O que é um dissipador de calor e como funciona?

Jun 27, 2023

Os dispositivos eletrônicos modernos estão na moda. 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 para resfriar seus dispositivos. Mas o que é exatamente um dissipador de calor e como funciona?

Na era moderna, estamos rodeados de sistemas eletrônicos e gadgets. Desde um chip microprocessador até uma estação base transceptora (BTS) para sistemas de comunicação móvel, os produtos eletrônicos precisam de energia elétrica para funcionar.

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

Porém, devido à miniaturização dos dispositivos, os dispositivos eletrônicos não conseguem acumular calor e precisam absorver essa energia térmica no meio ambiente. Para este fim, são frequentemente utilizados dissipadores de calor.

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 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, de modo que o calor não possa se acumular 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 metálica plana por meio de condução. A condução é muitas vezes facilitada pela aplicação de uma 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 meio de condução.

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

Um dissipador de calor com resistência mínima à propagação 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. Contudo, o cálculo da resistência à propagação está fora do escopo deste artigo.

Do outro lado da placa 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 próximas umas das outras, pois isso pode prejudicar a capacidade do fluido, ou seja, o ar, na maioria dos casos, de 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, não aplicando pressão através de uma fonte externa. Neste processo, o fluxo ou 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 do 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 transportado para fora do dissipador de calor. Normalmente, a convecção forçada é usada nos casos em que é necessária a remoção de muita energia térmica ou em que um dissipador de calor menor é obrigatório em um projeto.