Heat pipe (literalmente en español tubería de calor, aunque el término no suele traducirse), es un tubo con alta conductividad usado como disipador de calor.
Consiste en un tubo cerrado por ambos extremos en cuyo interior hay un fluido a una presión adecuada para que se evapore y condense en un rango determinado de temperatura.
Al aplicarle calor en un extremo se evapora el líquido de ese extremo y se desplaza al otro lado, ligeramente más frío, condensándose y transfiriéndole el calor.
En informática se utiliza para disipar el calor que producen algunos componentes de hardware, como los microprocesadores. Tiene la ventaja que no emite ningún ruido, a diferencia de los ventiladores.
Básicamente un Heat Pipe es un tubo hueco, relleno de un fluido. Uno de los extremos del tubo se coloca sobre un generador de calor (en el caso que nos ocupa, sobre el core de un microprocesador ).
A: El extremo del cilindro con el fluido activo, reposa sobre un generador de calor.B: La superficie del HeatPipe transmite el calor, al fluido activo, el cual aumenta su temperatura y comienza a evaporarse.C: El líquido evaporado asciende hasta la sección de condensación, que será donde se libera el calor del fluido (se enfría ), y este se condensa, volviendo a estado líquido.D: El fluido activo vuelve hacia la zona de evaporación debido a la gravedad.
El flujo básico del calor se describe en estas etapas, primero se transmite al fluido (a través de la superficie del HeatPipe, de ahí que sea importante que el material del que está hecho el Heat Pipe sea un buen conductor térmico.. suelen estar hechos de cobre ).
El fluido absorbe el calor, hasta que alcanza su punto de ebullición y comienza a evaporarse, al evaporarse el vapor caliente asciende (llevándose consigo el calor que se produce en el generador térmico -> microprocesador ).
El vapor alcanza el final del Heat Pipe, donde se enfría. Típicamente al final del Heat Pipe hay una disipador o algún tipo de refrigerador, para potenciar la refrigeración del fluido activo evaporado. El vapor se condensa al enfriarse (ya ha transmitido el calor que absorbió ).
Básicamente un Heat Pipe es un tubo hueco, relleno de un fluido. Uno de los extremos del tubo se coloca sobre un generador de calor (en el caso que nos ocupa, sobre el core de un microprocesador ).
A: El extremo del cilindro con el fluido activo, reposa sobre un generador de calor.B: La superficie del HeatPipe transmite el calor, al fluido activo, el cual aumenta su temperatura y comienza a evaporarse.C: El líquido evaporado asciende hasta la sección de condensación, que será donde se libera el calor del fluido (se enfría ), y este se condensa, volviendo a estado líquido.D: El fluido activo vuelve hacia la zona de evaporación debido a la gravedad.
El flujo básico del calor se describe en estas etapas, primero se transmite al fluido (a través de la superficie del HeatPipe, de ahí que sea importante que el material del que está hecho el Heat Pipe sea un buen conductor térmico.. suelen estar hechos de cobre ).El fluido absorbe el calor, hasta que alcanza su punto de ebullición y comienza a evaporarse, al evaporarse el vapor caliente asciende (llevándose consigo el calor que se produce en el generador térmico -> microprocesador ).El vapor alcanza el final del Heat Pipe, donde se enfría. Típicamente al final del Heat Pipe hay una disipador o algún tipo de refrigerador, para potenciar la refrigeración del fluido activo evaporado. El vapor se condensa al enfriarse (ya ha transmitido el calor que absorbió ).
