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Un disipador de calor fundido a presión utiliza el proceso de fundición forzando el metal fundido bajo alta presión hacia una cavidad moldeada. La cavidad moldeada del disipador de calor fundido a presión se crea utilizando una matriz de acero para herramientas endurecido que se mecaniza cuidadosamente en una forma predeterminada. El equipo de fundición y las matrices metálicas representan un gran coste de capital que tiende a limitar el proceso a aplicaciones de producción de gran volumen.
Beneficios del disipador de calor fundido a presión
Los disipadores de calor ayudan a mantener una temperatura de funcionamiento constante, lo que ayuda a mejorar la confiabilidad de un dispositivo.
Los disipadores de calor eliminan el calor residual de un dispositivo que, de otro modo, reduciría su vida útil.
Los dispositivos como las CPU, por ejemplo, funcionan con mayor eficacia cuando están fríos. Un disipador de calor eficaz puede mejorar el rendimiento de un dispositivo.
Si se puede utilizar un disipador de calor pasivo, es posible que no sea necesario un ventilador de refrigeración. En última instancia, esto reducirá el ruido del dispositivo.
Un disipador de calor permite el uso de componentes más baratos para hacer el mismo trabajo, lo que resulta en un costo de producción y un precio generales más bajos para los consumidores.
Disipadores de calor pasivos
Un disipador de calor pasivo es el tipo más simple de disipador de calor. Es simplemente una base con aletas. El calor se transfiere principalmente por convección natural. A medida que el aire alrededor de las aletas se calienta por conducción, el aire caliente aumentará, lo que hará que el aire más frío reemplace al aire caliente. Este es un proceso continuo. Este tipo de disipadores de calor no son los más efectivos.
Disipadores de calor híbridos
Un disipador de calor híbrido utiliza un sistema de control para decidir cuándo emplear un comportamiento pasivo o activo. Cuando la fuente de calor produce niveles bajos de calor, el ventilador o la bomba no se enciende, porque la convección natural es suficiente para transferir la cantidad requerida de calor lejos de la fuente de calor. Cuando la convección natural no es adecuada, se activa el ventilador y la convección forzada ayuda a aumentar la cantidad de calor transferido fuera de la fuente.
Disipadores de calor activos
Un disipador de calor activo utiliza la convección forzada para transferir calor. Cuando un ventilador o bomba provoca un flujo de fluido sobre el disipador de calor, este flujo constante sigue reemplazando el fluido caliente alrededor del disipador de calor con fluido más frío. Cuanto mayor sea el caudal, mayor será la tasa de transferencia de calor. Los disipadores de calor activos son más eficaces que los disipadores de calor pasivos.
Material del disipador de calor fundido a presión
Los disipadores de calor fundidos están fabricados con materiales con alta conductividad térmica. Los más comunes se enumeran a continuación.
Aluminio:El aluminio es un material ligero, económico y con buena conductividad térmica. Se utiliza habitualmente en disipadores de calor para dispositivos electrónicos, como ordenadores y luces LED.
Cobre:El cobre tiene una excelente conductividad térmica y puede usarse en componentes más sensibles como las CPU de las computadoras.
Aleaciones de aluminio:Puede ser difícil trabajar con aluminio puro porque es demasiado blando; las aleaciones de aluminio como el 1050 tienen una mayor resistencia sin afectar significativamente la transferencia de calor, mientras que las aleaciones de la serie 6 son aún más fuertes pero sacrifican la conductividad térmica.
Grafito:El grafito tiene una conductividad cercana a la del cobre pero es significativamente más ligero.
Diamante:El diamante tiene una conductividad térmica significativamente mejor que el cobre; sin embargo, su costo lo hace poco práctico en la mayoría de las aplicaciones; generalmente se usa en aplicaciones de semiconductores.
Aplicación del disipador de calor fundido a presión
Procesadores de computadora
Los procesadores de computadora (CPU) producen una gran cantidad de calor residual durante su funcionamiento. A menudo emplean disipadores de calor de cobre con un ventilador de refrigeración activo. Las CPU frías pueden funcionar de forma más eficaz.
