Comparación de las técnicas de refrigeración activas para equipos electrónicos

La refrigeración para la electrónica es muy importante. Lo sé porque parte de la tarjeta madre de mi computadora personal una vez se derritió. Compré una nueva computadora de primera línea en 2010 para probar un nuevo videojuego gráfico intensivo. Venía con una tarjeta gráfica increíble, pero un sistema de gestión térmica de tamaño insuficiente. Debí haber sabido que había un problema cuando el teclado se puso demasiado caliente cuando empecé a jugar. Poco después, mi computadora se estropeó. La llevé a un taller de reparaciones, donde me dijeron que algunos de los componentes interiores se habían derretido. Afortunadamente, aún estaba en garantía, así que el fabricante tuvo que pagar la factura. Tal vez si se hubiera diseñado con un sistema de refrigeración más potente, se habría podido evitar toda la debacle. Si no desea diseñar algo que se derrita, existen diferentes técnicas de enfriamiento que pueden ayudarle a mantener sus circuitos refrigerados. Estas incluyen cosas como ventiladores, generadores de viento iónicos y fuelles piezoeléctricos. Cada proceso de gestión térmica viene con sus propios pros y contras que pueden ayudarle a decidir cuál es el mejor para su aplicación.

Enfriamiento óptimo

No solo quiere evitar que sus placas se incendien, sino que quiere hacerlo de forma óptima. Si está trabajando en sistemas embebidos u otras aplicaciones con un presupuesto de bajo consumo energético, necesitará el tipo de sistema de refrigeración más eficiente. Además, tampoco querrá que su proceso de refrigeración ocupe demasiado espacio o necesite mucho mantenimiento. Es por eso que discutiré el uso, tamaño y mantenimiento de energía eléctrica de cada sistema a medida que los revise.

^{No recomendaría este sistema de refrigeración.}

Ventiladores

Después de que mi portátil se derritió, reemplazaron la tarjeta gráfica por una menos potente para vencer el calor. Sin embargo, mi computadora todavía se sobrecalentaba. Así que ahora me he tomado el trabajo de poner un ventilador de escritorio al lado cuando está encendida. Echemos un vistazo a los ventiladores que van dentro de las computadoras.

• Uso de la energía: los ventiladores son el tipo más común de esquema activo de refrigeración porque son simples y bastante económicos al principio. Sin embargo, los ventiladores consumen una cantidad relativamente grande de electricidad. Si está diseñando una PCB de baja potencia, no recomendaría enfriarla con un ventilador normal. Dicho esto, hay algunas excepciones a la regla, como el refrigerador Sandia de Sandia Laboratories. Este ventilador es muy eficiente y consume hasta un 7% menos de energía que un ventilador normal.

• Tamaño: si está buscando algo pequeño, busque en otro lugar. Los ventiladores tienen un factor de forma grande, y también requieren algún tipo de marco de montaje y motor. Estos son mejores para macro que para micro.

• Mantenimiento: si bien es posible que no necesiten tanto mantenimiento como otros esquemas, los ventiladores necesitan limpiarse con bastante frecuencia. El polvo se deposita sobre ellos, reduce su rendimiento y aumenta la probabilidad de derretimiento. Una vez más, sin embargo, el refrigerador Sandia ha mitigado este problema. Gira mucho más rápido que un ventilador normal, arrojando cualquier partícula de polvo que intente aterrizar.

Generadores eólicos iónicos

Cuando escucho "viento iónico" pienso en alguna ráfaga aterradora volando por el espacio. La realidad es un poco menos interesante. Los aerogeneradores iónicos (también conocidos como descarga corona o jets iónicos) consisten en una placa con carga positiva y una placa con carga negativa. El campo eléctrico resultante entre las placas crea un viento suave. Como la brisa se genera sin piezas móviles, esta solución es silenciosa.

• Consumo de energía: en la escala de potencia, la velocidad del viento iónico es superior a la de los ventiladores tradicionales. Son definitivamente más eficientes, aunque aún no se ha determinado exactamente cuánto más eficientes. Esto los hace adecuados para aplicaciones de baja potencia.

• Tamaño: los aerogeneradores iónicos consisten simplemente en dos placas cargadas, lo que los hace más fáciles de instalar dentro de una carcasa que un ventilador. Puede poner las placas juntas, puede ponerlas muy separadas, puede hacer lo que quiera. La fuente de alimentación para estos puede ser un poco difícil de ajustar, ya que necesitará convertir su fuente de alimentación entrante a un voltaje mucho más alto.

