Un tub de calor és un dispositiu de transferència de calor passiu, bifàsico que trasllada l'energia tèrmica a través de cicles perpetus de vaporització i condensació. Penseu-hi com el radiador del cotxe.
Un tub de calor incorpora una carcassa / envoltant buit (per exemple, una canonada) de material termo conductor (per exemple, coure, alumini), un fluid de treball (és a dir, un líquid que pot absorbir i transmetre energia efectivament) i una estructura / folre junts en un sistema completament tancat / tancat.
Les canonades de calor s'utilitzen per a sistemes HVAC, aplicacions aeroespacials (per exemple, control tèrmic per a naus espacials) i, més comunament, refredament de punts calents electrònics. Les canonades de calor es poden fer petites per a components individuals (per exemple, CPU, GPU ) i / o dispositius personals (p. Ex., Telèfons intel·ligents / tauletes, ordinadors portàtils, ordinadors) o prou grans per allotjar recintes de mida completa (per exemple, recintes ).
Com funciona un tub de calor?
El concepte darrere d'un tub de calor és similar al d'un radiador d'automoció o un sistema de refrigeració per líquid per ordinador , però amb majors avantatges. La tecnologia de tubs de calor funciona mitjançant l'aprofitament de la mecànica (és a dir, la física) de:
- Conductivitat tèrmica
- Transició de fase
- Convecció
- Acció capil·lar
L'extrem del tub de calor que manté contacte amb una font d'alta temperatura (per exemple, la CPU ) es coneix com la secció de l' evaporador . A mesura que la secció de l'evaporador comença a rebre l'entrada de calor suficient (conductivitat tèrmica), el fluid de treball local contingut en l'estructura de la metxa que recobreix la carcassa es vaporitza a partir d'un estat líquid a gas (transició de fase). El gas calent omple la cavitat buida dins del tub de calor.
A mesura que s'aconsegueix la pressió de l'aire a l'interior de la cavitat de la secció de l'evaporador, comença a conduir el calor latent que transporta el vapor cap al final més fred del tub de calor (convecció). Aquest punt fred es coneix com la secció del condensador . El vapor a la secció del condensador es refreda fins al punt on es condensa de nou a un estat líquid (transició de fase), alliberant la calor latent absorbida pel procés de vaporització. La transferència de calor latent a la carcassa (conductivitat tèrmica) on es pot treure fàcilment del sistema (per exemple, amb un ventilador i / o disipador de calor).
El fluid de treball refrigerat està empapat per l'estructura de la meixona i es distribueix de nou cap a la secció de l'evaporador (acció capil·lar). Una vegada que el líquid arriba a la secció de l'evaporador, s'exposa a l'entrada de calor, que continua el cicle de nou.
Per visualitzar l'interior d'un tub de calor en acció, imagineu que aquests processos funcionin sense problemes en un cicle:
- Gas que flueix a través de la cavitat buida de seccions calentes a fredes
- Líquid que es mou a través de l'estructura de la meixona de seccions fredes a calentes
Les canonades de calor només són capaços de reubicar la calor quan el gradient de temperatura cau dins del rang de funcionament del sistema: els gasos no es condensarán quan les temperatures superin el punt de condensació de l'element, els líquids no es vaporitzaran quan les temperatures baixin del punt de vaporització de l'element. Però tenint en compte la varietat de materials eficaços i fluids de treball disponibles, els fabricants poden ajustar el disseny de les canonades de calor i garantir el rendiment.
Avantatges i avantatges de les canonades de calor
En comparació als mètodes convencionals de refrigeració electrònica, les canonades de calor ofereixen avantatges significatius (amb poques limitacions):
- Refrigeració passiva: les canonades de calor no necessiten un interruptor manual ni electricitat per funcionar. Tot el que es requereix és una diferència de temperatura entre les seccions d'evaporador i condensador.
- Sense manteniment: Les canonades de calor són sistemes completament tancats / segellats amb parts mecàniques / mòbils zero.
- Disseny flexible: les canonades de calor es poden fabricar amb un gruix / diàmetre tan prim de 3 mm, estar formades en formes u que siguin prou estretes per bobinar al voltant d'un cèntim i treballar en qualsevol direcció o orientació (és a dir, no depèn de la gravetat) . Aquests aspectes de disseny flexibles permeten que les canonades de calor compleixin formes i / o requeriments específics.
- Alta conductivitat: les canonades de calor es fabriquen amb materials capaços de manejar temperatures de fins a 1000 graus centígrads. La selecció de materials de revestiment, fluids de treball i estructures de malla permeten als dissenyadors ajustar els rangs de temperatura de funcionament.
- Valor: les canonades de calor tendeixen a ser més petites, més lleugeres, més eficaços i més assequibles que produir que els tipus comparables de sistemes de refrigeració.