Iluminación LED
Las luces LED no producen calor de la misma manera que lo hace una bombilla incandescente. Sin embargo, la electrónica utilizada para hacer funcionar un LED produce una gran cantidad de calor residual que debe ser transferido. Los LED pequeños suelen utilizar disipadores de calor pasivos.
Electrónica de potencia
Las fuentes de alimentación convierten la energía de CA en energía de CC para electrónica de consumo. Este proceso de conversión es ineficiente y produce algo de calor residual que puede reducir la vida útil de la unidad de suministro de energía. Los disipadores de calor en la electrónica de potencia a veces emplean refrigeración híbrida y utilizan disipadores de calor de aluminio para reducir costos.
Industria automotriz
Además de los disipadores de calor utilizados en los circuitos de control de los vehículos, los disipadores de calor también se utilizan para mantener fríos los motores eléctricos durante el funcionamiento, así como para enfriar los cargadores a bordo de los vehículos eléctricos.
Industria aeroespacial
Los disipadores de calor se pueden encontrar en los circuitos de control utilizados en aplicaciones aeroespaciales. También se utilizan en naves espaciales para transferir calor al vacío del espacio. Sin embargo, estos disipadores de calor transfieren calor únicamente a través de radiación, ya que no hay fluido caloportador en el espacio.
Electrónica de consumo
La electrónica de consumo hace un uso extensivo de disipadores de calor para mantener los dispositivos frescos y funcionando de manera eficiente. Los ejemplos típicos incluyen los disipadores de calor de las computadoras y los teléfonos móviles.
En el proceso de fabricación de un disipador térmico de fundición a presión, se requieren dos mitades de un troquel. Una mitad se llama "mitad de matriz de cubierta" y la otra se llama "mitad de matriz de expulsión". Se crea una línea de separación en la parte donde se unen las dos mitades del troquel. El troquel está diseñado de manera que la pieza fundida terminada se deslice fuera de la mitad de la cubierta del troquel y permanezca en la mitad del expulsor cuando se abre el troquel. La mitad eyectora contiene pasadores eyectores para empujar la pieza fundida fuera de la mitad del troquel eyector. Para evitar daños a la pieza fundida, una placa de pasador expulsor expulsa con precisión todos los pasadores del troquel expulsor al mismo tiempo y con la misma fuerza. La placa del pasador expulsor también retrae los pasadores después de expulsar la pieza fundida para preparar el siguiente disparo.
Extrusión
La extrusión, el proceso de forzar palanquillas de metal calientes 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 a partir de materiales dúctiles como el aluminio 1050. Los disipadores de calor de aluminio extruido suelen anodizarse antes de su uso.
esquivar
El raspado o escarpado, el proceso de cortar material en rodajas, es un proceso de fabricación común para la producción de disipadores de calor con aletas de placa y aletas acampanadas. El proceso permite aletas más delgadas y más juntas que la extrusión, y también proporciona un nivel o rugosidad superficial, lo que aumenta ligeramente el área de superficie total.
Fundición
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 fundidos a presión pueden tener un alto nivel de complejidad y ofrecer excelentes propiedades mecánicas. La fundición a presión también se utiliza a veces para fabricar disipadores de calor de zinc.
Molienda
El fresado, el proceso sustractivo de cortar material de una pieza 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 mecanizados) 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 convertido los disipadores de calor impresos en 3D en una alternativa viable a sus homólogos tradicionales. Las tecnologías de fusión de lechos de polvo y deposición de energía dirigida se han utilizado con mayor éxito para este fin.
¿Cuáles son los factores que afectan el rendimiento de un disipador de calor fundido a presión?
El rendimiento de un disipador de calor fundido a presión puede depender de varios factores, como se explica a continuación:
Conductividad térmica:La conductividad térmica del material del disipador de calor es uno de los factores más importantes que afectan el rendimiento. Los materiales con mayor conductividad térmica, como el cobre o el diamante, pueden transferir el calor del componente electrónico de manera más eficiente.
