Disipadores de calor explicados: Claves y tipos para refrigeración óptima

La forma más popular de gestión térmica en maquinaria y tecnología modernas es usar un disipador de calor (heat sink). Los disipadores han demostrado ser asequibles y muy efectivos. Sin embargo, pese a sus impresionantes funciones, la mayoría de ingenieros tienden a pasar por alto su uso para prevenir disipación de potencia.

Este artículo explica cómo funciona el disipador e introduce los dos tipos principales.

¿Qué es un disipador de calor?

Un disipador es componente electrónico que evita que componentes en una placa de circuito se frían por aumento de capacidad térmica. Está hecho de placas frías de materiales con buena conductividad térmica.

Generalmente, sus componentes aumentan y dirigen el flujo de calor lejos de un dispositivo caliente ampliando su área de trabajo. Luego, expande el fluido que atraviesa el área ensanchada, elevando la tasa de disipación térmica.

¿Cómo funciona el disipador de calor?

Un disipador de doble cara opera alejando calor de un componente crítico en el compuesto del disipador. Según configuraciones, su operación tiene cuatro pasos básicos.

• Cuando la fuente genera calor

La fuente es un sistema electrónico que genera calor. Este calor debe salir para que el sistema funcione eficientemente. Usa spreader térmico y pasta térmica para eficiencia de transferencia. El spreader mueve calor de área concentrada al disipador.

• Cuando necesitas transferir calor lejos de la fuente

Principalmente, usa heat pipes. Pero en contacto directo con componentes que generan calor, asegúrate de conectar disipador o spreader.

El calor creado por estos componentes eventualmente viaja al compuesto térmico. Luego, el disipador dirige el calor lejos de la fuente por conducción natural.

La conducción natural solo es eficiente si los materiales del disipador son buena conductividad térmica. Aluminio y cobre son ampliamente usados para mejorar rendimiento.

• Cuando el calor se extiende por todo el disipador

Por conducción natural, el calor viaja naturalmente a través de gradiente térmico: de zona alta temperatura a baja.

• Cuando el calor se aleja del disipador

Este paso depende del fluido presente y gradiente térmico del disipador. Ejemplo: al pasar fluido por la superficie, usa convección y difusión térmica. Ambos procesos alejan calor al ambiente. El gradiente térmico ayuda a llevar calor lejos de la superficie.

Siempre, la temperatura ambiente debe ser más fría que el disipador. Si no, no habrá convección ni gradiente térmico. Este paso usa área superficial: área más ancha crea convección y difusión.

Tipos de disipador de calor

• Disipadores pasivos

Dependen fuertemente de convección natural. Esta solo ocurre si hay flujo de aire activo en el sistema. No necesitan sistemas de control ni fuente alimentación externa para alejar aire caliente.

Los dispositivos no siempre tienen flujo de aire. Así, este disipador tiene menor rendimiento térmico que uno activo, sobre todo cuando el dispositivo tiene calor excesivo que disipar pero carece de flujo de aire.

• Disipadores activos

Usan condiciones externas de refrigeración para aumentar flujo fluido sobre superficie caliente en sistemas electrónicos. Ejemplo: ventilador gira enviando aire sobre disipador espuma aluminio, forzando aire sin calentar a recorrer superficie. Aumenta gradiente térmico, refrigeración eficiente permitiendo más calor salga del sistema.

¿Cuál es el disipador más eficiente?

Un disipador de aletas planas (planar fin) de aluminio o sustrato aluminio es el más usado. El aluminio tiene características que lo hacen mejor que placas cobre o disipadores plata: fácil maleabilidad, asequible, resistencia corrosión/eléctrica, excelente conductividad térmica/eléctrica, menos peso.

Breve introducción al sustrato de aluminio

Un sustrato aluminio es simplemente una aleación. Aunque el aluminio sin recubrimiento exhibe excelente resistencia corrosión, capas a veces dan protección extra en entornos térmicos seleccionados. Recubrir aluminio con materiales avanzados como plata mejora conductividad térmica y estética. Vital para sistemas electrónicos con gran capacidad térmica.

Cómo usar un disipador de aluminio

• Chasis robot aluminio

El chasis robot sostiene todos los componentes eléctricos. Deben ser lo más ligeros posible. La batería que alimenta el robot genera calor entre componentes en detalles diseño eléctrico. Para mitigar calor, necesitas disipador.

• Raspberry Pi

Raspberry Pi en condiciones normales funciona bien por throttling software que mantiene temperaturas seguras, sin disipador. Pero si haces overclock o software personalizado, disipador de calidad es necesario para circuito eléctrico.

Overclock causa pérdida rendimiento por disipación calor. Colocar disipador sobre/cerca del componente que genera calor excesivo reduce throttling.

Resumen

Un disipador tiene excelentes características que lo hacen componente electrónico fiable y fácil de usar. Esperamos que este artículo cubriera todo lo que necesitabas saber.

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