Introducción
Los tubos de calor se encuentran entre los más eficientes e inteligentes sistemas de enfriamiento que podemos encontrar en numerosos sistemas como automoción, electrónica, HVAC, etc. Dado que los tubos de calor son superiores a los sistemas de refrigeración por disipador de calor tradicionales, su uso sigue estando muy restringido a un número limitado de líneas de productos debido a su rentabilidad.
Entonces, en este artículo, aprenderemos sobre los tipos de tubos de calor, cuál es su principio de funcionamiento, de qué están hechos, qué industrias los usan y cómo puede seleccionar el tubo de calor adecuado según su aplicación y requisitos.
¿Qué es un tubo de calor?
Un tubo de calor es un sistema pequeño que incluye una mecha, una carcasa exterior y un líquido refrigerante para disipar el calor.
Esta tecnología es superior a los disipadores de calor tradicionales, en los que se utilizan tubos de cobre para disipar el calor. Los tipos y aplicaciones de los tubos de calor varían enormemente en función de los dispositivos en los que necesitemos utilizarlos.
Principio de funcionamiento del tubo de calor
En el sistema de enfriamiento por tubos de calor, dentro del tubo de cobre hay una estructura de mecha y el núcleo está lleno de un líquido refrigerante.
Cuando el tubo de cobre se calienta, el calor se transfiere al líquido a través de la mecha. El líquido se calienta y comienza a evaporarse. Los vapores comienzan a fluir hacia el otro extremo del tubo de calor y desde allí ingresan a la mecha, comienzan a enfriarse y vuelven a ingresar al núcleo del tubo de calor para volverse líquido nuevamente.
Este ciclo continúa hasta que se disipa todo el calor de los tubos de calor. El proceso de vaporización y enfriamiento del líquido para volver a su estado líquido es muy rápido y continuo.
Diferentes tipos de tubos de calor
- Tubos de calor planos
Un tubo de calor plano para refrigeración tiene una superficie plana en lugar de cilíndrica y esto proporciona más área de superficie para permanecer en contacto con una superficie calentada.
Aplicaciones
- Refrigeración de ordenadores portátiles y de sobremesa.
- Refrigeración de baterías de vehículos eléctricos.
- Gestión térmica de servidores, centros de datos e iluminación LED.
Pros y contras
- Mejor conductividad térmica.
- Diseño delgado y ligero.
- Refrigeración pasiva significa silencio y sin partes móviles.
- Capacidad de enfriamiento limitada.
- Más caro que los disipadores de calor tradicionales.
- Tubos de calor de bucle
En los tubos de calor de bucle, el tubo de calor está hecho en un circuito o una estructura en forma de bucle, donde el líquido se almacena en un depósito. Se evapora y los vapores pasan a través del tubo de calor hasta un condensador donde se vuelven líquidos y se almacenan nuevamente en el depósito; de ahí el nombre de tubos de calor de bucle.
Aplicaciones
- Gestión térmica del satélite.
- Sistemas de enfriamiento en maquinaria pesada.
- Gestión térmica aeroespacial.
- Dispositivos médicos como sistemas de enfriamiento de resonancias magnéticas.
Pros y contras
- La acción capilar permite trabajar en cualquier orientación.
- Refrigeración pasiva: silenciosa y sin partes móviles.
- No se necesita energía externa.
- Proceso de fabricación complejo.
- Diseño rígido.
- Los daños en la mecha pueden hacer que el tubo de calor sea inútil.
- Tubos de calor de la cámara de vapor
Este tipo de tubo de calor es una placa plana que tiene una mecha alrededor de su perímetro justo debajo de la placa de cobre. El calor entra por un lado de la placa, lo que obliga al líquido a evaporarse y fluir hacia arriba por el tubo de calor. Se enfría hasta convertirse en líquido y se deposita en el fondo y el ciclo continúa.
El núcleo de la placa tiene un espacio similar a una cámara por donde los vapores pueden ascender y asentarse; de ahí el nombre de tubo de calor de cámara de vapor.
Aplicaciones
- PC de alto rendimiento, como PC para juegos y para overclocking.
- Refrigeración de tabletas y teléfonos inteligentes donde el grosor del dispositivo es muy limitado.
- Gestión térmica del vehículo eléctrico.
Pros y contras
- Proporciona un enfriamiento uniforme en toda la placa de enfriamiento.
- Muy delgado e ideal para dispositivos donde el grosor del dispositivo es una gran preocupación.
- Puede funcionar literalmente en cualquier orientación.
- El proceso de fabricación debe ser muy preciso.
- Incluso una ligera curvatura en la cámara de vapor puede hacer que el tubo de calor quede inutilizable.
- Tubos de calor con disipadores de calor
Cuando conectamos un disipador de calor a un tubo de calor, se convierte en tubos de calor con disipadores de calor. El disipador de calor puede tener una ventilador También en la parte superior, pero puede que no sea obligatorio. Sin embargo, se trata de una variante avanzada de un disipador de calor.
Aplicaciones
- Refrigeración de PC y equipos informáticos de uso general donde el espacio limitado no es un problema.
- Sistemas de refrigeración aeroespaciales y de aviación.
- Refrigeración genérica en casi todas las industrias.
Pros y contras
- Tiene una capacidad de enfriamiento limitada.
- Mejor enfriamiento que los disipadores de calor tradicionales.
- Tubos de calor con un diseño flexible
La carcasa de los heat pipes flexibles tiene un diseño flexible que permite doblarla de forma agradable sin dañarla ni entorpecer su funcionamiento. Para lograr la curvatura, el heat pipe tiene una sección en forma de resorte y esa es la zona donde podemos doblar el heat pipe.
Aplicaciones
- Dispositivos plegables.