Diseño de aleta:Más aletas generalmente significan una mayor superficie para la transferencia de calor y, por lo tanto, un mejor rendimiento.
Flujo de aire:El calor se elimina del disipador de calor mediante la acción de convección natural o forzada. Cuanto mayor sea la tasa de flujo de aire alrededor de las aletas del disipador de calor, mayor será la tasa de transferencia de calor.
Resistencia termica:La resistencia a la transferencia de calor en la interfaz entre una fuente de calor y su disipador de calor puede deberse a la existencia de espacios de aire entre los componentes. El uso de una pasta térmica para cerrar estas brechas puede mejorar significativamente la tasa de transferencia de calor desde la fuente al sumidero.
Temperatura ambiente:Una temperatura ambiente más alta dará como resultado un gradiente de temperatura más pequeño entre la fuente de calor y el fluido circundante. Esto reducirá el rendimiento del disipador de calor.
Componentes del disipador de calor fundido a presión
Base
La base de un disipador de calor suele ser un bloque plano o una lámina de material con excelente conductividad térmica. La base normalmente tiene un espesor de sección transversal constante, pero también se puede diseñar para que tenga un perfil de sección transversal que optimice la transferencia de calor para la geometría específica de la fuente de calor. La base generalmente se monta en la fuente de calor con accesorios de montaje y pasta térmica.
Aletas
Las aletas que sobresalen de la base del disipador de calor son responsables de la transferencia de calor al fluido circundante. Estas aletas están diseñadas para optimizar la superficie que el disipador de calor presenta al fluido. Cuanto mayor sea la superficie, más rápida será la tasa de transferencia de calor.
Las aletas pueden formar parte integral de la base o pueden unirse por separado utilizando diversas técnicas, por ejemplo, mediante un proceso de compresión. La forma y disposición de las aletas pueden mejorar drásticamente la tasa de transferencia de calor.
Tubos de calor
Un tubo de calor está diseñado para transferir calor a lo largo de su eje. Los tubos de calor se pueden incorporar dentro de disipadores y disipadores de calor estándar mediante ajuste a presión, soldadura y epoxi térmicamente conductor para mejorar su eficiencia de transferencia de calor. Funcionan transfiriendo calor a través de un mecanismo de cambio de fase que hace que el fluido se vaporice en la fuente de calor, luego viaja a lo largo del eje del tubo de calor hasta el punto donde se enfría y vuelve a convertirse en líquido mediante condensación.
Material de interfaz térmica
Los materiales de interfaz térmica, o pastas térmicas, se utilizan para mejorar significativamente la transferencia de calor entre la fuente de calor y la base del disipador de calor al llenar los huecos de aire entre la fuente de calor y el disipador de calor. El aire es un mal conductor del calor, por lo que llenar los espacios de aire con un material más conductor térmicamente mejora la eficiencia de enfriamiento de un disipador de calor. Las pastas térmicas pueden ser de base metálica, cerámica o silicona, siendo la pasta térmica de base metálica la más efectiva.
Accesorios de montaje
Los disipadores de calor se pueden fijar de forma segura a sus fuentes de calor objetivo utilizando varios métodos de montaje diferentes. Para disipadores de calor más pequeños, se utiliza un adhesivo con alta conductividad térmica para pegar directamente el disipador de calor a una fuente de calor. Este método se utiliza normalmente en componentes de PCB más pequeños. Para disipadores de calor más grandes, se pueden usar tornillos normales o, alternativamente, se usan pasadores de empuje con resorte para optimizar la presión de contacto entre la fuente de calor y el disipador de calor.
