Los fallos debidos a la temperatura son una causa habitual de averías y deterioros de los aparatos electrónicos. La temperatura y el rendimiento están estrechamente unidos. Un ejemplo claro: los LEDs. Si la temperatura aumenta de 25 a 75 ºC, la corriente luminosa se reduce aproximadamente a la mitad. Esto se traduce en que sólo una gestión del calor eficiente puede lograr un aumento de la eficacia sin afectar a la vida útil. La tendencia a la miniaturización y a aumentar el rendimiento hacen que esta tarea resulte más complicada, pero no imposible. Así, con un diseño meditado a fondo se marcan las diferencias ya desde la antesala.

Por Jörg Ciper, responsable del área de electromecánica de Rutronik, y Roland Hofmann, jefe de producto de gestión del calor de Rutronik


El análisis CFD (Computational Fluid Dynamics, dinámica de fluidos computacional) ofrece una alternativa cómoda si no se desea calcular o valorar “a mano” la disposición del disipador de calor, o si se busca evitar mediciones costosas.
El análisis CFD representa la causa y el efecto de las cargas de calor, y de la distribución de temperatura y corriente. La consideración tridimensional ofrece una visión del comportamiento térmico global del montaje. La herramienta también considera con mucha precisión la resistencia térmica, los valores de conductividad de masa y calor, la convección, la radiación y la conductividad térmica. También la imagen exacta del diseño (datos CAD), así como las condiciones de entorno y de montaje reales influyen en el modelo de cálculo. De este modo, el comportamiento de productos y prototipos puede ser representado e incluso utilizado como base de decisión ya en la fase conceptual del diseño, por ejemplo, para la elección de la carcasa, que juega un papel para tener en cuenta en la gestión del calor. Gracias a este cálculo, se puede seleccionar el disipador de calor apropiado según las capacidades térmicas, la presentación del diseño y las condiciones de montaje. En este aspecto, Rutronik trabaja en muy estrecha colaboración con su socio Assmann WSW, especialista en técnicas de refrigeración. Los perfiles de disipador de calor, previamente presionados con herramientas propias, se fabrican en los modernos centros de fabricación CNC según las especificaciones del cliente. Los disipadores de calor de clavija de la empresa ASSMANN WSW presentan un método efectivo para la disipación de calor en todos los campos en los que entran en juego los procesadores. La geometría de aletas, que favorece el flujo, posibilita un alto grado de rendimiento y un caudal de aire óptimo. Cuanto menor sea el peso del disipador de calor, más sencillo será su montaje.

Disipación del calor más eficiente
Cuando es necesario disipar el calor, la primera opción que se plantea, por lo general, es un ventilador. Aquí, el ruido y el tiempo de vida son puntos críticos. Los rodamientos de nuevo desarrollo aumentan considerablemente la vida útil de los ventiladores. Así, el HTLS (High operating Temperature and Long Life Sleeve bearing system) del ventilador de corriente continua sin escobillas (brushless) de Jamicon permite un tiempo de funcionamiento de hasta 100.000 horas. El rodamiento Superflow de Delta, franquicia de Rutronik, es un cojinete deslizante mejorado. Gracias a su construcción especial, refuerza la junta del rodamiento, dispone de una función de reciclaje y ofrece una mayor durabilidad que el cojinete deslizante convencional. Desde hace poco, Delta Electronics ofrece los sistemas de ventilación FTA 0102AA y FTA03302AA para armarios de ordenadores de 19 pulgadas. Estos aparatos se distinguen por su indicador de temperatura, fácilmente legible, su baja presión acústica y un funcionamiento ininterrumpido gracias a la disposición redundante del sistema. Otro valor añadido: consumen alrededor de un 30 por ciento menos de energía que otros aparatos similares que funcionan con un motor de corriente alterna, puesto que se accionan a través de la tensión de red normal.

Algo más que un rellenador de huecos
El aire es el mayor enemigo de una disipación eficaz del calor. Para evitar colchones de aire entre las piezas y los disipadores de calor, existen algunos medios y vías que cumplen perfectamente su papel ofreciendo ventajas específicas dependiendo del lugar donde se instalen. Para compensar desniveles o distintas alturas de elementos constructivos, se ofrecen Gap Fillers. Los productos de Balkhausen Brady disipan el calor a lo largo de una distancia de 0,5 a 6 mm, y se distinguen por su alta compresibilidad y conductividad de calor, así como resistencia a la temperatura y rigidez eléctrica. Los residuos de silicona dañan algunas aplicaciones, como las escobillas del motor o unidades de disco duro.
Muchos fabricantes recurren a las pastas conductoras de calor cuando se trata de tapar agujeros de aire. No obstante, y a pesar de su costosa y compleja fabricación, existe un riesgo elevado de acabar con un montaje con residuos. Por ello se está incrementando el uso de films y materiales de cambio de fase. Este tipo de materiales, fabricados por ejemplo por Balkhausen Brady, son de elaboración fácil y sencilla, suministran una potencia constante y presentan baja resistencia térmica. Cuando se pasa de un estado sólido a un estado blando de agregación, humedecen toda la interfaz sin rebosamiento. La elección de los grosores óptimos exige una compensación entre una buena cobertura y una baja impedancia térmica. Si es necesario compensar grandes espacios, se utilizan parches de elastómero con conductividad térmica. Están compuestos por elastómeros blandos rellenos de cerámica y son apropiados, entre otras cosas, para la conexión de las llamadas heat pipes o disipadores de calor (como carcasas de metal) en la superficie de las placas de circuitos, por ejemplo en portátiles y unidades de disco duro de alta velocidad. En el caso de superficies ásperas o curvas, se deben emplear adhesivos de 1 ó 2 componentes con conductividad térmica. Gracias a los materiales de relleno cerámicos o metálicos, combinan la conductibilidad térmica con una potente fuerza adherente. Se pueden dosificar con exactitud y compensan desniveles de superficie de manera óptima. El resultado es una unión estructuralmente fija con bajas impedancias térmicas. Otro ejemplo de especialistas en superficies desniveladas son los productos de Balkhausen Transtherm(r). Gracias a su suavidad, se adaptan perfectamente a las irregularidades de superficies colindantes y estancan el aire de las superficies de separación.

Soluciones individuales
Para prevenir fallos térmicos, la gestión del calor adquiere gran importancia ya desde el comienzo del desarrollo. A la pregunta de cuál es la mejor estrategia de refrigeración no se puede responder de forma general. Es imprescindible un análisis individual de los requisitos correspondientes en cada caso, lo que resulta complicado debido a la variedad de productos y estrategias de solución. Rutronik asiste a sus clientes, facilitándoles una visión global de las tendencias y tecnologías actuales y posibilitándoles una solución óptima. El distribuidor informa a sus clientes en seminarios y cursos formativos acerca de desarrollos importantes en los campos de la electrónica y la gestión del calor. La base la constituyen, en cualquier caso, la innovación en una extensa línea de productos, la colaboración con fabricantes líderes y el completo asesoramiento in situ mediante ingenieros de aplicaciones.