrigeração fiáveis para várias indústrias
A ACDC FAN é um fabricante popular de ventiladores modernos de pequeno porte e construiu o mercado, abrangendo muitos sectores, incluindo maquinaria industrial, energia eléctrica, PV, armazenamento de energia e telecomunicações. Devido ao mais alto grau de desempenho profissional e criatividade, a ACDCFAN criou e fornece produtos como ventiladores axiais AC, ventiladores radiais AC, ventiladores axiais DC, ventiladores radiais DC, ventiladores axiais EC para clientes em todas as regiões do mundo. Assim, a ACDCFAN permite-nos prolongar a vida útil e a capacidade de trabalho dos sistemas electrónicos em muitos ramos da indústria, graças a uma gestão térmica fiável e eficaz.
A gestão térmica ativa da ACDC FAN trata de muito mais do que produtos de arrefecimento padrão. Os serviços de fabrico OEM, ODM e OBM da empresa beneficiam todos os clientes de um arrefecimento preciso para os seus dispositivos. Esses ventiladores de resfriamento DC da ACDCFAN são projetados com estruturas e impulsores para serviços pesados para funcionar de forma confiável sob temperaturas extremas de -40 ℃ ou mesmo 120 ℃. Além disso, seus ventiladores de ventilação DC satisfazem o grau de proteção IP65 e IP68, impedindo a penetração de umidade, água e poeira, mesmo nas condições de exploração mais extremamente desfavoráveis.
Conclusão
Atualmente, a gestão térmica é uma parte importante de qualquer sistema eletrónico e garante o desempenho, a fiabilidade e a segurança numa variedade de sectores. Devido à crescente potência, compacidade e complexidade das embalagens electrónicas e dos sistemas de mesa, a questão da gestão térmica começou a tornar-se mais difícil de resolver. É necessário empregar soluções de gestão térmica adequadas para enfrentar estes desafios, tais como ventoinhas de arrefecimento eficazes ou outras tecnologias de arrefecimento.
Para resolver estes problemas, os engenheiros tendem a criar cada vez mais tecnologias e produtos de gestão térmica altamente desenvolvidos, baseados em novos materiais, novos sistemas de arrefecimento e design integrado. As considerações de engenharia são cruciais para o desempenho de dispositivos miniaturizados nos nossos bolsos ou centros de dados que alojam e fornecem energia ao mundo digital.
Com o crescimento da eletrónica mais avançada no futuro, a área da gestão térmica continuará a progredir e a desenvolver-se, e será de grande importância na formação dos dispositivos e sistemas que alimentam o mundo. É possível que os engenheiros se certifiquem de que os dispositivos electrónicos funcionam de forma adequada e com a máxima eficácia e segurança num número crescente de indústrias e condições cada vez piores, compreendendo as necessidades específicas da aplicação e selecionando estratégias de gestão térmica adequadas.
FAQs
Quais são as principais diferenças entre as técnicas de gestão térmica ativa e passiva?
As técnicas de gestão térmica ativa, como ventoinhas, ventiladores e sistemas de arrefecimento por líquido, são consideradas métodos forçados devido à sua necessidade de entrada de energia externa para o processo de transferência de calor. Estas abordagens são mais bem sucedidas em termos de remoção de calor e arrefecimento local de componentes que produzem elevada potência e, por conseguinte, funcionam para melhorar o desempenho do sistema em ambientes difíceis. Por outro lado, estas ventoinhas requerem uma potência de entrada adicional e também complicam todo o processo de conceção.
As abordagens de gestão térmica passiva, tais como dissipadores de calor, tubos de calor ou materiais de interface térmica (TIMs), funcionam através da utilização de condução e convecção sem a ajuda de fontes externas. Não dependem de fontes de energia adicionais, o que as torna simples e económicas na maioria das circunstâncias. No entanto, os meios passivos podem não funcionar corretamente e dar os resultados necessários em aplicações de circuitos de alta potência e são altamente dependentes do ambiente enquanto esse sistema passivo está a funcionar, o que pode limitar o desempenho em condições adversas.
| Comparação | Gestão térmica ativa | Gestão térmica passiva |
| Necessidade de energia | Necessita de alimentação externa (por exemplo, ventoinhas, ventiladores) | Não necessita de energia externa (transferência natural de calor) |
| Eficiência de arrefecimento | Elevada, eficaz para componentes de alta potência | Moderado, limitado para aplicações de alta potência |
| Complexidade | Mais complexo, envolve componentes adicionais | Mais simples, menos componentes |
| Custo | Mais elevado, devido ao consumo de energia e à complexidade da conceção | Mais baixo, mais económico |
| Dependência do ambiente | Menos dependente, pode trabalhar em ambientes agressivos | Altamente dependente das condições ambientais |
Qual é a melhor forma de evitar o sobreaquecimento de aparelhos electrónicos em ambientes quentes?
Existem vários métodos que podem ser aplicados, tanto na fase de conceção como no funcionamento do sistema, para evitar o sobreaquecimento dos componentes electrónicos destinados a serem utilizados em ambientes quentes. Estes incluem:
Utilização de materiais para altas temperaturas: Utilizar cerâmicas ou ligas avançadas com elevada estabilidade térmica e condutividade térmica para que os componentes possam sobreviver a altas temperaturas e também transferir calor de forma eficaz.
Prever refrigeradores de reserva disponíveis para implementar sistemas de refrigeração redundantes: Permitir a incorporação de sistemas de redundância e de segurança contra falhas na tendência de remover o calor restrito do sistema para melhorar o arrefecimento, em caso de falha ou de situações adversas.
Instalar métodos de arrefecimento ativo: Utilizar métodos de arrefecimento ativo, como a utilização de ar forçado ou a utilização de arrefecimento líquido, para permitir uma remoção de calor melhor e mais direcionada em sistemas com temperaturas cada vez mais elevadas.
Melhorar a configuração do sistema: Tentar reduzir a quantidade de calor produzido através da seleção dos componentes e da sua disposição e, em seguida, da disposição dos sistemas de arrefecimento e das vias de ar de modo a maximizar a remoção de calor.
Efetuar testes exaustivos do sistema: É importante que seja efectuado um teste rigoroso utilizando ambientes quentes simulados para expor quaisquer pontos fracos do sistema, a fim de melhorar a conceção da gestão térmica do sistema para um funcionamento fiável durante um longo período de tempo.
Ao utilizar estes métodos, os engenheiros melhorarão consideravelmente o desempenho dos sistemas electrónicos e evitarão o risco de sobreaquecimento em condições difíceis.
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