Guia completo de soluções térmicas para empresas

Introdução

A gestão do calor continua a ser uma preocupação fundamental nas empresas modernas. Por exemplo, os centros de dados e as fábricas, bem como muitas outras indústrias, exigem soluções térmicas óptimas para um desempenho máximo, fiabilidade e eficiência energética. À medida que a sustentabilidade e a automação se tornam mais procuradas na indústria, a concorrência para fornecer estas soluções avançadas de gestão térmica também aumentou. Neste guia, iremos analisar a importância da gestão de calor e as diferentes soluções térmicas disponíveis atualmente para as empresas.

Independentemente de ser uma pequena empresa nova ou uma grande corporação, saber como escolher o sistema certo é fundamental para lidar adequadamente com o calor nas operações da sua empresa e ganhar uma vantagem no mercado.

Porque é que a gestão térmica é importante nas empresas modernas

A importância da solução térmica eletrónica é fundamental para a atividade empresarial atual. Ao longo dos anos, o avanço da tecnologia aumentou consideravelmente a eficácia de qualquer dispositivo eletrónico. Por outro lado, uma má regulação térmica pode criar um conjunto de desafios, como a redução da produtividade, o gasto excessivo de energia e a falha do equipamento, se não for tratada corretamente. A gestão térmica avançada garante que qualquer maquinaria se mantém dentro de intervalos de temperatura compatíveis, maximizando assim a eficiência da empresa.

Relatórios do Uptime Institute indicam que até 70% das interrupções nos centros de dados estão ligadas aos sistemas de arrefecimento. Estes dados realçam a necessidade de investir em soluções térmicas fiáveis e eficazes para evitar períodos de inatividade dispendiosos e melhorar a continuidade do negócio. Deve existir uma relação sinérgica entre os sistemas de aquecimento e de arrefecimento para garantir operações sem problemas e eliminar interrupções.

Além disso, uma boa gestão térmica pode permitir que as empresas sejam mais eficientes na utilização de energia e reduzam os seus níveis de emissão de carbono. As empresas podem, portanto, poupar uma grande quantidade de dinheiro enquanto fazem a sua parte para promover o desenvolvimento sustentável, investindo em sistemas de refrigeração eficazes e optimizando a utilização da energia térmica. O cumprimento destes objectivos de sustentabilidade também melhora a cidadania empresarial e a reputação da marca, o que é vital no atual panorama empresarial amigo do ambiente.

Compreender as soluções térmicas energeticamente eficientes

Fundamentos da transferência de calor

Para conter o calor num ambiente empresarial, é necessário saber como o calor é transferido. A transferência de calor é efectuada por condução, convecção e radiação.

O contacto direto entre dois objectos conduz à condução. Este método é o mais comum nos dispositivos electrónicos porque os componentes geram calor e os materiais circundantes absorvem-no.
A convecção envolve o movimento de fluidos ou gases para transferir calor. Nos sistemas de arrefecimento, são utilizadas bombas e ventoinhas para mover ar ou líquidos refrigerantes, removendo assim o calor da fonte.
A radiação envolve a transferência de calor sem a necessidade de contacto com a superfície. Embora seja pouco comum em casos comerciais, alguns processos que ocorrem a altas temperaturas podem utilizar a radiação.

Principais métricas de desempenho

Ao avaliar soluções térmicas, vários marcadores métricos têm prioridade e são de extrema importância. Estes são ر

Resistência térmica (°C/W): Capacidade de dissipação de calor de um material, alteração de temperatura em graus Celsius por cada watt de potência fornecida, resistência térmica é a capacidade de um material ou sistema específico para transferir calor. Uma resistência térmica mais baixa significa uma melhor capacidade de dissipação de calor e é, por conseguinte, ideal.
Arrefecimento Capacidade (W): Isto refere-se à quantidade de energia que uma solução térmica é capaz de remover do sistema. São necessários níveis mais elevados de capacidade de arrefecimento para aplicações mais complexas. Um sistema de arrefecimento instalado num servidor de gama média teria uma capacidade de arrefecimento entre 500-1000 W, enquanto um sistema de arrefecimento líquido destinado à computação de alto desempenho excederia os 3000 W.
Nível de ruído (dBA): O nível de ruído é um fator a ter em conta, especialmente no local de trabalho ou em casa. O nível de ruído mais baixo é geralmente melhor para aumentar o conforto e a produtividade. Por exemplo, uma ventoinha de arrefecimento de computador silenciosa pode funcionar a 20-30 dBA, enquanto uma ventoinha de arrefecimento para utilização industrial pode funcionar a 50-60 dBA.

