¿Qué son los disipadores de calor y cómo se fabrican?

Los dispositivos electrónicos como las computadoras personales generan calor a medida que se operan. La electricidad corre a través de los diversos cables y componentes del dispositivo, encontrando resistencia a medida que avanza, y esta resistencia genera calor , elevando rápidamente la temperatura del dispositivo.

Si no se controla, este calor puede tener consecuencias desastrosas para el dispositivo:componentes como la unidad central de procesamiento (CPU) son frágiles y no pueden soportar temperaturas extremadamente altas; por lo tanto, el sobrecalentamiento puede provocar un mal funcionamiento o daños permanentes.

Afortunadamente, muchos dispositivos electrónicos y mecánicos evitan este problema mediante el uso de disipadores de calor (o disipadores):componentes especiales que disipan el calor de áreas importantes del dispositivo para mantenerlo fresco y en funcionamiento.

A pesar de su pequeño tamaño, los disipadores de calor son componentes increíblemente importantes y se pueden fabricar de muchas maneras diferentes. Este artículo analiza cómo funcionan los disipadores de calor, las ventajas de los disipadores de calor, los diferentes tipos de disipadores de calor y cómo se fabrican los disipadores de calor.

¿Qué es un disipador de calor?

Un disipador de calor es una especie de intercambiador de calor pasivo cuya función es regular la temperatura de un dispositivo electrónico o mecánico. Transfiere calor de un componente generador de calor a un fluido (aire o refrigerante líquido), lo que permite que el calor se disipe lejos del dispositivo.

Los disipadores de calor funcionan mediante el uso de un conductor térmico para quitar el calor de una fuente de calor, atrayéndolo hacia su propia gran superficie que entra en contacto con el medio de refrigeración, es decir, el aire u otro fluido. La necesidad de un área de superficie grande es la razón por la cual los disipadores de calor generalmente consisten en una base conectada a varias aletas o clavijas muy estrechas:esta forma es la mejor manera de colocar la mayor área de superficie posible en un volumen dado.

Usados ​​en una variedad de industrias, los disipadores de calor a menudo se usan para enfriar componentes de computadora como CPU y GPU, así como transistores de potencia y láseres.

Determinar si se necesita un disipador de calor, y qué tipo de disipador de calor, implica establecer la temperatura máxima de funcionamiento de la unión de un circuito. Si se supera la temperatura de funcionamiento, se producirá un mal funcionamiento o la rotura de una pieza. En general, los componentes con una temperatura máxima de funcionamiento más baja (o aquellos que simplemente generan mucho calor) requieren disipadores de calor más efectivos.

Ventajas de los disipadores de calor

La función principal de un disipador de calor es regular la temperatura y evitar el sobrecalentamiento. Esto proporciona ventajas como las siguientes:

• Evitar el sobrecalentamiento
• Evitar fallas o roturas de piezas
• Proporciona calor en caso de que la temperatura baje demasiado

Tipos de disipadores de calor

Los disipadores de calor generalmente consisten en una base sólida con protuberancias que sobresalen. Pero la forma y el tamaño de estas protuberancias afectan el rendimiento del disipador de calor. Las variedades de disipadores de calor más comunes incluyen:

• Disipador de calor tipo clavija :Los disipadores de calor con aleta de clavija tienen clavijas que se extienden desde la base. Ofrecen el área de superficie más grande de todos los tipos de disipadores de calor y son mejores en situaciones de bajo flujo de aire (o flujo de aire aleatorio/multidireccional). Los pines pueden tener diferentes formas:
  • Cilíndrico
  • Elíptica
  • Cuadrado
• Disipador de calor de aleta de placa :Más comunes que los disipadores de calor con aletas, los disipadores de calor con aletas de placa tienen aletas rectangulares que se extienden desde la base. Son el mejor tipo de disipador de calor cuando el flujo de aire es unidireccional.
• Disipador de calor con aletas acampanadas :Una variación del disipador de calor de aletas de placa, los disipadores de calor de aletas acampanadas tienen una disposición de aletas acampanadas y reducen la resistencia al flujo.

Algunos disipadores de calor tienen ventiladores adjuntos , y los disipadores de calor de este tipo pueden denominarse disipadores de calor activos o disipadores de calor enfriados por ventilador. Los que no tienen ventiladores pueden llamarse disipadores de calor pasivos. Los ventiladores proporcionan una fuente constante de flujo de aire, lo que mejora la funcionalidad del disipador de calor.

