[GUIA] Heat Pipes

Lo que usas para enfriar tu sistema.. Bien sea soplandole aire o mojandolo un poco.

[GUIA] Heat Pipes

Notapor josemsg75 » Dom Feb 07, 2010 9:51 pm

Esta tecnología ya es un Estándar y muchos de nosotros ya la usamos en nuestras computadoras, pero que sabemos de ella? como funciona?, porque la mayoría de los fabricantes de soluciones térmicas para PC's la han adoptado.

La idea de tubos de calor fue sugerido por el R.S. Gaugler en 1942. Sin embargo, no fue hasta 1962, cuando G.M.Grover se intereso en sus notables propiedades, las cuales desarrollo y es cuando realmente comienza su evolucion.

En principio esta tecnología fue limitada principalmente en la carrera aeroespacial, debido a la complejidad de la construcción de las Mechas y el uso de materiales costosos
(para la época) no fue sino aproximadamente 40 años después cuando se hace uso más extensivo de la misma llegando así a la parte superior de nuestros CPU's.

Que es un Heat Pipe o Tubo de Calor:

Un Heat Pipe no es más que un Tubo de metal sellado en sus extremos que contiene en su interior un liquido bajo presión (Esta presión es importante, ya que al evaporarse el fluido, crea un gradiente (variación) de presión que empuja el vapor hacia el condensador) y cuyas paredes internas están revestidas con un material poroso que actúa como Mecha.


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Los tres componentes básicos de un Heat Pipe son:

    1. El Contenedor o Tubo
    2. El Fluido de trabajo
    3. La Mecha o la estructura capilar

1. Contenedor o Tubo:

Su función es aislar el fluido de trabajo del ambiente exterior. Se le aplican pruebas anti-fugas para mantener el diferencial de presión a través de sus paredes.

La selección de los materiales del Contenedor o Tubo depende de varios factores:

    * Compatibilidad con el fluido de trabajo y el medio ambiente externo.

    * Resistencia a la proporción de peso.

    * La conductividad térmica (Una alta conductividad térmica asegura la caída de temperatura mínima entre la fuente de calor y la mecha.)

    * Facilidad de fabricación, incluyendo la soldadura, maquinado y ductilidad.

    * Porosidad (El material debe ser no poroso para evitar la difusión de vapor.)

2. Fluido de trabajo

Es uno o varios líquidos los cuales deben ser seleccionados dependiendo del el rango de temperatura operacional entre otras características. Este líquido se evapora más rápido de su punto de ebullición en estado normal al estar bajo la presión interna del Contenedor luego se condensa y por ultimo regresa de nuevo a la zona de evaporación.

Los requisitos principales son:

    * Compatibilidad con los materiales de la mecha y la pared.

    * Buena estabilidad térmica.

    * Humectación de la mecha y la pared.

    * La presión de vapor no demasiado alta o baja en el rango de temperatura de funcionamiento.

    * Alto calor latente de vaporización (es conveniente para la transferencia de grandes cantidades de calor con el flujo de líquido mínimo)

    * Alta conductividad térmica (de preferencia debe ser elevada a fin de minimizar el gradiente de temperatura radial y para reducir la posibilidad de ebullición
    nucleada en la mecha o de la pared de la superficie)

    * Líquido de baja viscosidad.

    * Alta tensión superficial (a fin de que el tubo de calor pueda operar contra la gravedad y generar un gran motor capilar.)

3.Mecha o estructura capilar

Se trata de una estructura porosa de materiales como el acero, aluminio, níquel o cobre en diferentes gamas de tamaños de poros. Son fabricadas con espumas metálicas,
y más concretamente fieltros, siendo el segundo más frecuente. Más recientemente, el interés se ha vuelto a las fibras de carbono como material de la mecha.

La finalidad primordial de la mecha es generar la presión capilar para transportar el fluido de trabajo del condensador al evaporador. También debe ser capaz de distribuir el líquido alrededor de la sección de evaporación y también a cualquier área donde el calor probablemente sea recibido por el tubo de calor. A menudo, estas dos funciones requieren mechas de diferentes formas. La selección de la mecha para un tubo de calor depende de muchos factores, algunos de los cuales están estrechamente vinculados a las propiedades del fluido de trabajo.

