Un disipador de calor transfiere energía en forma de calor desde una fuente más caliente a un disipador de calor o intercambiador de calor más frío . Hay dos tipos termodinámicos, pasivos y activos. El tipo más común de disipador de calor pasivo es una placa o bloque de material que tiene alta conductividad térmica , como cobre , aluminio o diamante. Un disipador de calor activo acelera la transferencia de calor con gasto de energía en forma de 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 activamente, debido a un impulsor impulsado por una fuente de trabajo externa. 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, de un cuerpo más caliente a otro cuerpo externo, aunque esto no es exactamente transferencia de calor como se define en física. [2]
Como ejemplo del aumento de entropía según la segunda ley de la termodinámica, un disipador de calor pasivo dispersa o "esparce" el calor, de modo que los intercambiadores de calor puedan utilizarse más plenamente. Esto tiene el potencial de aumentar la capacidad calorífica del conjunto total, pero las uniones térmicas adicionales limitan la capacidad térmica total. Las altas propiedades de conducción del esparcidor harán que sea más eficaz para funcionar como intercambiador de calor de aire , a diferencia de la fuente original (presumiblemente más pequeña). La baja conducción de calor del aire en convección se corresponde con la mayor superficie del esparcidor, y el calor se transfiere de manera más efectiva.
Un disipador de calor se utiliza generalmente 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 cualquier motivo, el intercambiador de calor no puede conducir el calor de manera efectiva. Por ejemplo, esto puede deberse a que está enfriado por aire, lo que le da un coeficiente de transferencia de calor más bajo que si estuviera enfriado por líquido. Un coeficiente de transferencia de calor suficientemente alto es suficiente para evitar la necesidad de un disipador de calor.
El uso de un disipador de calor es una parte importante de un diseño económicamente óptimo para transferir calor de medios de alto a bajo flujo de calor. Ejemplos incluyen:
El diamante tiene una conductividad térmica muy alta. El diamante sintético se utiliza como subsoportes para circuitos integrados de alta potencia y diodos láser.
Se pueden utilizar materiales compuestos, como los compuestos de matriz metálica (MMC) de cobre y tungsteno , AlSiC ( carburo de silicio en matriz de aluminio), Dymalloy (diamante en matriz de aleación de cobre y 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 se puede adaptar al de las cerámicas y los semiconductores.
En mayo de 2022, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y la Universidad de California en Berkeley idearon una nueva solución que podría enfriar la electrónica moderna de manera más eficiente que otras estrategias existentes. El método propuesto se basa en el uso de disipadores de calor que consisten en una capa aislante eléctrica de poli (2-cloro-p-xilileno) ( parileno C) y un recubrimiento de cobre. Esta solución también requeriría materiales menos costosos. [3]
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