Un buen mecanismo de disipación de calor es la solución a muchos de los problemas que tienen los ingenieros y jefes de mantenimiento respecto a la gestión eficiente de cargas térmicas de alta intensidad, en diferentes contextos industriales. Estas tecnologías son claves y críticamente importantes para mantener el buen funcionamiento tanto de los racks y gabinetes eléctricos como de los componentes y dispositivos en su interior.
¿Qué es la disipación de calor?
La disipación de calor es el proceso por el cual se busca mejorar la transferencia de calor desde un dispositivo industrial capaz de alcanzar una temperatura elevada hacia su entorno, con el objetivo de evitar el sobrecalentamiento de dicho dispositivo y así garantizar su rendimiento óptimo y seguro, alargando su vida útil y reduciendo sus posibilidades de fallo por acumulación excesiva de calor a nivel interno.
Para lograr la disipación de calor es necesario utilizar un disipador térmico, que está compuesto por un material altamente conductor (aluminio o cobre) y que proporciona una amplia superficie de contacto con el aire ambiente. Este aumento en la superficie facilita la disipación del calor a través de procesos de conducción y convección térmica, que veremos más adelante.
Por otro lado, para mejorar aún más la eficiencia en la disipación de calor, se suele apoyar el proceso con el uso de un ventilador o cooler, el cual se encarga de aumentar el flujo de aire hacia la superficie conductiva del disipador térmico.
¿Para qué sirve la disipación de calor y cuál es su importancia?
En instalaciones industriales, la disipación de calor es un proceso fundamental para la gestión térmica y el rendimiento seguro de los sistemas eléctricos y componentes electrónicos. Esto es así porque, operativamente, esta disipación sirve para prevenir el sobrecalentamiento.
Tengamos en cuenta que los dispositivos eléctricos dentro de racks y gabinetes industriales generan calor producto de su operación normal. En el caso de que ese calor generado se acumule y no logre disiparse, entonces se producirá un sobrecalentamiento.
Este sobrecalentamiento no solo afectará el rendimiento y la vida útil de los componentes, sino que, además, puede ocasionar un consumo excesivo de energía, fallos e inestabilidad de los sistemas, ralentización en el funcionamiento de las tecnologías involucradas, derretimientos, cortocircuitos, pudiendo llegar incluso a incendios o explosiones.
Situaciones como estas son capaces de aumentar considerablemente los costos por consumo energético, poner en riesgo la integridad de los operarios, ocasionar pérdidas irrecuperables de datos (en el caso de data centers), provocar intermitencias en el suministro eléctrico de la edificación afectando los procesos productivos, generar grandes gastos asociados a multas y sanciones, y toda una bola de nieve de consecuencias que podrían ser devastadoras para la organización.
Por lo tanto, la disipación de calor cumple el objetivo de mantener los niveles térmicos en rangos normales, lo cual mejora la confiabilidad de los sistemas, la seguridad de los operarios y el cumplimiento normativo de las industrias.
¿Cómo funciona la disipación de calor?
Los principios fundamentales sobre los que funciona la disipación de calor son la conducción y la convección térmica.
- Disipación de calor por conducción térmica
La disipación de calor por conducción térmica se aplica cuando el armario o el gabinete eléctrico se encuentra abierto, ya que las corrientes de aire se encargan de hacer circular el calor desde el interior hacia el exterior de la estructura.
- Disipación de calor por convección térmica
La disipación de calor por convección térmica se aplica cuando el rack o el tablero eléctrico debe mantenerse cerrado, ya que en estos casos el calor solo puede disiparse hacia el exterior a través de las paredes y superficies de la estructura.
Condensación y deshumidificación del aire en la disipación de calor
Cuando los sistemas dentro de un rack o tablero eléctrico generan calor, este calor se transfiere al aire circundante. Si el aire contiene una cantidad significativa de humedad, el aumento de temperatura va a hacer que el aire retenga más vapor de agua.
Sin embargo, si el aire alcanza un punto donde la temperatura disminuye, lo cual sucede al entrar en contacto con un disipador de calor, entonces el exceso de vapor de agua en el aire comenzará a condensarse en forma de gotas de agua líquida. Esa temperatura que produce la condensación se conoce como punto de rocío.
Aquí es donde entra en juego la deshumidificación mediante enfriamiento. La deshumidificación es un proceso estándar para controlar la humedad en este tipo de entornos ingenieriles donde se aplica la disipación de calor.
Al enfriar el aire, se reduce su capacidad para retener vapor de agua. Así, cuando el aire se enfría, llega a un punto en el que su temperatura alcanza o está por debajo de su punto de rocío. En este punto, el aire ya no puede retener toda su humedad y parte del vapor de agua se condensa, reduciendo la humedad relativa del aire.
Por lo tanto, en sistemas de climatización industrial, especialmente en entornos con disipadores de calor, es fundamental controlar la humedad para evitar problemas como la condensación no deseada en equipos electrónicos. Los dispositivos de deshumidificación (serpentines de enfriamiento, desecantes, entre otros) son excelentes opciones para controlar activamente la humedad del aire y prevenir la condensación.
Para monitorear todo este proceso se utiliza el diagrama de Mollier (o diagrama de entalpía-entropía), que te permite entender y representar estos cambios de estado. Este diagrama muestra las propiedades del vapor y del agua en diferentes condiciones, incluyendo temperatura, humedad relativa, entalpía y entropía. Al seguir una línea de proceso en el diagrama, puedes visualizar cómo los cambios de temperatura y humedad afectan al aire y cómo estos cambios se relacionan con la posibilidad de condensación en el punto de rocío.
¿Cuáles son los tipos de disipador de calor?
Entre los principales tipos de disipadores de calor destacan los siguientes:
- Disipadores de calor con aire ambiental, son ventiladores modulares que se pueden colocar en diferentes ubicaciones en los armarios y que generan corrientes de aire, aprovechando el aire ambiental del exterior con menor temperatura.
- Disipadores de calor mediante refrigeración, son refrigeradores que se encargan de mantener una temperatura constante dentro de los armarios, indistintamente de la temperatura ambiente del exterior.
- Disipadores de calor mediante refrigeración por líquido, son mecanismos muy potentes que utilizan agua como líquido refrigerante para un óptimo intercambio térmico entre el aire dentro del armario y el agua del sistema.
- Disipadores de calor para salas de TI, son distintos tipos de plataformas especialmente diseñadas para refrigerar diferentes elementos de TI, como salas de servidores, racks informáticos, etc.
- Disipadores de calor para exteriores, son mecanismos pensados de forma específica para armarios que se ubican en la intemperie. Algunos de estos sistemas consisten en ventiladores con filtro, cubiertas contra agua a presión, refrigeradores murales, etc.
En Rittal somos fabricantes mundiales de disipadores de calor de última generación, con tecnologías modulares capaces de adaptarse a cualquier necesidad industrial. La reconocida efectividad de nuestras soluciones es gracias a que conocemos a profundidad todos los elementos que pueden intervenir en la disipación de calor, como los materiales y los acabados de los armarios, la posición de los armarios (ya que las estructuras verticales disipan el calor de manera diferente a las verticales), entre otros factores térmicamente claves.
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