Uma Breve Revisão sobre Projeto e Fabricação de Dissipadores de Calor
Última atualização:09/01;Tempo de leitura: 6 minutos
Dissipador de calor
Um dissipador de calor é um dispositivo termodinâmico que remove calor de sistemas mecânicos, elétricos e eletrônicos.Em diversos aparelhos e máquinas, é fundamental manter a faixa de temperatura dentro de um limite específico para manter a funcionalidade daquele aparelho ou máquina.Aqui entra em jogo o papel dos dissipadores de calor.Por exemplo, o pesado maquinário do seu laptop em diferentes setores precisa dissipar seu calor.Então, pense em quão amplamente ele é usado no mundo atual da tecnologia.Os dissipadores de calor dissipam o calor transferindo-o para um meio regulado, como ar ou líquido, e depois expelidos do aparelho e do meio de transferência.
Este artigo passará brevemente pelotrabalho de dissipador de calor, etapas de projeto e abordagens de fabricação.
Funcionamento do dissipador de calor
A lei de Fourier das transferências de calor, que afirma que o calor sempre flui de um meio de alta temperatura para um meio de baixa temperatura, fornece a base para o funcionamento de um dissipador de calor.Embora os dispositivos produzam calor, que é mais quente que o ar ou líquido circundante, eles transferem esse calor por condução, convecção ou ocasionalmente radiação para um contato mais frio.
Vejamos o fluxograma abaixo para uma imagem clara do funcionamento do dissipador de calor;
Fluxograma para funcionamento do dissipador de calor
· Dissipadores de calor passivos
Os dissipadores de calor passivos transferem naturalmente o calor absorvido para o ar ambiente sem convecção de força, como um ventilador ou circulação de água ao seu redor.Estes são geralmente de forma grande e contêm uma matriz de aletas exposta ao ambiente externo.
· Dissipador de calor ativo
O dissipador de calor ativo consiste no ventilador ou soprador extra e no líquido configurado para remover o calor diferente da abordagem natural.Esta configuração adicional aumenta o processo de dissipação de calor pelo processo de convecção forçada.Por exemplo, quando o ventilador funciona, ele aumenta a velocidade do ar e transfere rapidamente o calor do dissipador de calor para o ambiente ao redor.
Cálculo da resistência térmica
Durante o projeto de um dissipador de calor, o cálculo da resistência térmica total (Rhs) desempenha um papel vital na compreensão do potencial de desempenho e eficiência, então vamos ver como pode ser calculado;
Rhs= (Tj-Ta/P) – (Rth-jc) – RI
P = Calor total dissipado
TI= Temperatura máxima de junção do dispositivo a 0C.
Rth-jc= Junção à resistência térmica do invólucro
Ta= Temperatura do ar ambiente em0C.
RI= Resistência do material da interface
REU= (t/C x L x KI)
t = espessura do material da interface
KI= Condutividade térmica do material de interface
L = Comprimento da fonte de calor
W = Largura da fonte de calor
Projeto do Dissipador de Calor
Existem várias etapas no design.Vamos dar uma olhada em cada um deles resumidamente.
1. Seleção de material
A condutividade térmica é uma das características essenciais de um material dissipador de calor porque permite a rápida transmissão de calor de um componente do dispositivo aquecido para o dissipador e o ambiente.
Os dois materiais primários utilizados para fazer dissipadores de calor são ligas de cobre e alumínio.Isso ocorre porque eles têm excelentes qualidades mecânicas, como força, resistência à corrosão, durabilidade e alta condutividade térmica.No entanto, embora seja bastante caro, o diamante (2.000 W/m/k) pode ser o material ideal para dissipadores de calor em dispositivos eletrônicos de alto desempenho e precisão.
Além das peças eletrônicas, as baterias de íons de lítio produzem dissipação de calor é necessária.Em tal situação, cobre ou alumínio podem não ser os materiais ideais para o dissipador de calor.
A solução da indústria automotiva para gerenciamento de calor é um material de fibra de carbono de condutividade mais fabulosa.
2. Arranjo de aletas e fluxo de ar
Outro fator que afeta o desempenho do dissipador de calor é o meio refrigerante, que afeta significativamente a taxa de dissipação de calor.Portanto, ao construir um dissipador de calor, a forma, o tamanho e a disposição das aletas são aspectos importantes a serem considerados.Usar a técnica de otimização paramétrica é a melhor opção para encontrar os valores dos parâmetros ideais para atender às restrições estabelecidas e atingir os objetivos do projeto.
- Melhore o espaço entre as aletas para melhorar o fluxo de ar e reduzir a resistência térmica.
- Como uma área de superfície maior aumenta a transferência de calor por condução e convecção, auxiliando na dissipação de calor, considere aumentar a espessura e a altura.
- Crie uma camada limite térmica menor e a direção do fluxo de ar foi projetada em um ângulo ideal com o dissipador de calor para aumentar a eficiência da aleta.
- Depois de preparar o projeto das aletas com CAD, você pode simular o cenário de transferência de calor para otimizar sua eficiência.
3. Fixação do dissipador de calor
A maneira como a pia está conectada ao elemento de aquecimento do dispositivo também afeta o seu funcionamento.Escolha o melhor método de conexão que maximize a taxa de transmissão de calor dos espaçadores, clipes de mola plana, epóxi e opções de fita térmica.
4. Interface térmica
Defeitos e rugosidade da superfície do dissipador de calor desempenham um papel no aumento da resistência térmica devido a uma diminuição na área de contato térmico e na pressão de interface.Para superar esse problema, os materiais de interface térmica são a melhor escolha.O uso de polímeros líquidos, cera, alumínio, grafite e fitas na superfície do dissipador de calor e elemento de aquecimento dos dispositivos diminui a resistência térmica.
