Qué es un disipador de calor y su importancia

Qué es un disipador de calor y su importancia

Cada componente electrico y electronico en un circuito genera cierta cantidad de calor mientras que el circuito se ejecuta proporcionando fuente de alimentación. Normalmente, dispositivos semiconductores de alta potencia como transistores de poder y la optoelectrónica como la luz emite diodos , los láseres generan calor en cantidades considerables y estos componentes son inadecuados para disipar el calor, ya que su capacidad de disipación es significativamente baja.

Debido a esto, el calentamiento de los componentes conduce a fallas prematuras y puede causar fallas en todo el circuito o en el rendimiento del sistema. Entonces, para vencer estos aspectos negativos, se deben proporcionar disipadores de calor para fines de enfriamiento.


¿Qué es un disipador de calor?

Disipador de calor

Disipador de calor



El disipador de calor es un componente electrónico o un dispositivo de un circuito electrónico que dispersa el calor de otros componentes (principalmente de los transistores de potencia) de un circuito en el medio circundante y los enfría para mejorar su rendimiento, confiabilidad y también evita la falla prematura de los componentes. A efectos de refrigeración, incorpora ventilador o dispositivo de refrigeración.

Principio del disipador de calor

La ley de Fourier de la conducción de calor establece que si un gradiente de temperatura está presente en un cuerpo, entonces el calor se transferirá desde una región de alta temperatura a una región de temperatura permitida, y esto se puede lograr de tres formas diferentes, como por convención, radiación y conducción.

Principio del disipador de calor

Principio del disipador de calor

Siempre que dos objetos con diferente temperatura entran en contacto entre sí, se produce una conducción que hace que las moléculas de movimiento rápido del objeto de alto calor choquen con las moléculas de movimiento lento de los objetos más fríos y, por lo tanto, transfieran energía térmica al objeto más frío. , y esto se denomina conductividad térmica.

De manera similar, el disipador de calor transfiere el calor o la energía térmica de un componente de alta temperatura a un medio de baja temperatura como aire, agua, aceite, etc., por lo general, se utiliza aire como medio de baja temperatura y, si se utiliza agua como medio, entonces se denomina placa fría.


Tipos de disipadores de calor

Los disipadores de calor se clasifican en diferentes categorías según diferentes criterios. Consideremos los tipos principales, a saber, disipadores de calor activos y disipadores de calor pasivos.

Tipos de disipadores de calor

Tipos de disipadores de calor

Disipadores de calor activos

Estos son generalmente de tipo ventilador y utilizan energía para propósitos de enfriamiento. También se pueden denominar como disipadores de calor o ventiladores. Los ventiladores se clasifican además en tipo de cojinete de bolas y tipo de cojinete de manguito. Se prefieren los ventiladores de motor con cojinetes de bolas, ya que su rango de trabajo es más largo y son más baratos cuando se trata de un uso de largo alcance. El rendimiento de este tipo de disipador de calor es excelente, pero no para aplicaciones a largo plazo, ya que constan de piezas móviles y son un poco caras también.

Disipadores de calor pasivos

Estos no poseen ningún componente mecánico y están hechos de radiadores con aletas de aluminio. Estos disipan la energía térmica o el calor mediante el proceso de convección. Estos son más confiables que los disipadores de calor activos y, para un funcionamiento eficiente de los disipadores de calor pasivos, se recomienda mantener un flujo de aire continuo a través de sus aletas.

Disipador de calor de aluminio

Los disipadores de calor generalmente están hechos de metales y el aluminio es el metal más comúnmente utilizado en el disipador de calor.Somos conscientes del hecho de que la conductividad térmica de cada metal es diferente.La conductividad térmica del metal es proporcional a la transferencia de calor en el disipador de calor. . Por tanto, si la conductividad térmica del metal aumenta, entonces la
La capacidad de transferencia de calor del disipador de calor también aumentará.

Disipador de calor de aluminio

Disipador de calor de aluminio

La conductividad térmica del aluminio es de 235 W / mK, es el metal más barato y ligero. Los disipadores de calor de aluminio también se denominan disipadores de calor extruidos, ya que pueden fabricarse mediante extrusión.

Disipadores de calor estampados

Estos están hechos de metales estampados para formar una forma particular. Este sello crea los disipadores de calor cada vez que el metal se mueve a través de la máquina de estampado. Estos son más baratos en comparación con los disipadores de calor extruidos.
Estos se utilizan para aplicaciones de baja potencia y, por lo tanto, tienen un rendimiento bajo.

Mecanizado de disipadores de calor

Estos se fabrican mediante un proceso de mecanizado, con frecuencia se usa una sierra de grupo para quitar un bloque de material para hacer inter aletas con un espaciado preciso. Estos son costosos ya que una gran cantidad de metal puede desperdiciarse en el proceso de fabricación.

Disipadores de calor de aleta unida

Estos se utilizan con frecuencia para aplicaciones físicamente grandes que requieren un rendimiento sensible como soldadura eléctrica y Aplicaciones de ladrillos DC-DC . Estos se fabrican uniendo aletas individuales de un metal a la base de un disipador de calor. Esto se puede hacer de dos métodos, a saber, epoxi térmico que es económico y el otro es mediante soldadura fuerte, que es costoso.