Cómo mantener el disipador de calor fundido a presión
Limpieza regular
El polvo y los residuos pueden acumularse en la superficie de los disipadores de calor, obstruyendo el flujo de aire y reduciendo la disipación de calor. Utilice aire comprimido o un cepillo suave para eliminar suavemente la suciedad de las aletas. Para la suciedad más difícil, puede utilizar una solución de detergente suave y un paño no abrasivo, luego enjuagar con agua y secar bien.
comprobar si hay daños
Inspeccione el disipador de calor periódicamente para detectar signos de daños, como aletas dobladas, grietas o corrosión. Las aletas dobladas se pueden enderezar con cuidado con unos alicates, pero si el daño es grave, puede ser necesario reemplazarlas. La corrosión se puede combatir aplicando una capa protectora adecuada.
Reemplazo del material de la interfaz térmica
Con el tiempo, el material de interfaz térmica (TIM) puede degradarse debido a los ciclos térmicos y la contaminación. Verifique periódicamente el estado del TIM y reemplácelo si se ha secado, agrietado o degradado de otro modo. Asegúrese de que el nuevo TIM se aplique de manera uniforme y correcta para mantener un buen contacto con la fuente de calor.
Entorno de aplicación
Asegúrese de que el disipador de calor esté funcionando dentro de las condiciones ambientales recomendadas. La humedad excesiva, los gases corrosivos o las temperaturas extremas pueden acelerar el desgaste y reducir la eficacia del disipador de calor.
Prevenir la contaminación
Proteja el disipador de calor de contaminantes que podrían obstruir los conductos de aire o reaccionar con el metal. Esto incluye evitar la exposición a productos químicos, aceites y otras sustancias que puedan adherirse a la superficie.
Instalación adecuada
Al instalar o reinstalar el disipador de calor, asegúrese de que esté alineado correctamente con la fuente de calor. Una instalación incorrecta puede provocar un contacto desigual y una reducción de la eficiencia de la transferencia de calor.
Gestión de vibraciones y golpes.
Las vibraciones y los golpes pueden aflojar el disipador de calor con el tiempo, lo que provoca un contacto térmico deficiente. Utilice soportes antivibración si es necesario para asegurar firmemente el disipador de calor.
Monitorear el desempeño
Esté atento al rendimiento térmico del sistema. Si nota una caída en el rendimiento o un aumento en las temperaturas de funcionamiento, puede ser una señal de que el disipador de calor necesita mantenimiento o reemplazo.
Siga las pautas del fabricante
Consulte siempre las recomendaciones del fabricante para los procedimientos de mantenimiento y limpieza. Pueden proporcionar instrucciones específicas adaptadas a los materiales y al diseño de sus disipadores de calor.
Para seleccionar el disipador de calor Die Cast correcto para su aplicación, es importante comprender cuánto calor producirá su dispositivo, así como el entorno en el que funcionará. Una vez que se conocen, se puede diseñar el disipador de calor calculando la tasa de transferencia de calor requerida para mantener su dispositivo a la temperatura óptima y luego diseñando una configuración de disipador de calor para alcanzar estas temperaturas.
Un disipador de calor fundido a presión utiliza los principios de transferencia de calor por conducción, convección y radiación para mover el calor de una fuente más caliente a un fluido de temperatura más baja. El calor se conduce desde esta fuente al fregadero. Los disipadores de calor se fabrican a partir de materiales con una gran capacidad calorífica, es decir, pueden almacenar más calor por gramo de material. Luego, este calor se transfiere desde el fregadero al fluido circundante mediante convección y radiación. La tasa de transferencia de calor aumenta al tener una gran superficie en contacto con el fluido de intercambio de calor. El área de la superficie se puede aumentar drásticamente cortando aletas en el material base del disipador de calor.
Un disipador de calor puede ser pasivo o activo. Un disipador de calor activo utiliza la convección forzada creada por un ventilador o bomba para transferir rápidamente el calor del dispositivo, mientras que un disipador de calor pasivo utiliza la convección natural.
Certificaciones
Nuestra fábrica
Fundada en mayo de 2006. Es una empresa de alta tecnología que se centra en I+D, fabricación y venta de componentes industriales, de automatización y de vehículos.
Los productos procesados actuales cubren automatización FA, robots, servomotores, codificadores, automóviles, medicina, ferrocarriles de alta velocidad y otros campos.
Preguntas más frecuentes
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