El enfriamiento de dispositivos electrónicos comprende el diseño térmico, el análisis y la caracterización experimental de sistemas electrónicos como una disciplina discreta dentro del proceso de creación de un producto electrónico o un subsistema electrónico dentro de un producto (por ejemplo, una unidad de control del motor (ECU) para un automóvil). Existen fuentes de información en línea [1] y se han publicado varios libros sobre este tema. [2] [3] [4]
La refrigeración de las computadoras es un subtema. Los disipadores de calor son dispositivos que se utilizan para ampliar la superficie de los componentes electrónicos disponibles para la refrigeración por aire , lo que ayuda a reducir la temperatura de la carcasa de los componentes. Los ventiladores se utilizan para aumentar el flujo de aire.
El diseño y análisis térmico se realiza mediante cálculos manuales u hojas de cálculo , basándose en reglas de diseño o correlaciones de transferencia de calor. También se utilizan herramientas de ingeniería asistidas por computadora, como la dinámica de fluidos computacional .
Además de la conducción pasiva del calor, se puede lograr un enfriamiento activo que consume electricidad a través de los enfriadores termoeléctricos. [5]
Cuando se añade voltaje eléctrico a un material semiconductor de tipo n ( tipo p ) , el campo eléctrico impulsará electrones ( huecos ) de un extremo al otro, que también transportarán la energía cinética electrónica y la entropía . Finalmente, se creará un gradiente de temperatura para equilibrar la fuerza impulsada por el campo eléctrico . Esto se llama efecto Peltier , y el dispositivo de refrigeración o enfriamiento hecho en base a este efecto se llama enfriador Peltier. Un enfriador Peltier consta al menos de una pata n y una pata p , que también se llama unión Peltier. [6] Aunque los enfriadores Peltier generalmente son solo alrededor del 10-15% tan eficientes como un ciclo de Carnot invertido , o tan 40-60% eficientes como un ciclo de compresión de vapor , puede ser la única opción para aplicaciones en algunos escenarios especiales, incluida la electrónica en satélites , en submarinos y en un espacio extremadamente compacto, debido a su naturaleza de estado sólido, baja necesidad de mantenimiento, tamaño compacto y funcionamiento sin ruido. [7]
Por lo general, se pueden apilar varias uniones Peltier para cada ventana de temperatura específica y mejorar aún más el rendimiento general de la refrigeración de los componentes electrónicos. Como bombas de calor activas que consumen energía, los refrigeradores termoeléctricos pueden producir temperaturas inferiores a la temperatura ambiente, lo que es imposible con disipadores de calor pasivos, refrigeración líquida por radiador o disipadores de calor de alta temperatura con tubos de calor. Sin embargo, al bombear calor, un módulo Peltier normalmente consumirá más energía eléctrica que la cantidad de calor que se bombea. [8]