Métrica	Definição	Aplicações industriais e valores típicos
Resistência térmica (°C/W)	A capacidade de um material ou sistema resistir ao fluxo de calor; valores mais baixos indicam uma melhor dissipação de calor.	- Resistência térmica total do dissipador de calor da CPU: 0,1-0,5°C/W (incluindo materiais de interface) - Resistência térmica local do tubo de calor: tão baixa quanto 0,01°C/W
Capacidade de arrefecimento (W)	A quantidade total de calor que uma solução térmica pode remover deve corresponder à carga térmica do dispositivo.	- Pequena eletrónica: <50W - Estações de base 5G: 200-500W - Sistemas de arrefecimento líquido (computação de alto desempenho): >3,000W - Bastidores de servidores: 10-30kW
Nível de ruído (dBA)	Ruído de funcionamento do equipamento, que afecta o conforto no local de trabalho.	- Norma para ambiente de escritório: <45dBA (ISO 7779) - Ventiladores industriais: 50-60dBA - Designs optimizados para o silêncio: podem ser reduzidos para 35dBA (por exemplo, cenários médicos)

Com o conhecimento destes parâmetros, as empresas podem escolher as soluções térmicas que melhor satisfazem as suas necessidades.

Tipos de soluções térmicas para empresas

Sistemas de arrefecimento passivo

Os sistemas de arrefecimento passivo utilizam a transferência natural de calor para remover o calor sem componentes activos. Alguns sistemas de arrefecimento passivo amplamente utilizados são:

Dissipadores de calor: Os dissipadores de calor funcionam através do aumento da área de superfície que pode ser fisicamente contactada para dissipação de calor. São normalmente feitos de materiais com elevada condutividade térmica, como o alumínio ou o cobre, e têm alhetas ou pinos para uma melhor transferência de calor.
Mudança de fase Materiais (PCMs): Os PCMs são materiais que absorvem ou libertam calor durante o processo de fusão e solidificação. A eletrónica pode utilizar estes materiais para estabilizar as temperaturas e reduzir os picos de carga térmica.
Materiais de Interface Térmica (TIMs): Os TIMs servem o objetivo de aumentar a transferência de calor entre o componente e os dissipadores de calor. Preenchem as lacunas e os espaços irregulares de duas superfícies de contacto, melhorando a transferência de calor e atenuando a resistência ao fluxo de calor.

Os sistemas de arrefecimento passivo tornaram-se dominantes quando a necessidade é de soluções de baixo custo que sejam eficientes e fiáveis. No entanto, as empresas que exigem aplicações de elevada densidade de calor podem considerar que os sistemas de arrefecimento passivo não têm capacidade de arrefecimento.

Tecnologias de arrefecimento ativo

O arrefecimento ativo refere-se a tecnologias que requerem peças eléctricas para remover o calor de um sistema. Algumas soluções comuns de arrefecimento ativo incluem:

Ventoinhas de arrefecimento: Na eletrónica, as ventoinhas de arrefecimento provaram ser muito eficazes no fornecimento de arrefecimento por convecção. Forçam o ar sobre os dissipadores de calor e outros componentes para melhorar o arrefecimento. Neste domínio, ACDCFAN destaca-se como líder no desenvolvimento e fabrico de ventiladores de refrigeração compactos concebidos para uma vasta gama de indústrias. A ACDCFAN é especialista na produção de ventiladores AC, EC e DC, assegurando a elevada qualidade e durabilidade dos seus produtos, bem como a flexibilidade para responder a condições específicas, onde são necessários um desempenho superior e fiabilidade.
Arrefecimento líquido: Em comparação com o ar, o líquido é um melhor refrigerante e, por isso, os sistemas de arrefecimento líquido utilizam-no. Utilizam água ou um líquido especial para retirar o calor dos componentes. Estes sistemas ajudam significativamente na circulação do líquido de arrefecimento nos computadores e nos centros de dados.
Refrigeradores termoeléctricos (TECs): Também designados por refrigeradores Peltier, os refrigeradores termoeléctricos utilizam o efeito Peltier para criar um dissipador de calor na superfície oposta. Estes refrigeradores têm amplas aplicações para utilização em consumidores de muito baixa potência, como díodos laser e eletrónica de precisão com controlo de temperatura. Estes dispositivos são comuns em aplicações de pequena escala.

O arrefecimento ativo foi o que mais avançou devido à sua eficiência e eficácia no tratamento de cargas térmicas mais exigentes do que os sistemas passivos. No entanto, estes sistemas requerem serviços de manutenção regulares e consomem eletricidade, dificultando sem esforço os níveis de desempenho ideais.

