Las últimas tendencias de electrificación impulsan los productos a contener componentes eléctricos más potentes y compactos, lo que genera desafíos adicionales de gestión térmica para mantener o mejorar el rendimiento, la confiabilidad y la vida útil. Los diseñadores y fabricantes de productos deben mantener temperaturas optimizadas de la fuente de calor para garantizar que estos dispositivos funcionen de manera eficiente y sigan siendo confiables a lo largo del tiempo. Una forma de optimizar las temperaturas de los dispositivos es mediante una gestión térmica eficaz.
¿Qué es la gestión térmica?
La gestión térmica es el proceso de gestionar el calor dentro de un sistema para garantizar un funcionamiento eficiente y seguro. Al diseñar e implementar técnicas que aprovechan la conducción, la convección y la radiación, la gestión térmica ayuda a regular la temperatura del dispositivo o sistema al eliminar o disipar el exceso de calor.
La gestión térmica es esencial para muchos tipos de dispositivos y sistemas, incluidos dispositivos electrónicos, vehículos, centrales eléctricas, sistemas de imágenes y sistemas informáticos de alto rendimiento. Sin una gestión térmica adecuada, estos dispositivos pueden sobrecalentarse, lo que reduce el rendimiento, acorta la vida útil y puede dañar los componentes.
Las técnicas eficaces de gestión térmica, como los disipadores de calor, los ventiladores, los sistemas de refrigeración líquida y los materiales de interfaz térmica, permiten que los dispositivos y sistemas funcionen de forma segura, rindan al máximo y tengan una vida útil más larga.
Técnicas de gestión térmica
La mayoría de los sistemas utilizan una combinación de técnicas de gestión térmica, por lo que estas soluciones se clasifican en función del método de enfriamiento principal utilizado en el sistema. La categorización se basa generalmente en el fluido de trabajo y el tipo de convección en el sistema de refrigeración.
Refrigeración por aire, refrigeración líquida y refrigeración bifásica
Las soluciones de gestión térmica se clasifican en refrigeración por aire, refrigeración líquida y refrigeración bifásica en función del fluido de trabajo utilizado. Si bien la refrigeración por aire suele ser la solución más sencilla y rentable, las soluciones de refrigeración líquida y refrigeración bifásica proporcionan una transferencia de calor más eficiente y son más adecuadas para aplicaciones de alto rendimiento.
Sin embargo, la refrigeración líquida puede tener complicaciones potenciales con la compatibilidad y el mantenimiento, y las soluciones de refrigeración bifásicas pueden requerir consideraciones de diseño adicionales para gestionar la interfaz vapor-líquido. La mejor solución de gestión térmica depende de las necesidades específicas de la aplicación y de las compensaciones entre rendimiento, coste y complejidad.
Enfriamiento por conducción
Los sistemas que no utilizan ningún fluido se consideran soluciones de enfriamiento por conducción. Estas soluciones de gestión térmica se basan en la conductividad térmica de los materiales para transportar eficazmente el calor lejos de una fuente. La mayoría de los sistemas de aire, líquidos y bifásicos tienen algún nivel de conducción de calor dentro de sus componentes, pero dependen más del movimiento del fluido para mover el calor. Convección natural y convección forzada
Según el tipo de convección, una solución de gestión térmica se clasifica en convección natural (solución pasiva) o convección forzada (solución activa). La convección natural se basa en el flujo natural de aire o líquido alrededor de una fuente de calor para disipar el calor y se produce debido a las diferencias de temperatura entre la fuente de calor y el entorno circundante. Mientras que la convección forzada utiliza un ventilador o soplador, una bomba u otro dispositivo mecánico para hacer circular aire o líquido alrededor de la fuente de calor, lo que mejora la transferencia de calor y la eficiencia de enfriamiento
La refrigeración por aire y la refrigeración bifásica aprovechan las configuraciones activas y pasivas, pero las soluciones de refrigeración líquida son principalmente soluciones activas.
¿Por qué es importante la gestión térmica?
La incorporación de la gestión térmica en el proceso de diseño ayuda a evitar costosos rediseños o reparaciones. Industrias como la médica, aeroespacial, de defensa y de movilidad eléctrica tienen estrictos requisitos regulatorios para la gestión térmica. El incumplimiento de estos requisitos tiene consecuencias legales, multas o incluso la pérdida de la vida.
Una gestión térmica ineficiente conduce a un mayor consumo de energía, lo que no solo afecta el rendimiento y la vida útil del dispositivo, sino que también tiene un impacto negativo en el medio ambiente. Este es un enfoque de diseño importante para industrias como los centros de datos y la computación de alta potencia. Al diseñar dispositivos teniendo en cuenta la gestión térmica, se puede minimizar el consumo de energía, lo que conduce a un producto más sostenible.
La temperatura táctil es un factor importante en la experiencia del usuario de un producto. Si un dispositivo o un componente está demasiado caliente al tacto, existe el riesgo de quemaduras u otras lesiones para el usuario final. Esto también puede dar lugar a una cobertura negativa de los medios de comunicación, un posible daño al valor de la marca y otras responsabilidades legales.
En general, la gestión térmica debe ser una parte integral del proceso de diseño para garantizar un funcionamiento fiable y seguro, el cumplimiento de los requisitos reglamentarios, el ahorro de costes, la sostenibilidad medioambiental y la reputación de la marca.
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