Refrigeración de componentes electrónicos

La refrigeración electrónica abarca el diseño térmico, el análisis y la caracterización experimental de sistemas electrónicos como una disciplina independiente dentro del proceso de creación de un producto electrónico o un subsistema electrónico (por ejemplo, una unidad de control del motor (ECU) para un automóvil). Existen fuentes de información en línea ^{[ 1 ]} y se han publicado varios libros sobre este tema. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

La refrigeración de los ordenadores es un subtema. Los disipadores de calor son dispositivos que se utilizan para aumentar la superficie de los componentes electrónicos disponible para la refrigeración por aire , lo que ayuda a reducir la temperatura de la carcasa de los componentes. Los ventiladores se utilizan para aumentar el flujo de aire.

El diseño y análisis térmico se realiza mediante cálculos manuales o con hojas de cálculo , basándose en reglas de diseño o correlaciones de transferencia de calor. También se utilizan herramientas de ingeniería asistida por ordenador, como la dinámica de fluidos computacional .

Además de la conducción pasiva de calor, se puede lograr refrigeración activa mediante el consumo de electricidad a través de los enfriadores termoeléctricos. ^{[ 5 ]}

Cuando se aplica voltaje eléctrico a un material semiconductor de tipo n (o tipo p ) , el campo eléctrico impulsa los electrones ( huecos ) de un extremo al otro, transportando así la energía cinética y la entropía electrónicas . Finalmente, se genera un gradiente de temperatura que equilibra la fuerza del campo eléctrico . Este fenómeno se conoce como efecto Peltier , y el dispositivo de refrigeración basado en él se denomina enfriador Peltier. Un enfriador Peltier consta, como mínimo, de una rama n y una rama p , también conocidas como unión Peltier. ^{[ 6 ]} Si bien los enfriadores Peltier suelen tener una eficiencia de entre el 10 % y el 15 % en comparación con un ciclo de Carnot inverso , o entre el 40 % y el 60 % en comparación con un ciclo de compresión de vapor , pueden ser la única opción para aplicaciones en ciertos escenarios especiales, como la electrónica en satélites , submarinos y en espacios extremadamente reducidos, debido a su estado sólido, su bajo mantenimiento, su tamaño compacto y su funcionamiento silencioso. ^{[ 7 ]}

Las múltiples uniones Peltier, que gestionan cada rango de temperatura específico, suelen apilarse para mejorar aún más el rendimiento general de la refrigeración electrónica. Como bombas de calor activas que consumen energía, los refrigeradores termoeléctricos pueden producir temperaturas inferiores a la ambiente, algo imposible con disipadores de calor pasivos, refrigeración líquida por radiador o disipadores de calor con tubos de calor. Sin embargo, al bombear calor, un módulo Peltier normalmente consume más energía eléctrica que la cantidad de calor que bombea. ^{[ 8 ]}