5. Simulação
A simulação do projeto é importante para ver o desempenho do dissipador de calor virtualmente.A simulação computacional dá a ideia para a melhoria e confirma se o projeto é adequado para as aplicações necessárias ou não.
Processo de Fabricação para Dissipador de Calor
Depois de simular termicamente o Design dos dissipadores de calor, agora está voltado para a produção.Vamos ver os vários processos de fabricação em detalhes;
1. Usinagem CNC
Dissipador de calor feito com usinagem CNC
usinagem CNCé a melhor abordagem para a fabricação de dissipadores de calor para formas complexas.Essa abordagem oferece muita flexibilidade aos designers.Um bloco inteiro de metal é usado para criar a pia onde as aletas necessárias são cortadas com as máquinas CNC e dobradas a partir da base do bloco.No entanto, é um método demorado e de alto custo.
2. Extrusão
Um dos processos mais comuns para a produção de dissipadores de calor éextrusão, que envolve a prensagem de tarugos quentes de material dúctil em uma matriz de aço de alta resistência para criar aletas de placa.Eles são usados para a maioria das aplicações de resfriamento envolvendo dissipadores de calor de alumínio.Obviamente, o alumínio é o material mais amplamente utilizado para a produção de dissipadores de calor.
Dissipador de calor feito com Extrusão
É um procedimento barato e simples.Os dissipadores de calor podem ser usados em uma variedade de ambientes operacionais.No entanto, devido à restrição de largura máxima de extrusão, não pode ser usado com dissipadores de calor com aletas largas.
3. Fundição
Dissipador de calor feito com Casting
Nofundiçãode dissipador de calor,alumínio, cobre ou zinco são os materiais comuns.Neste processo, os lingotes de materiais selecionados são primeiro fundidos e injetados na matriz do dissipador de calor com alguma pressão.Depois que o material líquido injetado é solidificado na matriz, ele é liberado e uma usinagem mínima adicional é feita para eliminar qualquer imperfeição da superfície.É melhor obter formas complexas com alto grau de precisão.
4. Forjamento a frio
Dissipador de calor feito com forjamento a frio
É outra abordagem de fabricação de alta precisão para dissipadores de calor adequados para alumínio e suas ligas.Embora, também seja aplicável para cobre e bronze.O forjamento a frio utiliza pressão extrema e deforma a forma do metal à temperatura ambiente para criar pinos redondos e elípticos para o dissipador de calor.Além disso, é usado para produzir aletas com alta densidade, o que aumentará a transferência de calor em condições de fluxo de ar de alta velocidade.
5. impressao 3D
Dissipador de calor impresso em 3D
O desenvolvimento da impressão 3D como método para produzir dissipadores de calor resultou do progresso tecnológico.As tecnologias de fusão em leito de pó e deposição de energia direcionada são os dois métodos mais populares na impressão de dissipadores de calor.
6. Estampagem
Dissipador de calor feito com estampagem a frio
Oestampagemmétodo é usado onde é necessário construir os tubos de calor dentro das aletas.Então, pressionando as tiras de metal, as aletas são produzidas.Nos casos em que a tecnologia de estampagem de alta velocidade é usada, ela é particularmente eficaz para fabricação em massa.Apesar disso, o preço é alto.
Conclusão
Dissipadores de calor são essenciais em dispositivos mecânicos, elétricos e eletrônicos.Neste artigo, abordei o processo de design detalhado e a fabricação com foco em dispositivos eletrônicos.O projeto dos dissipadores de calor influencia fortemente a taxa de dissipação de calor, portanto, cada etapa do projeto é crucial para otimizar o desempenho.Além disso, a simulação térmica após o projeto ajuda a entender o cenário de trabalho prático e a melhorar o projeto.
Aqui no ProleanHub, temos designers com mais de uma década de experiência e unidades de fabricação avançadas.Fornecemos serviços de design e fabricação de dissipadores de calor de alto nível.Além disso, nossos engenheiros mecânicos simulam o projeto para melhorar a funcionalidade e o desempenho.Por fim, nosso departamento de controle de qualidade monitora cada etapa da fabricação, para que você não precise comprometer a qualidade do serviço, se precisar de fabricação de dissipadores de calor, bastaContate-nos.
perguntas frequentes
Como posso melhorar a eficiência dos dissipadores de calor?
A eficiência pode ser aumentada de várias maneiras, incluindo a diminuição da resistência ao calor, otimização do tamanho, formato e disposição das aletas e melhoria da interface das aletas.
Qual é o melhor material para dissipadores de calor?
Os melhores materiais para dissipadores de calor são ligas de cobre e alumínio.Mais uma vez, porém, a taxa de transferência de calor depende do projeto do dissipador de calor.
Como funciona o dissipador de calor?
Os dissipadores de calor são feitos de materiais de alta condutividade térmica, como cobre e alumínio com aletas.Ele se liga aos componentes aquecidos e absorve o calor.Em seguida, o calor absorvido se dissipa no ambiente circundante por meio de condução, convecção ou radiação.
Quais são as etapas de projeto para dissipadores de calor?
Aqui estão os passos;
- Seleção de material
- fixação da forma, tamanho e disposição das aletas
- Fixação do acessório (dissipador de calor e componente do dispositivo)
- Interface térmica das aletas
- Simulação térmica de projeto CAD
Quais são as abordagens de fabricação comuns para o dissipador de calor?
Usinagem CNC, fundição, forjamento, estampagem e impressão 3D são abordagens comuns.
Horário da postagem: 15 de julho de 2022