• Mantenimiento: si cree que los jets iónicos dan un poco de viento a sus velas, prepárese para decepcionarse. La fiabilidad es un problema importante para ellos. La placa positiva se oxida rápidamente debido a su carga, reduciendo la eficiencia del generador y dejando esta tecnología muerta en el agua.

^{Puede optar por fuelles normales si se siente como en la vieja escuela.}

Fuelles piezoeléctricos

En lugar de usar un ventilador oscilante para enfriar mi computadora personal, podría haber usado algunos fuelles. El único problema con los fuelles es que requieren que alguien los bombee, y yo no dispongo de aprendices. Además, ni siquiera se puede colocar un fuelle dentro de una PCB. Entonces, ¿cómo funcionan? Los fuelles piezoeléctricos constan de dos placas fabricadas con material piezoeléctrico que vibran cuando se pasa una carga a través de ellas. Esta vibración fuerza al aire a entrar y salir, como un ventilador. El modelo de GE mide 4 mm, lo que lo convierte en una solución muy delgada.

• Usos de energía: amigos, tenemos un ganador. Se estima que este extraño sistema consume 1/10 de la potencia de los ventiladores convencionales. Si necesita una solución de eficiencia energética, esta es la adecuada.

• Tamaño: los fuelles piezoeléctricos pueden ocupar tan poco espacio como un aerogenerador iónico. Esto lo hace perfecto para pequeños factores de forma.

• Mantenimiento: para ser honesto, no estoy muy seguro de qué tipo de mantenimiento se necesita para este proceso de refrigeración. Sin embargo, ningún artículo que he leído menciona el mantenimiento, así que no me preocuparía demasiado.

Refrigeración líquida

Si usted es un jugador como yo, estoy seguro que está familiarizado con la refrigeración líquida. Para aquellos que son un poco más maduros que yo, los sistemas de refrigeración líquida utilizan algún tipo de líquido (agua, refrigerante, aceite no conductor) en lugar de aire para mover el calor alrededor. El aire es efectivamente un aislante y, por lo tanto, es una mala opción para la conducción del calor. Los sistemas de refrigeración líquida pueden eliminar el calor del sistema electrónico entre 2 y 10 veces más rápido que una instalación convencional.

• Uso de energía: a gran escala, la refrigeración líquida puede ser mucho más eficiente. Cuando digo a gran escala, estoy hablando de una granja de servidores a gran escala. Para aplicaciones más pequeñas, cualquier dinero que ahorre en costos operativos probablemente se gastará en los costos iniciales.

• Tamaño: estas cosas son grandes, realmente grandes. Por lo general, a las personas les gusta mostrar sus sistemas de refrigeración líquida, por lo tanto, ocupan el mayor espacio posible. Incluso si usted es un poco más modesto, este sistema ocupará mucho espacio. Si está ejecutando algo parecido a un centro de datos, es posible que tenga espacio, pero para aplicaciones móviles esto es un factor decisivo.

• Mantenimiento: la refrigeración líquida tiene muchas partes móviles que eventualmente pueden romperse. También existe el gran riesgo de fugas, que pueden destruir su sistema electrónico. No recomendaría este sistema a nadie que no pudiera soportar ver morir su circuito.

Comparación final

Ahora que hemos explorado 4 tecnologías activas de refrigeración, ¿cuál debería utilizar? Si está buscando una refrigeración grande en un paquete pequeño, vaya por los fuelles piezoeléctricos. Tienen un factor de forma extremadamente elegante que le ahorrará espacio. Si no hay límite en el tamaño de su sistema, la refrigeración líquida probablemente será una solución más óptima para usted. Con respecto al mantenimiento, lo consideraría un empate entre los fuelles y los ventiladores tradicionales, simplemente porque no está claro qué tipo de mantenimiento necesitan los fuelles.

Ahora que tiene varios sistemas de refrigeración entre los cuales elegir, necesita diseñar una PCB caliente. La solución perfecta para eso es CircuitStudio. Tiene más funciones de las que usted necesitará y le permitirá crear un diseño más sencillo.

¿Tiene más preguntas sobre la refrigeración? Comuníquese con un experto de Altium.