Hace apenas unas semanas Elon Musk, el hombre que está cerca de llevarnos a Marte, anunciaba que pronto estaría listo su servicio de internet para todo el mundo a través de Starlink, un proyecto que consta de una constelación de satélites orbitando y brindando internet a toda la Tierra. Esto sin duda, nos acercará un paso más a la conectividad total. Tecnologías como ésta, o la inminente y masiva llegada de la conectividad 5G hará que cada vez haya más dispositivos que tendremos conectados a internet de manera continua.

Starlink, compañía de Elon Musk

En un periodo muy corto de tiempo hemos visto un crecimiento exponencial con la llegada y uso de dispositivos inteligentes, los cuales tienen en común cuando menos dos cosas: Nos hacen más fáciles las actividades cotidianas y utilizan una “placa de circuito impreso” (PCB por sus siglas en inglés) como sistema nervioso central del dispositivo.

Tablillas PCB

En las tablillas PCB y los componentes electrónicos de ésta, circula corriente eléctrica, lo que hace que de manera natural se genere calor en su operación. La correcta disipación de calor de las zonas o componentes críticos es necesaria para desarrollar productos y dispositivos electrónicos que operen de manera satisfactoria asegurando la vida útil del equipo.

Esta disipación del calor es un reto complejo de enfrentar tomando en cuenta que la tendencia es ir creando dispositivos cada vez más pequeños, reduciendo el espacio entre los diferentes componentes electrónicos, por otro lado, es muy diferente la capacidad de disipar calor. Tomando en cuenta estos factores, los dispositivos electrónicos son diseñados para funcionar dentro de un rango óptimo de temperaturas lo cual hace que, si los equipos comienzan a funcionar por arriba de este rango, pueden comenzar a operar de manera inadecuada o en el peor de los casos un daño permanente en alguno de los componentes internos del dispositivo.

Por esta razón, los desarrolladores y fabricantes de estos dispositivos suelen utilizar diferentes maneras para enfriar sus quipos, por ejemplo, utilizando materiales con mejor eficiencia de disipación de calor, rendijas de ventilación en las carcasas de los equipos, utilizar disipadores de calor, ventiladores o incluso sistemas de enfriamiento líquido. 

Disipación de calor

El uso de estas alternativas lleva a los diseñadores de equipos electrónicos a preguntarse: ¿Hay materiales alternativos que pueda utilizar para mejorar el rendimiento de los disipadores de calor? ¿Cuántas rendijas de ventilación serán necesarias? ¿Qué tamaño debería tener el conducto de flujo de calor? ¿Cuál será el ventilador más pequeño que satisfaga los requerimientos térmicos?

Encontrar las respuestas a este tipo de cuestionamientos puede ser complejo y una opción común para resolverlas es realizar pruebas en prototipos físicos para intentar medir los efectos de los cambios de temperatura y la transferencia de calor. Las desventajas de esta opción (uso de prototipos físicos) además de ser lento y costoso, pueden resultar sumamente difícil y a menudo imposible a causa de los obstáculos asociados con la miniaturización y la colocación de sensores dentro de sistemas cerrados.

Comprender y resolver de manera eficaz los retos planteados por la transferencia de calor desde las primeras etapas del diseño, se traduce en ahorro de tiempo, reducción de los costos de desarrollo, garantiza la calidad del producto y facilita introducir innovaciones en el producto, lo cual, sin duda, brinda una ventaja competitiva sobre la competencia.

La alternativa más eficiente para entender el comportamiento térmico de las propuestas de diseño es el uso de software de análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés). Estas herramientas pueden ayudar a superar todos estos retos. El módulo de refrigeración de dispositivos electrónicos de SOLIDWORKS Flow Simulation evalúa las propiedades térmicas y los requisitos de refrigeración. Este módulo, ofrece a los diseñadores e ingenieros un completo conjunto de herramientas que les permiten hacer frente a los complicados retos del diseño de equipos electrónicos. Algunas de las aplicaciones que destacan en esta herramienta son:

Estas, entre muchas otras posibilidades, permite a los ingenieros y diseñadores crear de forma rápida y precisa sistemas electrónicos complejos.

Es claro que la demanda de productos electrónicos de alta tecnología seguirá creciendo aceleradamente, las empresas que logren desarrollar los productos más innovadores, que aseguren su confiabilidad y performance, así como la calidad del producto, serán las empresas que destaquen en el competido mercado global.

SOLIDWORKS Simulation

Espero que esta información te haya sido de interés y utilidad, si quieres conocer conocer más al respecto, puedes descargar la hoja técnica: "Superando los retos de la transferencia de calor", es totalmente gratis.