Un difusor de calor transfiere energía en forma de calor desde una fuente más caliente a un disipador de calor o intercambiador de calor más frío . Existen dos tipos termodinámicos: pasivo y activo. El tipo más común de difusor de calor pasivo es una placa o bloque de material que tiene una alta conductividad térmica , como el cobre , el aluminio o el diamante. Un difusor de calor activo acelera la transferencia de calor con el gasto de energía como trabajo suministrado por una fuente externa. [1]
Un tubo de calor utiliza fluidos dentro de una caja sellada. Los fluidos circulan de forma pasiva, por convección espontánea, que se activa cuando se produce una diferencia de temperatura umbral, o de forma activa, debido a un impulsor impulsado por una fuente externa de trabajo. Sin circulación sellada, la energía puede transportarse mediante la transferencia de materia fluida, por ejemplo, aire más frío suministrado externamente, impulsado por una fuente externa de trabajo, desde un cuerpo más caliente a otro cuerpo externo, aunque esto no es exactamente transferencia de calor tal como se define en física. [2]
Como ejemplo del aumento de la entropía según la segunda ley de la termodinámica, un difusor pasivo de calor dispersa o "distribuye" el calor, de modo que el intercambiador o intercambiadores de calor se puedan utilizar de forma más completa. Esto tiene el potencial de aumentar la capacidad térmica del conjunto total, pero las uniones térmicas adicionales limitan la capacidad térmica total. Las altas propiedades de conducción del difusor harán que funcione de forma más eficaz como intercambiador de calor de aire , a diferencia de la fuente original (presumiblemente más pequeña). La baja conducción de calor del aire en la convección se corresponde con la mayor superficie del difusor, y el calor se transfiere de forma más eficaz.
Generalmente, se utiliza un difusor de calor cuando la fuente de calor tiende a tener una alta densidad de flujo de calor (alto flujo de calor por unidad de área) y, por alguna razón, el calor no puede ser disipado de manera efectiva por el intercambiador de calor. Por ejemplo, esto puede deberse a que se enfría con aire, lo que le da un coeficiente de transferencia de calor más bajo que si se enfriara con líquido. Un coeficiente de transferencia de calor del intercambiador lo suficientemente alto es suficiente para evitar la necesidad de un difusor de calor.
El uso de un difusor de calor es una parte importante de un diseño económicamente óptimo para transferir calor de medios con alto flujo de calor a medios con bajo flujo de calor. Algunos ejemplos incluyen:
El diamante tiene una conductividad térmica muy alta. El diamante sintético se utiliza como subsoporte para circuitos integrados de alta potencia y diodos láser.
Se pueden utilizar materiales compuestos, como los compuestos de matriz metálica (MMC) de cobre-tungsteno , AlSiC ( carburo de silicio en matriz de aluminio), Dymalloy (diamante en matriz de aleación de cobre-plata) y E-Material ( óxido de berilio en matriz de berilio ). Estos materiales se utilizan a menudo como sustratos para chips, ya que su coeficiente de expansión térmica puede adaptarse al de la cerámica y los semiconductores.
En mayo de 2022, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y de la Universidad de California en Berkeley idearon una nueva solución que podría enfriar los dispositivos electrónicos modernos de manera más eficiente que otras estrategias existentes. El método propuesto se basa en el uso de difusores de calor que consisten en una capa aislante eléctrica de poli(2-cloro-p-xilileno) ( Parileno C) y un revestimiento de cobre. Esta solución también requeriría materiales menos costosos. [3]
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