Disipadores de calor de aleta plegada

Estos disipadores de calor de aleta plegada tienen una gran superficie y poseen material disipador de calor plegado, por lo que tienen un rendimiento muy alto y una densidad de flujo de calor muy alta. En estos sumideros, el aire se dirige para que fluya directamente hacia los disipadores de calor a través de algún tipo de conducto. Esto hace que todo sea costoso, ya que el costo de fabricación y los conductos se incluyen en el costo total del fregadero.

Disipadores de calor biselados

Para la fabricación de estos fregaderos se utiliza el proceso de desbaste, que consiste en hacer bloques muy finos de metales, generalmente cobre. Por lo tanto, estos se denominan disipadores de calor biselados. Estos son disipadores de calor de rendimiento medio a alto.

Disipadores de calor forjados

Los metales como el cobre y el aluminio se utilizan para formar disipadores de calor mediante el uso de fuerzas de compresión. Este proceso se denomina proceso de forja. Por lo tanto, se denominan disipadores de calor forjados.

Disipadores de calor de montaje de una sola aleta

Son livianos y se pueden instalar en espacios reducidos. También poseen una capacidad de rendimiento bajo a alto y se pueden utilizar para muchas aplicaciones. Pero el mayor inconveniente es que son un poco caros.

Disipadores de calor estampados

El estampado es un proceso de forjado en frío, pero a veces se puede realizar incluso como un proceso de trabajo en caliente en el que las dimensiones de un artículo se modifican en una matriz. Estos son económicos, de rendimiento medio y están limitados en la gestión del flujo de aire.

Importancia de los disipadores de calor en circuitos electrónicos

  • Un disipador de calor es un intercambiador de calor pasivo y está diseñado para tener una gran superficie en contacto con el medio circundante (enfriamiento) como el aire. Los componentes o partes o dispositivos electrónicos que son insuficientes para moderar su temperatura, requieren disipadores de calor para su enfriamiento. Calor generado por cada elemento o componente del circuito electrónico debe ser disipado para mejorar su confiabilidad y prevenir la falla prematura del componente.
  • Mantiene la estabilidad térmica en los límites de cada sistema eléctrico y componente electronico de cualquier circuito o partes electrónicas de cualquier sistema. El rendimiento del disipador de calor depende de factores como la elección del material, el diseño de la protuberancia, el tratamiento de la superficie y la velocidad del aire.
  • Las unidades centrales de procesamiento y los procesadores gráficos de una computadora también se enfrían usando los disipadores de calor. Los disipadores de calor también se denominan esparcidores de calor, que se utilizan con frecuencia como cubiertas en la memoria de una computadora para disipar su calor.
  • Si no se proporcionan disipadores de calor para circuitos electrónicos, existe la posibilidad de que fallen componentes como transistores, reguladores de voltaje, circuitos integrados, LED y transistores de potencia. Incluso mientras soldar un circuito electrónico , se recomienda utilizar un disipador de calor para evitar el sobrecalentamiento de los elementos.
  • Los disipadores de calor no solo proporcionan disipación de calor, sino que también se utilizan para la gestión de la energía térmica mediante la disipación del calor cuando el calor es mayor. En caso de bajas temperaturas, los disipadores de calor están destinados a proporcionar calor liberando energía térmica para el correcto funcionamiento del circuito.

Selección de disipador de calor

Para la selección del disipador de calor, debemos considerar los siguientes cálculos matemáticos:

Considerar

P: tasa de disipación de calor en vatios

T_j: Temperatura máxima de unión del dispositivo en 0C

T_c: temperatura de la carcasa del dispositivo en 0C

T_a: temperatura ambiente del aire a 0 ° C

T_s: temperatura máxima del disipador de calor ubicado en el extremo más ordenado del dispositivo en 0C

La resistencia térmica puede estar dada por

R = ∆T / Q

La resistencia eléctrica viene dada por

R_e = ∆V / I

La resistencia térmica entre la unión y la carcasa del dispositivo viene dada por

R_jc = (∆T_jc) / Q

El caso de resistencia al hundimiento viene dado por

R_cs = (∆T_cs) / Q

El hundimiento a la resistencia ambiental viene dado por

R_sa = (∆T_sa) / Q

Por lo tanto, la unión a la resistencia ambiental está dada por

R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q

Ahora, la resistencia térmica requerida del disipador de calor es

R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs

En la ecuación anterior, los valores de T_j, Q y R_jc los fija el fabricante y los valores de T_a y R_cs los define el usuario.

Por lo tanto, la resistencia térmica del disipador de calor para la aplicación debe ser menor o igual al R_sa calculado anteriormente.

Al seleccionar el disipador de calor, se deben tener en cuenta varios parámetros, como el balance térmico permitido para los disipadores de calor, la condición del flujo de aire (flujo natural, flujo mixto de flujo bajo, convección forzada de flujo alto).

El volumen del disipador de calor se puede determinar dividiendo la resistencia térmica volumétrica por la resistencia térmica requerida. El rango de resistencia térmica volumétrica es el siguiente en la tabla que se muestra a continuación.

Rango de resistencia térmica volumétrica
El siguiente gráfico muestra la variación en el tamaño del disipador de calor de aluminio y la resistencia térmica como un ejemplo de cómo elegir el disipador de calor en función de la resistencia térmica.

Área vs resistencia térmica del disipador de calor

Área vs resistencia térmica del disipador de calor

Este artículo analiza brevemente sobre el disipador de calor, los diferentes tipos de disipadores de calor y la importancia del disipador de calor en los circuitos electrónicos. Para másinformación sobre los disipadores de calor, envíe sus consultas porcomentando a continuación.

Créditos fotográficos: