¿Qué es un disipador de calor y cómo funciona?

Jul 16, 2023

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

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

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

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

Si bien parte de esa energía se utiliza 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 liberar esta energía térmica al medio ambiente. Para ello se suelen utilizar disipadores de calor.

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

Los dispositivos electrónicos están diseñados de tal manera que se utiliza una interfaz mínima y materiales térmicamente conductores 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 de manera que proporcionen un camino de baja resistencia térmica a los dispositivos para eliminar el calor.

Los disipadores de calor están hechos de materiales térmicamente conductores, más comúnmente aluminio (conductividad térmica: 237 W/m·K). El aluminio es un metal de bajo coste 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 metálica plana mediante conducción. La conducción suele facilitarse aplicando una pasta térmica entre la carcasa exterior del dispositivo electrónico y el disipador de calor. Esto garantiza un contacto físico adecuado con la pasta de alta conductividad térmica.

El calor de una carcasa electrónica relativamente más pequeña debe extenderse sobre la superficie más grande del disipador de calor a través de la conducción.

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

Un disipador de calor con una mínima resistencia a la dispersión garantiza que el calor se distribuya casi uniformemente en la placa base y las aletas. De este modo, la superficie del disipador de calor se utiliza eficientemente. Sin embargo, calcular la resistencia a la extensión 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 la superficie proporcionada por las aletas para lanzar calor al aire ambiente mediante convección natural o convección de aire forzada.

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

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

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 como deberían debido al sobrecalentamiento.

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