Uso de termossifão em câmara de vapor para eliminação de pontos quentes em dissipadores aletados

Abstract

Durante os últimos anos, o desenvolvimento da microeletrônica na indústria provocou um aumento significativo nas concentrações do calor gerado por componentes eletrônicos, devido a sua maior potência e a diminuição de seu tamanho. Os sistemas passivos de refrigeração convencionais se mostram deficientes quando têm o objetivo de dissipar fluxos de calor concentrados em pequenas áreas. Isso se explica pelo fato dos dissipadores possuírem um limite na capacidade de transferência de calor por condução, ocorrendo uma concentração das linhas de fluxo de calor, provocando o chamado "ponto quente". A utilização de uma câmara de vapor funcionando como um espalhador de calor, acoplado à base de um dissipador aletado convencional permite uma maior dissipação de calor devido a uma menor resistência térmica de espalhamento. Neste trabalho, um protótipo de um dissipador com câmara de vapor foi construído, testado e comparado com um dissipador convencional. O sistema desenvolvido usa água como fluido de trabalho com diversas razões de enchimento: 10%, 20%, 30% e 40% do volume total da câmara. Diversos níveis de taxa de transferência de calor (variando de 25W a 200 W) foram testados. Nos testes, o calor é gerado por um aquecedor elétrico acoplado à base da câmara do dissipador. Um dissipador convencional com as mesmas dimensões foi testado como referência. As distribuições de temperatura foram monitoradas experimentalmente em ambos os dissipadores. Os resultados mostram uma redução na resistência térmica global de 0,33 K/W do dissipador convencional para 0,27 K/W do dissipador com câmara de vapor, para uma potência aplicada de 200W e com razão de enchimento 30%. Para baixas potências, a resistência do dissipador com câmara de vapor é maior que a do dissipador convencional, indicando problemas de início de operação (ou start-up). A resistência térmica da câmara de vapor tende a reduzir com o aumento da taxa de transferência de calor aplicado na base. Os resultados preliminares aqui obtidos demonstram a viabilidade técnica da solução. Porém, um projeto térmico mais refinado da câmara de vapor levaria a uma redução ainda maior da resistência térmica global do dissipador.