Ejemplo de algunos tipos de Mechas:


Imagen


En esta tabla pueden ver las posibles combinaciones Fluido de trabajo-Material del Contenedor en el rango medio de operación el cual es el usado para enfriar CPU's:

Imagen


Como funciona un Heat Pipe:

Voy a apoyarme en este grafico para una explicación rápida de su funcionamiento:


Imagen


    1._ El Fluido de trabajo se calienta en la base del Heat Pipe este se evapora, el vapor absorbe la energía térmica.
    2._ El vapor viaja a traves del Tubo hacia la zona mas fría.
    3._ El vapor se condensa y regresa al estado liquido liberando la energía térmica este es absorbido por la mecha.
    4._ El Fluido de trabajo regresa a la base del Tubo de calor.

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 llega al 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).
Una vez condensado, las gotas de fluido activo caen de nuevo hacia el extremo del Heat Pipe conectado al generador de calor. El fluido activo vuelve frío y listo para volver a absorber la temperatura del generador.

Es conveniente usar un disipador con esta tecnología?

Los de Heat Pipes tienen una conductividad térmica que es de muchos miles de veces mayor que un pedazo de cobre del mismo tamaño.

Hay 2 situaciones en las que los tubos de calor son especialmente adecuados:

    * En los entornos de espacio limitado - en los ordenadores portátiles, consolas de videojuegos, ordenadores de cine en casa, es una situación común que, debido a restricciones
    de espacio, no es posible montar un disipador de calor directamente en el lugar donde se produce el calor (es decir, en la CPU).

    * Para mejorar la transferencia térmica en un disipador de calor. Ya que el calor es más eficiente transportado fuera de la zona de contacto con la CPU,
    a la parte exterior del disipador de calor donde el enfriamiento se produce.

Conclusion:

A la hora de cambiar el Cooler stock o comprar uno nuevo deberiamos tener presente que tenga esta tecnologia (aunque creo que ya todos los fabricantes la usan como norma) la cual ayuda bastante, y mas si vamos ha hacer overcloking a nuestro procesador, aunque ciertamente no es la solución definitiva a todos los problemas relacionados con el enfriamiento.

Fuente:
http://www.globalspec.com/?frmtrk=dart&dartid=432106
http://www.heatsink-guide.com/content.php?content=case.shtml
http://en.wikipedia.org/wiki/Heatpipe
http://www.heatpipe.com/
http://www.answers.com/topic/heat-pipe
http://www.thermacore.com/thermal-basics/heat-pipe-technology.aspx
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Re: [GUIA] Heat Pipes

Notapor BlackShark67 » Dom Feb 07, 2010 10:08 pm

Excelente publicación

Saludos
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Re: [GUIA] Heat Pipes

Notapor Herz_bad » Mar Feb 09, 2010 2:23 pm

Excelente informacion :D vaya que es digno de analizar esa tecnologia, ahora los que he visto tienen heat pipe de cobre por supuesto que de seguro deben haber de otro tipo de materiales que faciliten mejor la conducción, pero esta info es bastante buena. Me interesa mucho. :)
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Re: [GUIA] Heat Pipes

Notapor Gary » Mar Feb 09, 2010 3:52 pm

Honestamente no tenia idea del diseño interno del heat pipe. solo me suponia que era una simple transferencia termica de calor hacia las hojas de disipacion. muy buena esa info. Thanks 8-)
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Re: [GUIA] Heat Pipes

Notapor Richardbmx » Mié Feb 10, 2010 6:33 pm

buena info gracias algo mas de cultura general jejejejejejejee :D
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Re: [GUIA] Heat Pipes

Notapor dealedep » Lun Mar 08, 2010 9:50 am

Excelente informacion Jose, ya habia leido anteriormente sobre ella, debido a que me llamo la atencion, por un cooler con heat pipes es mucho mas efectivo que el cooler stock, bueno ya tenemos la respuesta gracias a esta tecnologia. Por cierto, ese liquido se va desgastando o desapareciendo? hay alguno tipo de desgaste en estos coolers?
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