Abordagens híbridas

Os sistemas de arrefecimento de estratégia mista incluem abordagens de arrefecimento activas e passivas para atingir o objetivo necessário de desempenho, eficiência e custo. Por exemplo, um sistema híbrido pode utilizar um dissipador de calor passivo em conjunto com uma ventoinha de arrefecimento para melhorar ainda mais o arrefecimento.

As necessidades de aplicações específicas podem ser satisfeitas com estas abordagens híbridas devido à sua flexibilidade. A combinação de métodos de arrefecimento activos e passivos permite que as abordagens sejam optimizadas para diferentes condições de funcionamento e densidades de potência.

Desafios e estratégias térmicas específicas do sector

Inovações no arrefecimento de centros de dados

O controlo da temperatura num centro de dados pode ser bastante difícil, uma vez que é considerado um dos sistemas de gestão térmica mais complexos de operar. Os servidores estão a ficar mais densos e potentes e, como resultado, os centros de dados precisam de soluções de arrefecimento com maior capacidade para um desempenho e eficiência energéticos ideais.

Os sistemas baseados em ar são de importância crucial, especialmente para centros de dados pequenos a médios e menos densos. Estes ambientes também requerem ventoinhas de arrefecimento de alta eficiência para mover adequadamente o ar e manter as temperaturas confortáveis. Estas ventoinhas são aplicadas em bastidores de servidores, permutadores de calor, unidades de tratamento de ar, etc., para remover eficazmente o calor. Os ventiladores IoT e de tampa eletrónica fria com controlo de velocidade variável e geometrias de pás optimizadas consomem menos energia, ajudando a melhorar ou, pelo menos, a manter a eficiência de arrefecimento.

Para centros de dados que procuram otimizar a eficiência de arrefecimento, o ACDCFAN ventoinhas para bastidores de servidores oferecem um equilíbrio entre desempenho, fiabilidade e eficácia de custos.

Uma forma inovadora de arrefecer o servidor é a imersão em líquido. Esta técnica consiste em submergir o servidor num líquido dielétrico que extrai diretamente o calor dos componentes. Este método permite uma maior remoção de calor e reduz consideravelmente o consumo de energia, que é necessário para os sistemas tradicionais baseados em ar.

Um novo desenvolvimento no arrefecimento dos centros de dados é a intervenção de algoritmos de inteligência artificial (IA) e de aprendizagem automática (ML) para melhorar dinamicamente o desempenho do arrefecimento. Os sistemas de arrefecimento que utilizam IA podem aumentar ou diminuir a sua potência de arrefecimento com base nos dados recebidos de sensores e monitores para satisfazer exigências térmicas variáveis.

solução de monitorização da temperatura térmica

EV Gestão térmica da bateria

Para alimentar os motores dos veículos eléctricos (VEs), são utilizadas baterias de alta capacidade. Para que estes conjuntos de baterias funcionem de forma eficiente, exalem a máxima segurança e tenham uma longa vida útil, é necessário efetuar uma regulação térmica eficaz.

Os sistemas de arrefecimento por líquido são um método padrão de gestão térmica de baterias de veículos eléctricos. Estes sistemas utilizam um líquido de arrefecimento que passa através de canais ou placas que estão em contacto direto com a bateria e circula para absorver o calor, mantendo a temperatura de funcionamento ideal.

As ventoinhas de arrefecimento têm uma função suplementar na gestão térmica das baterias de veículos eléctricos. Por exemplo, as ventoinhas podem ser utilizadas em conjunto com sistemas de imagem térmica por infravermelhos de arrefecimento líquido para aumentar a circulação de ar por convecção à volta da bateria, melhorando assim a dissipação do calor.

Além disso, as ventoinhas são normalmente utilizadas noutros componentes dos veículos eléctricos, tais como inversores, motores eléctricos e unidades de aquecimento/arrefecimento do habitáculo. As ventoinhas de arrefecimento de alta eficiência para automóveis, como as fabricadas pela ACDCFAN são fabricados tendo em conta o baixo consumo de energia e a elevada fiabilidade e têm um excelente desempenho em veículos eléctricos. Estas ventoinhas ajudam a garantir uma temperatura de funcionamento óptima e melhoram o consumo de energia e o desempenho do veículo.

Seleção da solução térmica correta

Carga térmica Métodos de cálculo

Determinar a carga térmica que precisa de ser dissipada para uma determinada aplicação é crucial antes de selecionar uma solução térmica específica. Existem vários métodos para medir as cargas térmicas:

Métodos analíticos: São técnicas que integram a geometria e as propriedades dos materiais com os sistemas de controlo de calor e as suas fronteiras, de modo a formular uma equação baseada em cálculos sobre a geração e transferência de calor num sistema.
Simulações de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD): Nas simulações CFD, os fluidos em movimento são calculados matematicamente num determinado sistema e os seus valores numéricos fornecem informações sobre o fluxo de ar e o equilíbrio da temperatura.
Medições experimentais: São necessários equipamentos e sensores de calor para testar determinados movimentos operacionais. Esta abordagem ajuda a recolher informações exactas e é ideal para analisar determinados procedimentos e fazer inferências a partir deles.

