O que é um dissipador de calor e como ele funciona?

Dispositivos eletrônicos modernos são quentes. Veja como os dissipadores de calor os mantêm resfriados para uso.

O superaquecimento é problemático para seus dispositivos; é por isso que a remoção de calor é vital para controlar a temperatura de dispositivos eletrônicos ou fontes de calor semelhantes.

Dissipadores de calor são usados ​​em dispositivos eletrônicos para dissipar energia térmica no ambiente e resfriar seus dispositivos. Mas o que exatamente é um dissipador de calor e como ele funciona?

Na era moderna, estamos cercados por sistemas eletrônicos e aparelhos. De um chip microprocessador a uma estação base transceptora (BTS) para sistemas de comunicação móvel, os produtos eletrônicos precisam de energia elétrica para operar.

Enquanto parte dessa energia é usada para operar o dispositivo, o restante é dissipado (dependendo da eficiência do dispositivo), principalmente na forma de calor.

No entanto, devido à miniaturização dos aparelhos, os aparelhos eletrônicos não conseguem acumular calor e precisam escoar essa energia térmica para o ambiente. Para este fim, os dissipadores de calor são frequentemente usados.

Um dissipador de calor é uma peça aplicada a um dispositivo eletrônico quente para absorver seu calor por condução e depois lançar essa energia para o ambiente por meio de convecção e radiação. Uma estrutura comum de um dissipador de calor é mostrada abaixo:

Os dispositivos eletrônicos são projetados de forma que uma interface mínima e materiais termicamente condutores sejam utilizados para conectar uma fonte geradora de calor e um dissipador de calor para que o calor não se acumule dentro do dispositivo. Os dissipadores de calor são projetados de forma a fornecer um caminho de baixa resistência térmica para dispositivos de remoção de calor.

Os dissipadores de calor são feitos de materiais termicamente condutores, mais comumente alumínio (condutividade térmica: 237 W/m K). O alumínio é um metal de baixo custo em comparação com outros materiais termicamente condutores, como prata e ouro.

O calor de um invólucro eletrônico relativamente pequeno é absorvido por uma placa plana de metal por condução. A condução geralmente é facilitada pela aplicação de pasta térmica entre o invólucro externo do dispositivo eletrônico e o dissipador de calor. Isso garante contato físico adequado com pasta de alta condutividade térmica.

O calor de um invólucro eletrônico relativamente menor deve se espalhar na superfície maior do dissipador de calor por condução.

No entanto, a energia térmica sofre uma resistência ao calor espalhado quando uma área de superfície menor da fonte de calor entra em contato físico com uma área de superfície maior do dissipador de calor. É por isso que é importante controlar a resistência ao espalhamento escolhendo a espessura de contato adequada da placa de base do dissipador de calor.

Um dissipador de calor com resistência de propagação mínima garante que o calor seja distribuído quase uniformemente na placa de base e nas aletas. Assim, a área de superfície do dissipador de calor é utilizada de forma eficiente. No entanto, o cálculo da resistência ao espalhamento está fora do escopo deste artigo.

No outro lado da placa de base do dissipador de calor, muitas aletas metálicas são usadas para fornecer maior área de superfície para a convecção térmica do calor. As aletas não são colocadas muito juntas, pois isso pode impedir a capacidade do fluido, ou seja, o ar, na maioria dos casos, fluir livremente entre as aletas para dissipar o calor.

O calor distribuído uniformemente na base do dissipador de calor utiliza toda a área de superfície fornecida pelas aletas para lançar calor no ar ambiente usando convecção natural ou convecção de ar forçado.

A convecção natural é um processo no qual o ar ambiente transporta a energia térmica das aletas do dissipador de calor usando o fluxo natural do fluido, ou seja, sem aplicar pressão através de uma fonte externa. Nesse processo, o fluxo ou a velocidade das moléculas do fluido é lento.

No método de convecção forçada para troca de calor, um soprador ou ventilador é usado para aumentar a velocidade do fluxo de fluido através da superfície nas aletas do dissipador de calor. Um ventilador DC ou PWM pode ser usado.

O aumento do fluxo de ar resulta em mais calor retirado do dissipador de calor. Normalmente, a convecção forçada é usada nos casos em que é necessária uma grande quantidade de energia térmica para ser removida ou um dissipador de calor menor é exigido em um projeto.