- Dispositivos médicos.
- Robótica.
- Electrónica portátil como relojes inteligentes y sistemas AR y VR.
Pros y contras
- El diseño del tubo de calor flexible permite instalar un tubo de calor más grande en un área limitada.
- La tensión mecánica está limitada por cm o mm cuadrado.
- Sin embargo, la capacidad térmica y de refrigeración es muy limitada.
¿De qué están hechos los tubos de calor?
La mayoría de los tubos de calor tienen una carcasa de cobre en el exterior y, a veces, de aluminio (para reducir los costos). La estructura de la mecha está hecha de metales como cobre, aluminio, acero inoxidable o incluso fibras metálicas. Finalmente, el fluido de trabajo puede ser agua, o incluso acetona (para una alta conductividad térmica), refrigerantes o líquidos fluorados, según la conductividad térmica requerida.
Materiales para tubos de calor para fines especiales
- Acero inoxidable: Se utiliza en entornos hostiles por sus propiedades anticorrosión.
- níquel: Se utiliza en sistemas nucleares y espaciales debido a su resistencia a altas temperaturas.
- Cerámico: Utilizado en ambientes extremos debido a sus propiedades aislantes.
Aplicaciones de los tubos de calor
- Electrónica de Consumo:
Los productos electrónicos de consumo, como computadoras portátiles, teléfonos inteligentes, consolas de juegos y computadoras de alto rendimiento, hacen un uso intensivo de tubos de calor porque estos dispositivos generan mucho calor y la única opción confiable es un tubo de calor para disipar todo ese calor.
- Automoción y sistemas HVAC
En los vehículos, los tubos de calor se utilizan para enfriar las baterías y, a veces, también los motores. Además, en los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, los tubos de calor actúan como intercambiadores de calor que permiten que los aparatos de aire acondicionado funcionen sin problemas.
- Instalaciones de energía renovable
Los paneles solares, los sistemas geotérmicos y los sistemas de almacenamiento de energía utilizan tubos de calor para mantenerse frescos porque generan mucho calor al producir energía.
- Naves espaciales y aeroespacial
Los satélites, las sondas espaciales y los aviones operan en entornos extremos y hostiles y necesitan tubos de calor fabricados con materiales especiales para mantenerse frescos.
Tubos de calor frente a otros sistemas de refrigeración
- Tubos de calor frente a cámaras de vapor
En los tubos de calor, el calor se envía a una distancia para enfriarse a través de un líquido refrigerante, pero en las cámaras de enfriamiento, el calor se distribuye uniformemente para disiparlo.
Los usos ideales de un tubo de calor son cuando queremos transferir calor a larga distancia, como en las computadoras portátiles, pero las cámaras de vapor son mejores cuando necesitamos disipar el calor en dispositivos compactos como tabletas y teléfonos inteligentes.
- Tubos de calor frente a ventiladores de refrigeración tradicionales
Los tubos de calor utilizan la evaporación para reducir los niveles de calor en un dispositivo, lo que significa una alta eficiencia pero un abanico tradicional Simplemente sopla aire con fuerza. Por lo tanto, el ventilador soplará aire cuya temperatura es la misma que la del ambiente, lo que significa una eficiencia de enfriamiento deficiente y, por lo tanto, es mejor para PC de uso general.
- Tubos de calor frente a refrigeradores termoeléctricos (TEC)
Los TEC utilizan electricidad para bajar la temperatura, pero los tubos de calor no necesitan electricidad para disipar el calor. Los TEC son mejores para eliminar el calor a pequeña escala, como en proyectos electrónicos. Los TEC tienen una superficie de calentamiento y una superficie de enfriamiento y necesitan un disipador de calor y un ventilador conectado a la superficie de calentamiento para que sigan funcionando.
Factores a tener en cuenta al seleccionar un tubo de calor
- Rendimiento Térmico
Si su dispositivo produce mucho calor, debería considerar un tubo de calor que pueda disipar ese calor, como cerámica, cobre o quizás níquel para un alto rendimiento térmico.
- Tamaño
Los dispositivos compactos necesitan cámaras de enfriamiento de vapor o tubos de calor flexibles dependiendo de la carcasa y el tamaño del equipo.
- Peso
Si el peso es una preocupación importante en su proyecto, también debe considerar el peso del tubo de calor. En ese caso, considere los tubos de calor de aluminio.
- Costo
El níquel, el acero inoxidable y el titanio son algunos de los materiales más caros que se utilizan en los tubos de calor. Sin embargo, el cobre y el aluminio son las opciones más comunes y asequibles.
- Compatibilidad con el material
Piense en el material que necesita para enfriar con los tubos de calor, ya que no todos los materiales son compatibles entre sí. Por ejemplo, si hay conductividad eléctrica en la zona de calentamiento, considere los tubos de calor de cerámica debido a sus propiedades aislantes.
- Otros factores ambientales
El cobre, el acero inoxidable, el aluminio, etc. no son aptos para entornos hostiles. Considere el níquel, la cerámica, el titanio o los materiales compuestos.
Conclusión
Los tubos de calor deben ser fabricado con excelencia y alta precisión porque hasta un mínimo defecto a nivel microscópico puede perjudicar la eficiencia o inutilizarla y ahí es donde entra en juego Jiujutech. Si necesitas soluciones para refrigeración con tubos de calor, entonces empresas como Tecnología Jiuju Tenemos décadas de experiencia y excelencia en la fabricación eficiente de tubos de calor para diferentes aplicaciones, ya sea una cámara de enfriamiento de vapor, tubos de calor flexibles o tubos de calor planos, etc.
Si tiene otros tipos de tubos de calor en mente, estas industrias pueden sugerirle diseños y materiales de tubos de calor según los requisitos personalizados.
