Formas de refrigerar dispositivos eletrónicos.
Formas de refrigerar dispositivos eletrónicos.Data de publicação: 04-07-2023 Data de atualização: 28-01-2025 🕒 6 min de leitura
A refrigeração eficaz dos dispositivos eletrónicos implica a escolha da solução adequada, mas também uma correspondência em termos de eficiência e parâmetros técnicos. Os fabricantes oferecem soluções adaptadas a necessidades específicas e a requisitos muito rigorosos. Neste artigo, apresentaremos as soluções disponíveis no mercado e descreveremos os seus pontos fortes.
- Porque é tão importante a refrigeração?
- Formas de refrigerar dispositivos eletrónicos
- A escolha certa para a refrigeração de dispositivos eletrónicos
Sistemas eletrónicos avançados e os seus desafios
Com o desenvolvimento da tecnologia, os computadores foram obrigados a processar cada vez mais dados. Deparam-se com tarefas mais complexas, e os fabricantes esforçam-se por miniaturizar os equipamentos eletrónicos, de preferência para um tamanho de bolso. Os computadores que antes ocupavam divisões inteiras destinavam-se apenas a realizar cálculos simples. Os computadores de hoje em dia cabem na palma da mão, e as suas possibilidades parecem quase ilimitadas. No entanto, o fenómeno da produção de calor por parte do sistema eletrónico mantém-se inalterado. Dado que utilizamos cada vez mais potência informática, a quantidade de calor libertado é proporcionalmente maior. Não é novidade para ninguém que o excesso de calor é um dos maiores inimigos dos circuitos eletrónicos. Provoca um desgaste muito mais rápido de componentes eletrónicos como transístores, resistências ou relés. Em determinados casos, as altas temperaturas podem mesmo provocar danos irreversíveis no sistema de controlo. O custo de reparar esse dispositivo pode muitas vezes exceder o ponto de equilíbrio. Portanto, comparando os computadores de há umas décadas com os atuais, os dispositivos do século XX equipados com amplos sistemas de refrigeração funcionavam em condições muito mais favoráveis do que as atuais.
Atualmente, os sistemas eletrónicos ditam o ritmo do funcionamento humano, garantem a segurança e permitem um maior desenvolvimento da tecnologia. Para que funcionem sem falhas, com a máxima eficiência, a prioridade é assegurar uma adequada refrigeração e proteção contra o sobreaquecimento. Os requisitos dos dispositivos móveis e dos sistemas industriais avançados fazem com que os fabricantes estejam empenhados em encontrar a melhor forma de manter uma temperatura segura dos elementos mais críticos do sistema.
Sistemas de refrigeração à medida
Há vários sistemas de dissipação de calor e refrigeração mais comuns que são utilizados nos sistemas eletrónicos. Diferem principalmente no tamanho, que é um dos principais critérios de escolha de um sistema de refrigeração para uma aplicação específica, mas também no meio de refrigeração e na eficiência de dissipação de calor. Portanto, para tomar a decisão certa e saber qual deles lhe oferece mais benefícios, deve estar familiarizado com as características e as principais vantagens de cada um deles.
Aquando da escolha de um sistema de refrigeração, na maioria das vezes deparamo-nos com os seguintes elementos:
- Ventiladores
Um ventilador é um dispositivo de refrigeração básica que pode ser encontrado em qualquer casa ou fábrica. O uso principal e mais comum dos ventiladores em dispositivos eletrónicos é a dissipação de calor. Estes elementos estão presentes tanto em computadores desktop como em portáteis. Costumamos notar a presença de um ventilador quando executamos um programa ou jogo mais exigente. Nestes casos, o computador usa as suas capacidades máximas, o que também gera mais calor. Aí, o ventilador elimina automaticamente o calor do interior do dispositivo, o que permite um processo ininterrupto e protege os circuitos eletrónicos que são sensíveis a altas temperaturas.
Os ventiladores são dispositivos equipados com um motor que aciona as pás do rotor. Os movimentos de ar convectivo forçados pelo impulsor do ventilador rotativo dissipam e expulsam o calor gerado no dispositivo eletrónico. A energia térmica é descarregada através de grelhas situadas na caixa do computador. O movimento do ventilador é causado por um sensor de temperatura. Quando se excede um certo valor, a roda do ventilador começa a rodar e o dispositivo é refrigerado. As massas de ar forçadas pelo ventilador são calculadas em metros cúbicos por hora .
Uma grande vantagem dos ventiladores é o facto de também atuarem como um “aspirador” dentro da unidade do computador. Para que funcionem corretamente, os depósitos de poeira devem ser periodicamente eliminados das pás.
Importa também destacar que os ventiladores atualmente oferecidos pelos principais fabricantes são submetidos a rigorosos testes de ruído. Portanto, não há que ter receio de que o seu trabalho seja uma carga para o utilizador do computador. Por outro lado, o ruído aumentará proporcionalmente às dimensões do ventilador e à quantidade de ar que o aparelho terá de bombear.
O uso de refrigeração ativa também está associado ao risco de danificar um dos elementos do ventilador. Pode ser um sistema de acionamento ou o próprio rotor acionado. Tal risco não ocorre, porém, no caso da refrigeração passiva, que analisaremos mais à frente neste artigo.