Uma vez que existem vários métodos para recolher informações sobre a temperatura, a potência térmica e outras restrições do sistema, é agora muito mais fácil para as empresas recolherem informações relevantes que possam estimar com precisão as cargas térmicas, ajudando-as assim a desenvolver soluções térmicas adequadas para diferentes capacidades de arrefecimento.

Adaptabilidade ambiental

O ambiente das operações é uma consideração fundamental na escolha de uma solução térmica. Cada ambiente tem os seus desafios que precisam de ser resolvidos para garantir o bom funcionamento da solução.

Por exemplo, nalguns ambientes industriais adversos, as soluções térmicas podem ter de ser robustas para sobreviverem a vibrações, choques e temperaturas adversas. Em locais exteriores, estas soluções térmicas podem necessitar de proteção contra poeiras, humidade e até corrosão.

Além disso, o desempenho das soluções térmicas pode ser tremendamente afetado pela temperatura e humidade do ambiente. Em ambientes térmicos de calor extremo, a capacidade de arrefecimento das soluções térmicas pode ser limitada. Isto levaria à utilização de sistemas sobredimensionados ou redundantes.

Se as empresas dedicarem tempo a analisar as condições ambientais e escolherem soluções térmicas que estejam preparadas para lidar com esses desafios, conseguem obter um desempenho consistente e eficiente numa miríade de cenários.

solução de gestão térmica para dissipador de calor

O valor do equipamento de refrigeração profissional: Práticas de engenharia da ACDCFAN

O equipamento de arrefecimento profissional não é facilmente ignorado quando se desenvolve uma seleção para uma solução térmica. As ventoinhas normais enfrentam vários problemas no que respeita à utilização de energia, poluição sonora e vida útil. Em primeiro lugar, as ventoinhas típicas têm um elevado consumo de energia, o que representa uma despesa a longo prazo. Em segundo lugar, o ruído pode ser uma preocupação crítica em ambientes específicos que se destinam a actividades silenciosas, o que pode ser prejudicial para a experiência do utilizador. Por último, as ventoinhas normais têm uma durabilidade reduzida, o que leva a uma elevada frequência de substituição e a despesas de manutenção.

A ACDCFAN consegue resolver estes problemas com os nossos desenhos patenteados e técnicas de fabrico avançadas. Os nossos Ventiladores axiais AC podem suportar temperaturas até 150 graus Celsius. Além disso, as nossas ventoinhas DC&EC excedem a fiabilidade e a vida útil das ventoinhas tradicionais em 30.000 - 70.000 horas. Além disso, as nossas tecnologias patenteadas e a construção do motor sem escovas permitem que os nossos ventiladores atinjam condições piores e recebam uma classificação de proteção IP68.

A ACDCFAN fornece soluções de refrigeração profissionais aos seus clientes. A empresa assume o fabrico por contrato e o serviço de marca juntamente com as disposições OEM e ODM. Além disso, os nossos produtos também cumprem as diretivas RoHS e foram aprovados em testes rígidos das certificações UL, CE e TUV para segurança e conformidade ambiental. As soluções de arrefecimento personalizadas podem melhorar o desempenho térmico, reduzir o consumo de energia, aumentar a durabilidade do equipamento, reduzir as emissões de ruído e proporcionar uma vantagem competitiva no mercado.

Conclusão

No atual ambiente de ritmo acelerado, as medidas de arrefecimento eficazes são fundamentais para a gestão das operações comerciais. O princípio da transferência de calor, bem como as diferentes soluções termodinâmicas e as suas particularidades, são necessários para os processos de tomada de decisão específicos da indústria que optimizam os processos térmicos.

Existe uma grande variedade de soluções térmicas que vão desde sistemas de arrefecimento passivos primitivos a tecnologias activas sofisticadas que respondem aos requisitos multifacetados de uma empresa. Com cálculos precisos da carga térmica e considerações ambientais, a maioria das empresas pode alcançar uma eficácia energética, um desempenho ótimo sem paralelo e uma fiabilidade constante.

À medida que as tecnologias em constante evolução entram em ação, o mesmo acontece com a intensidade dos problemas térmicos que as empresas enfrentam. Por conseguinte, o conhecimento das inovações e das melhores práticas na gestão térmica é mais crucial do que nunca. A utilização de soluções térmicas eficazes combinadas com uma gestão térmica proactiva manterá as empresas na vanguarda das suas indústrias.