Materiales disipadores de calor

Los disipadores de calor suelen estar hechos de aleaciones de aluminio o cobre, y el material suele estar determinado por la aplicación, la intensidad del calor, el método de producción y el presupuesto.

Aluminio Los disipadores de calor generalmente están hechos de aluminio 1050 (muy conductivo térmicamente pero de baja resistencia) o aluminio 6060, 6061 o 6063 (menos conductivo pero con mejores propiedades mecánicas). Los disipadores de calor más asequibles suelen estar hechos de aleación de aluminio.

Cobre Los disipadores de calor ofrecen una excelente conductividad térmica (es dos veces más conductivo que el aluminio), así como resistencia a la corrosión, resistencia antimicrobiana y otras propiedades deseables. Esto hace que los disipadores de calor de cobre sean una opción premium; sin embargo, el cobre es más caro que las aleaciones de aluminio y, en general, más difícil de moldear.

Métodos de fijación del disipador de calor

El método de fijación del disipador de calor es la forma en que el disipador de calor se monta en el componente cuya temperatura intenta regular, p. la CPU de una computadora.

Los métodos de fijación incluyen cinta termoconductora (para disipadores de calor de poca masa), epoxi (unión mecánica fuerte pero irreversible), clips, clips en Z con forma de alambre, pasadores de presión de latón/plástico o separadores roscados (para disipadores de calor muy grandes). /P>

Factores que afectan el rendimiento del disipador de calor

Varias variables afectan el rendimiento de un disipador de calor y su eficacia para disipar el calor de un componente como una CPU. Los factores importantes de rendimiento del disipador de calor incluyen:

• La conductividad térmica del material del disipador de calor (por ejemplo, cobre o aleación de aluminio)
• El tamaño del disipador de calor
• El tipo, número y disposición de las aletas en el disipador de calor
• El tamaño de los conductos entre cada aleta
• El coeficiente de transferencia de calor
• La tasa de flujo de aire

Cómo hacer disipadores de calor

¿Cómo se hace un disipador de calor? Eso depende de varios factores, como el tamaño y el material de su disipador de calor, y el tipo de fabricante que lo fabrica. La fabricación de disipadores de calor puede involucrar una variedad de tecnologías de producción, incluida la fundición y el fresado CNC.

Extrusión

La extrusión, el proceso de forzar palanquillas de metal caliente a través de una matriz de acero, es la forma más común de fabricar disipadores de calor de aluminio. Es un método rápido, eficaz y económico para fabricar disipadores de calor con materiales dúctiles como el aluminio 1050. Los disipadores de calor de aluminio extruido normalmente se anodizan antes de su uso.

Recorte

Skiving o escarpado, el proceso de cortar material en rebanadas, es un proceso de fabricación común para la producción de disipadores de calor de aletas planas y aletas acampanadas. El proceso permite obtener aletas más delgadas y compactas que la extrusión, y también proporciona un nivel o rugosidad de la superficie, lo que aumenta ligeramente el área de la superficie total.

Reparto

La fundición, el proceso de verter metal fundido en un molde, es otra forma de fabricar disipadores de calor:aluminio o cobre. Los disipadores de calor de fundición a presión pueden tener un alto nivel de complejidad y ofrecer excelentes propiedades mecánicas. La fundición a presión también se usa a veces para fabricar disipadores de calor de zinc.

Fresado

El fresado, el proceso sustractivo de cortar material de una pieza de trabajo en blanco, es una forma asequible de fabricar disipadores de calor con prácticamente cualquier forma geométrica, a partir de materiales como aleaciones de aluminio. Los disipadores de calor fresados ​​(o disipadores de calor maquinados) pueden ser más costosos que las alternativas, especialmente en grandes cantidades, pero también se pueden fabricar muy rápidamente. Obtenga más información sobre el mecanizado de aluminio.

Impresión 3D

Los avances recientes en la fabricación aditiva de cobre han hecho que los disipadores de calor impresos en 3D sean una alternativa viable a sus contrapartes tradicionales. Las tecnologías de deposición de energía dirigida y fusión de lecho de polvo se han utilizado con mayor éxito para este propósito.

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