- Radiadores
Outro elemento do sistema de refrigeração bastante utilizado é o radiador. Fabricado em forma de elemento de metal canelado, é usado com maior frequência juntamente com os ventiladores descritos anteriormente, o que aumenta a eficiência da dissipação de calor. O material mais utilizado pelos fabricantes para a produção de dissipadores de calor é o alumínio.
Neste ponto, surge a questão: como pode um dispositivo deste tipo afetar a receção de calor ao aquecer os componentes eletrónicos? Segundo o princípio da transferência de calor, quanto maior for a área da superfície que absorve a radiação de calor, maior será a capacidade de refrigeração. No dissipador de calor, as aletas com o formato adequado são responsáveis por maximizar a superfície de transferência de calor. Portanto, não é de admirar que, quanto maior for o dissipador de calor, mais intensa será a refrigeração. A maior limitação são, assim, as dimensões do dispositivo no qual funcionará o elemento em questão. Outro aspeto muito importante é a distância entre o radiador e o elemento aquecido. Quanto mais pequena for, mais eficiente será a dissipação de calor. Para intensificar ao máximo a transferência de temperatura, na junção de ambas as superfícies são utilizadas fitas termocondutoras.
Na instalação com ventilador, o dissipador de calor absorve as massas de ar quente empurradas através das pás do impulsor e depois dissipa o calor recebido no ambiente.
- Células Peltier
Uma solução muito interessante para a refrigeração de circuitos eletrónicos são os módulos Peltier. A construção do dispositivo consiste em placas cerâmicas dispostas em paralelo, entre as quais se alternam semicondutores de tipo N e tipo P. O contacto direto entre eles é garantido pelo uso de placas de cobre como meio de transporte de eletrões. A corrente elétrica que flui força mudanças de temperatura na junção dos semicondutores diferentes. O funcionamento sem falhas, o design relativamente pequeno e compacto e o facto de não ser necessário utilizar refrigerante são as principais vantagens deste sistema de refrigeração. Outro aspeto importante é a possibilidade de ampliar e aumentar a eficiência das células Peltier com módulos adicionais. Nesse caso, o lado “quente” do primeiro módulo é conectado ao lado “frio” do módulo seguinte. Portanto, a capacidade de receção de calor depende da disponibilidade de espaço e do valor da corrente elétrica.
As células são utilizadas em condições ambientais exigentes, como altos níveis de poeiras. Um exemplo do uso dos módulos Peltier na vida quotidiana são os refrigeradores portáteis para automóveis ou os sistemas de dispositivos muito mais avançados que requerem um controlo preciso da temperatura (por exemplo, geradores de alta potência).
- Refrigeração líquida
A dissipação de calor eficaz na eletrónica avançada de alta potência requer uma alta capacidade de refrigeração. Vale a pena saber que a capacidade calorífica do ar, isto é, a quantidade de energia que o ar é capaz de armazenar, é de aproximadamente 1, ao passo que a água tem uma capacidade de 4000.
Não é difícil adivinhar que as instalações eletrónicas exigentes utilizam sistemas de refrigeração líquida. Os chamados blocos de água são construídos segundo o princípio do fluxo de água ou de outro líquido refrigerante à volta do radiador numa caixa selada. O sistema de bombeamento é responsável pelo movimento do líquido. Os sistemas de refrigeração líquida requerem uma alta precisão. Sabemos que o contacto com a água não servirá aos sistemas alimentados por eletricidade. Mesmo que o sistema esteja cheio de uma substância não condutora e o mero contacto com ela não destrua o dispositivo, a perda do meio interromperá o processo de refrigeração. Estas soluções podem ser encontradas, por exemplo, em computadores concebidos para realizar cálculos complexos ou simulações para as necessidades dos setores da investigação e da enge
- Tubos de calor
O tubo de calor é um dispositivo simples cuja tarefa é transportar calor por convecção.Apesar de esta tecnologia já ser conhecida na década de 40 do século passado, apenas foi utilizada na indústria cerca de 20 anos depois. Atualmente, os tubos de calor são utilizados em muitas áreas, desde refrigeração e aquecimento, passando pelos computadores modernos, até à indústria espacial.
O tubo de calor divide-se em três zonas:
- zona de evaporação (evaporador);
- zona de transição – transporte de calor sem transferência para o meio ambiente (adiabático);
- zona de condensação (condensador).
O calor é absorvido no evaporador onde o refrigerante líquido se evapora. A pressão no espaço do evaporador é maior do que a pressão no espaço do condensador. A diferença de pressão resultante obriga o vapor refrigerante a mover-se para a secção de condensação, onde se condensa e liberta calor para a fonte superior.
Os tubos de calor são uma tecnologia utilizada em naves espaciais, nas indústrias química e energética.
O papel da refrigeração no funcionamento da eletrónica
O excesso de calor nos dispositivos encurta a sua vida útil, limita as suas capacidades e, muitas vezes, provoca danos inevitáveis nos sistemas eletrónicos. A escolha certa dos elementos de refrigeração evita todos estes efeitos negativos. Para os projetistas, este é um grande desafio, porque há muitos fatores que devem ser tidos em conta: os parâmetros técnicos do equipamento e as dimensões são importantes, e também é necessário realizar os devidos cálculos. No entanto, vale a pena recordar que, não obstante termos os melhores sistemas de dissipação de calor, nós, utilizadores, também temos um grande impacto na vida útil dos dispositivos, garantindo um espaço adequado para a circulação do ar e usando-os apenas de acordo com o previsto.
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