Baterías generativas de IA y EV: ¿por qué refrigeración líquida?
El avance de tecnologías como la inteligencia artificial (IA) de alto rendimiento y las baterías de los vehículos eléctricos (VE) consumen más energía. Más energía genera más calor residual, tanto que los innovadores de la IA generativa y las baterías EV están cambiando a la refrigeración líquida. Exploraremos por qué la refrigeración líquida es una parte fundamental de esta conversación.
Capacidad calorífica del aire frente al líquido
En el nivel más básico, la refrigeración líquida tiene una mayor capacidad (Cp) para absorber el calor que la refrigeración por aire. La capacidad calorífica mide cuánta energía (julios) se necesita para aumentar una masa (gramos) a una temperatura específica (Kelvin / Celsius). A temperatura ambiente:
El agua absorbe 4 veces más energía que el aire para aumentar la misma temperatura.
Cp aire = 1,0035 J/gK
Cp agua = 4,1813 J/gK
Cp etilenglicol = 2,36 J/gK
Cp propilenglicol = 2,5 J/gK
Mayor capacidad calorífica = refrigeración más eficiente y de mayor capacidad.
Densidad del aire versus líquidos
Los líquidos son mucho más densos que el aire. Mayor densidad significa que hay más masa líquida en un volumen definido de la que habría masa de aire. Comparando la densidad (ρ) del aire frente al agua, la densidad del agua es de magnitudes más altas que el aire.
¡El agua tiene 829 veces la masa de aire en el mismo espacio! Otra forma de verlo, necesitaría 829 cm³ de aire para pesar lo mismo que 1 cm³ de agua. Eso es como un juego de dados que pesan lo mismo que 9 latas de aluminio de 12 onzas.
Densidad del aire = 0,001204 g/cm³
Densidad del agua = 0,9982067 g/cm³
Mayor capacidad calorífica y densidad trabajan juntos
El borde de la refrigeración líquida no proviene de su alta capacidad calorífica o densidad de forma independiente. La combinación de estas dos propiedades hace que el líquido sea una poderosa solución de enfriamiento.
La mayoría de las aplicaciones están restringidas por la cantidad de espacio disponible para la refrigeración. Aquí hay un ejemplo:
Mantendremos el volumen constante para comparar; Supongamos que tenemos 100 cm³ para simplificar.
- En 100 cm³, podemos tener 0,12 g de aire o 99,8 g de agua.
- 0.12g de aire pueden absorber 0.12 Joules de energía antes de que aumente 1 grados centígrados
- 99.8g de agua pueden absorber 417 Joules de energía antes de que aumente 1 grados centígrados
Eso es más de 3000 veces más calor absorbido en el mismo volumen.
¿Por qué no se utiliza la refrigeración líquida para todo?
La refrigeración líquida puede enfriar más y más rápido que el aire, pero viene con sus propios desafíos. El aire está fácilmente disponible. El aire solo requiere ventiladores, sopladores, conductos o desconcertantes de aire para controlar el flujo. El líquido no está disponible fácil y abundantemente en todas partes. La refrigeración líquida requiere tubos, colectores, bombas y accesorios para hacer circular el líquido. El líquido presenta un riesgo de fugas y daños por agua que se puede prevenir con sensores inteligentes, software y redundancias del sistema, pero esto aumenta la complejidad de la infraestructura. La alta densidad también significa que el líquido es más difícil de mover en comparación con el aire. Los sistemas de líquidos se mueven más lentamente o requieren sistemas de bombeo más potentes.
Los innovadores en baterías generativas de IA y EV recurren a la refrigeración líquida cuando las demandas térmicas superan lo que es factible con la refrigeración por aire. La necesidad de un mayor rendimiento supera las complejidades adicionales del sistema y la infraestructura de liquid.
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