¿Qué es un disipador de calor y cómo funciona?

Los dispositivos electrónicos modernos están de moda. Así es como los disipadores de calor los mantienen fríos para que los usemos.

El sobrecalentamiento es problemático para sus dispositivos; por eso, la eliminación del calor es vital para controlar la temperatura de los dispositivos electrónicos o fuentes de calor similares.

Los disipadores de calor se utilizan en dispositivos electrónicos para disipar la energía térmica en el medio ambiente y para enfriar sus dispositivos. Pero, ¿qué es exactamente un disipador de calor y cómo funciona?

En la era moderna, estamos rodeados de dispositivos y sistemas electrónicos. Desde un chip de microprocesador hasta una estación transceptora base (BTS) para sistemas de comunicación móvil, los productos electrónicos necesitan energía eléctrica para funcionar.

Si bien parte de esa energía se usa para operar el dispositivo, el resto se disipa (dependiendo de la eficiencia del dispositivo), principalmente en forma de calor.

Sin embargo, debido a la miniaturización de los dispositivos, los dispositivos electrónicos no pueden acumular calor y necesitan disipar esta energía térmica en el medio ambiente. Para este propósito, a menudo se usan disipadores de calor.

Un disipador de calor es una pieza aplicada a un dispositivo electrónico caliente para absorber su calor por conducción y luego arrojar esta energía al medio ambiente por convección y radiación. Una estructura común de un disipador de calor es como se muestra a continuación:

Los dispositivos electrónicos están diseñados de tal manera que se utiliza una interfaz mínima y materiales termoconductores para conectar una fuente generadora de calor y un disipador de calor para que el calor no se acumule dentro del dispositivo. Los disipadores de calor están diseñados para proporcionar una ruta de baja resistencia térmica a los dispositivos para la eliminación de calor.

Los disipadores de calor están hechos de materiales termoconductores, más comúnmente de aluminio (conductividad térmica: 237 W/m·K). El aluminio es un metal de bajo costo en comparación con otros materiales térmicamente conductores como la plata y el oro.

El calor de una carcasa electrónica relativamente pequeña es absorbido por una placa de metal plana a través de la conducción. La conducción a menudo se facilita aplicando una pasta térmica entre la carcasa exterior del dispositivo electrónico y el disipador de calor. Esto asegura un contacto físico adecuado con pasta de alta conductividad térmica.

El calor de una carcasa electrónica relativamente más pequeña está destinado a propagarse en la superficie del disipador de calor más grande a través de la conducción.

Sin embargo, la energía térmica sufre una resistencia al calor que se propaga cuando un área de superficie más pequeña de la fuente de calor entra en contacto físico con un área de superficie más grande del disipador de calor. Por eso es importante controlar la resistencia a la propagación eligiendo el grosor de contacto adecuado de la placa base del disipador de calor.

Un disipador de calor con mínima resistencia a la difusión asegura que el calor se distribuya casi uniformemente en la placa base y las aletas. Por lo tanto, el área superficial del disipador de calor se utiliza eficientemente. Sin embargo, el cálculo de la resistencia a la propagación está fuera del alcance de este artículo.

En el otro lado de la placa base del disipador de calor, se utilizan muchas aletas metálicas para proporcionar una mayor superficie para la convección térmica del calor. Las aletas no se colocan demasiado juntas ya que esto puede dificultar la capacidad del fluido, es decir, el aire, en la mayoría de los casos, de fluir libremente entre las aletas para disipar el calor.

El calor distribuido uniformemente en la base del disipador de calor utiliza toda el área de la superficie proporcionada por las aletas para arrojar calor al aire ambiente mediante convección natural o convección de aire forzado.

La convección natural es un proceso en el que el aire ambiente se lleva la energía térmica de las aletas del disipador de calor utilizando el flujo natural del fluido, es decir, sin aplicar presión a través de una fuente externa. En este proceso, el flujo o la velocidad de las moléculas de fluido es lento.

En el método de convección forzada para el intercambio de calor, se utiliza un soplador o ventilador para aumentar la velocidad del flujo de fluido a través de la superficie de las aletas del disipador de calor. Se puede utilizar un ventilador de CC o PWM.

El aumento del flujo de aire da como resultado que se lleve más calor del disipador de calor. Por lo general, la convección forzada se usa en casos en los que se requiere eliminar una gran cantidad de energía térmica o en un diseño que requiere un disipador de calor más pequeño.

Junto con la convección, la radiación de calor del disipador de calor también es muy útil para eliminar el calor del disipador de calor. Por lo general, los disipadores de calor son de color negro, lo que aumenta su capacidad de radiación térmica.

Un disipador de calor es un dispositivo esencial para el funcionamiento confiable de un dispositivo electrónico. Sin ellos, nuestros teléfonos inteligentes avanzados, computadoras de alta potencia e incluso las luces LED no funcionarán según lo previsto debido al sobrecalentamiento.

Ummara es redactora del personal de MUO cuyo trabajo se centra principalmente en Linux. Es licenciada en Ingeniería de Telecomunicaciones y lleva unos 3 años escribiendo sobre Linux.