Un tubo de calor é un dispositivo de transferencia de calor pasivo e bifásico que traslada enerxía térmica a través de ciclos perpetuos de vaporización e condensación. Pense niso como o radiador do seu coche.
Un tubo térmico incorpora un envoltorio ou envoltorio oco (por exemplo, un tubo) feito dun material térmicamente conductor (por exemplo, cobre, aluminio), un fluído de traballo (ou sexa, un líquido que pode absorber e transmitir enerxía efectivamente) e unha estrutura / forro xuntos nun sistema completamente pechado / selado.
Os tubos de calor úsanse para sistemas HVAC, aplicacións aeroespaciais (por exemplo, control térmico para naves espaciais) e, máis comúnmente, refrixeración de puntos quentes electrónicos. Os tubos de calor poden ser pequenos para compoñentes individuais (por exemplo, CPU, GPU ) e / ou dispositivos persoais (por exemplo, smartphones / tabletas, ordenadores portátiles ou computadoras) ou o suficientemente grandes como para acomodar caixas de tamaño completo (por exemplo, recintos ).
Como funciona un tubo térmico?
O concepto detrás dun tubo térmico é similar ao dun radiador automotor ou un sistema de refrigeración líquido por computadora , pero con maiores vantaxes. A tecnoloxía do tubo térmico opera mediante a utilización da mecánica (ou sexa, a física) de:
- Condutividade térmica
- Transición de fases
- Convección
- Acción capilar
O extremo do tubo de calor que mantén contacto con unha fonte de alta temperatura (por exemplo, a CPU ) é coñecida como a sección do evaporador . Como a sección do evaporador comeza a recibir a entrada de calor suficiente (condutividade térmica), o fluído de traballo local contido na estrutura metálica do forro da carcasa vaporízase dun estado líquido a un estado gaseoso (transición de fase). O gas quente enche a cavidade baleira dentro do tubo de calor.
A medida que se acumula a presión do aire dentro da cavidade da sección do evaporador, comeza a conducir o calor latente que leva o vapor cara ao extremo máis frío do tubo de calor (convección). Este final frío é coñecido como a sección do condensador . O vapor na sección do condensador se arrefría ata o punto onde se condensa de novo a un estado líquido (transición de fase), liberando o calor latente que foi absorbido polo proceso de vaporización. A transferencia de calor latente á carcasa (condutividade térmica) onde se pode eliminar facilmente do sistema (por exemplo, cun ventilador e / ou disipador de calor).
O fluído de traballo arrefriado está empapado pola estrutura da mecha e repártese de novo cara á sección do evaporador (acción capilar). Unha vez que o fluído chega á sección do evaporador, exponse á entrada de calor, que continúa o ciclo de novo.
Para visualizar o interior dun tubo de calor en acción, imaxine estes procesos traballando sen problemas nun ciclo:
- Gas que flúe a cavidade baleira de seccións quentes a frías
- Líquido que se move pola estrutura da mecha de seccións frías a quentes
Os tubos de calor só poden reubicar a calor cando o gradiente de temperatura cae dentro do rango de operación do sistema: os gases non se condensarán cando as temperaturas superen o punto de condensación do elemento; os líquidos non se vaporizarán cando as temperaturas non coincidan co punto de vaporización do elemento. Pero tendo en conta a variedade de materiais eficaces e fluídos de traballo dispoñibles, os fabricantes poden axustar o deseño de tubos de calor e garantir o rendemento.
Vantaxes e beneficios de tubos de calor
Contra os métodos convencionais de arrefriamento electrónico, os tubos de calor ofrecen importantes beneficios (con poucas limitacións):
- Refrixeración pasiva: os tubos de calor non necesitan un interruptor manual nin electricidade para funcionar. Todo o que se require é unha diferenza de temperatura entre as seccións do evaporador e condensador.
- Sen mantemento: as tuberías de calor son sistemas completamente pechados / pechados con partes cero mecánicas / móbiles.
- Deseño flexible: Os tubos de calor poden fabricarse con un espesor / diámetro tan delgada como 3 mm, estar formados en formas u axustados para enrolar ao redor dun centavo e traballar en calquera dirección / orientación (é dicir, non dependen da gravidade) . Estes aspectos flexibles de deseño permiten que os tubos de calor cumpran formas e / ou requisitos específicos.
- Alta condutividade: as tuberías de calor están feitas con materiais capaces de manexar temperaturas de ata 1000 graos centígrados. A selección de materiais de revestimento, fluídos de traballo e estruturas metálicas permiten aos diseñadores axustar os intervalos de temperatura de funcionamento.
- Valor: os tubos de calor tenden a ser máis pequenos, máis lixeiros, máis efectivos e máis accesibles para producir que os tipos de sistemas de refrixeración comparables.