En principio hay que decir que el HeatPipe en sí mismo constituye un recipiente de un comportamiento próximo al de un Recinto adiabático. Un Recinto Adiabático es un recipiente ideal en el cual no se produce intercambio de temperatura entre su interior y el exterior (aísla la temperatura exterior de la interior ).¿Entonces cómo se calienta el fluido, y cómo se enfría? ¿no es ese recinto un aislante ?. Efectivamente, pero el comportamiento adiabático se produce en la sección del tubo, no en los extremos que es donde se produce el intercambio de temperatura, lo que se procura es que a la largo de la sección del tubo, no se produzcan fugas térmicas.De hecho el funcionamiento óptimo se obtiene cuando cada una de las secciones: Evaporador, Adiabático y Condensador se prolonga durante un tercio de la longitud total del Heat Pipe. De ahí que suelan estar curvados sobre el bloque que cubre el micro, y más tarde las aletas del disipador no se encuentren sobre el extremo, sino que abarquen todo el tramo final del Heat Pipe.El recipiente consta de un tubo de material conductor, típicamente cobre, recubierto por el material poroso en su cara interior, y a su vez impregnado por el fluido activo, luego el tubo se sella. De tal forma que la presión interior viene dada por el vapor del líquido activo del interior. A parte para evitar fugas de vapor, lo cual inutilizaría el Heat PipeEsta presión es importante, ya que al evaporarse el fluido, crea un gradiente (variación) de presión que empuja el vapor hacia arriba (hacia el condensador ).El material poroso tiene una doble función, el fluido impregna sus poros, y al evaporarse los abandona para subir hacia el evaporador. Por tanto contiene el fluido activo. El fluido condensado vuelve a penetrar en los poros del material capilar, y por presión capilar lo canaliza hacia el evaporador. Por tanto actúa como vehículo para devolver el líquido condensado hacia abajo.Por otro lado al contener el fluido en sus poros, contribuye a que la evaporación se efectúe de forma gradual. Si todo el fluido se evaporase rápidamente, se podría dar el caso de no quedar líquido en el evaporador antes de que vuelva el líquido condensado. Si se produjese esta situación no habría transporte de la temperatura del generador -> Micro Quemado.
El fluido activo no se encuentra solamente en los poros del material capilar, también depositado en el evaporador (sin absorberse ). Ya que el material poroso podría no tener capacidad de absorción para todo el líquido necesario (la cantidad de líquido dependerá del Heat Pipe.. Es decir del diseño del mismo, y el diseño va en función de lo que se quiera refrigerar con él.La elección del fluido activo dependerá de varios factores. El principal es la temperatura de trabajo. Es decir, si se espera que el generador de calor produzca un rango de temperaturas, habrá que elegir un fluido cuyo punto de ebullición se encuentre dentro de ese rango de temperaturas (si metiésemos nitrógeno líquido, ya estaría en estado gaseoso antes de que el disipador saliese de la tienda y para hacerlo volver a estado líquido necesitaríamos un REFRIGERADOR POTENTE, lo cual lo haría inútil para un Heat Pipe destinado a un Disipador de CPU ).También se toman en consideración otros factores como la Viscosidad (a mayor viscosidad mayor temperatura para evaporar el líquido ). También es importante que el líquido no tenga otros componentes disueltos, ya que estos precipitarían al evaporarse dejando un residuo en el evaporador que disminuiría su rendimiento.
Un fluido activo típico para Heat Pipes en disipadores para CPUs es el agua destilada. Cuyo punto de ebullición se alcanza dentro del Heat Pipe, y su calor específico lo hace buen conductor de la temperatura.Como apunte decir que el uso de Heat Pipes alcanza tasas de transferencia térmica desde cientos a miles de veces mayores que el uso de cobre como conductor térmico.
¿Qué diferencia a un sistema de otro ?.. el estado en el que se encuentra el transmisor de temperatura. En Refrigeración por Heat Pipes, la transmisión la hace el vapor del fluido activo al trasladarse desde el evaporador al condensador (en parte también. cuando se encuentra en estado líquido, pero su función es evaporarse ).En Refrigeración líquida, el transporte se realiza mediante el líquido que añadamos al sistema, el cual permanece siempre en estado líquido.En refrigeración tradicional, la transmisión de temperatura se realiza a través de un metal sólido (aluminio, o cobre típicamente ).Así que teniendo en cuenta que al final de los tres sistemas encontramos un ventilador en un radiador/disipador (salvo en sistemas pasivos, pero estos también. los hay en los tres tipos de refrigeración, sobre todo cuando el micro no produce temperaturas muy elevadas ). Lo que acaba por diferenciar a un sistema de otro, es el estado en el que se encuentra el transmisor del calor. Sólido, líquido, gaseoso.Así que si me permitís la licencia me voy a tomar la libertad de llevarle la contraria a todo el mundo y renombrar a la "mal llamada" refrigeración por aire, como refrigeración sólida.
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