La disipación térmica es la capacidad que tiene un material para hacer pasar a través de él determinado flujo de calor.
A partir del uso industrializado del aluminio para la confección de distintos elementos, ya sean destinados a la construcción de vehículos, aeronaves, varios utensilios de uso diario y elementos electrónicos, comenzaron los estudios para conocer sus distintas propiedades físicas, con el objetivo de establecer si el material es apto o eficaz para determinado uso. Entre esas características físicas se encuentran la disipación térmica y la resistencia mecánica.
La disipación térmica es la capacidad que tiene un material para hacer pasar a través de él determinado flujo de calor, estos tipos de materiales son utilizados para la fabricación de disipadores y muchos de ellos son elaborados en base a aleaciones de aluminio, ya que este tiene una alta capacidad de conducción de calor, lo que le permite retirar de elementos como semiconductores, transistores y microprocesadores altos flujos de energía térmica para su refrigeración, ya que de no ser manejados de manera adecuada pueden ocasionar desgaste y poner en riesgo la integridad de los mismos por el aumento de su temperatura por encima de los valores ideales de trabajo.
Los procesos de disipación térmica son algo complejos al igual que el trabajo realizado para diseñar un modelo de disipador eficaz, sin embargo, todo parte de la utilización de materiales con una alta capacidad de conducir calor, los más ampliamente utilizados son el cobre y el aluminio, sin embargo por su ligereza el aluminio suele ser el más utilizado además que, si bien el cobre es ligeramente un mejor conductor de calor, el proceso de liberación del calor a través de la radiación hasta el medio ambiente suele ser más lento que el realizado por el aluminio.
Para aumentar la eficiencia los disipadores de aluminio, estos son sometidos a procesos de extrusión y anodizado para mejorar la disipación de calor, el primero es un proceso destinado a darle formas complejas al material para aumentar el contacto de superficie entre el disipador y el medio ambiente que suele ser el aire, mientras que el anodizado en negro le otorga a la superficie del aluminio una capa protectora que favorece la emisión de la energía durante el proceso de radiación.
De igual forma aspectos como la resistencia a la fatiga, deformaciones y penetración son bastante importantes a la hora de emplear el aluminio, este reúne una serie de características que lo hacen bastante atractivo para la industria, una de ellas es que es un elemento muy dúctil y maleable, esto permite que la elaboración de determinadas formas sea mucho más sencilla que con otros metales. Uno de sus inconvenientes es que al ser un metal blando ofrece poca resistencia a la penetración, sin embargo, al alearlo con otros elementos puede aumentar du dureza y su punto de fusión, haciéndolo un material idóneo para la industria aeronáutica por la combinación de la buena resistencia mecánica de algunas de sus aleaciones y su bajo peso, los cuales son aspectos importantes en dicha industria.
En lo que respecta a la resistencia al desgaste, la mayoría de los materiales de aluminio muestran un comportamiento aceptable considerando que este se puede aumentar drásticamente a través de tratamientos superficiales, además gracias a la película de alúmina que se forma de manera espontánea en su superficie la protege de la corrosión por contacto con el aire o el agua.
Disipadores: entre el cobre y el aluminio
Uno de los sitios en los que se suelen encontrar disipadores con más frecuencia es en las computadoras. Hoy en día, la mayor parte de estos disipadores se encuentran fabricados en una combinación entre aluminio y cobre. En general, se tiende a pensar que el cobre es mejor conductor para el calor de lo que puede serlo el aluminio. Pero, si es así ¿por qué no todos los disipadores están fabricados íntegramente en cobre?
Lo que se conoce como conductividad térmica representa una medida de la capacidad de un material para poder conducir el calor. En general, se mide en vatios por metro Kelvin. Los materiales que poseen un buen nivel de conductividad térmica tienden a ser más propensos a calentarse y también a enfriarse a gran velocidad. Es esa la razón por la que los disipadores para computadoras tienden a emplear materiales que se destaquen por tener un muy alto coeficiente de conductividad, para que sea posible que el calor del procesador salga del equipo lo antes posible y los ventiladores lo enfríen a gran velocidad, de manera de evitar daños.
Si nos fijamos en cuál es el metal que mejor conductividad térmica tiene, este es la plata. Su coeficiente alcanza los 429 W/mK. En segundo lugar se encuentra el cobre con 399, le sigue el oro con 316 y posteriormente el aluminio con 235.
Si el cobre es tan buen conductor ¿por qué hay pocos disipadores de cobre?
Lo que podemos decir, basados en lo mencionado con anterioridad, es que la plata es el único metal que realmente tiene una conductividad térmica que es mayor que la del cobre. Claramente, si no hay disipadores hechos en plata esto responde a que se trata de un metal considerado precioso, lo que eleva sustancialmente su precio en los mercados. Además, cuando no tiene tratamiento, la plata tiende a ser muy endeble, lo que hace que sea inviable el pensar en fabricar disipadores con ese material.
Si bien es cierto que existen en la actualidad disipadores de computadora que están, hoy, totalmente compuestos de cobre, es cierto que son pocos si se los compara con los que tienen una combinación de heatpipes de cobre y aletas de aluminio. Podemos mencionar dos razones fundamentales que motivan esto en los fabricantes de estas piezas: el peso y el costo.
En lo que refiere al peso, podemos decir que un disipador de grandes dimensiones hecho totalmente en cobre podría ser extremadamente pesado. Esto se debe a que el aluminio alcanza un peso de un tercio de lo que pesa el cobre en el mismo tamaño de pieza. Un disipador de grandes dimensiones con un peso de, por ejemplo, 1320 gramos, pesaría más de 2 kilogramos si estuviera hecho totalmente en cobre. Además de ser inviable, esto podría ocasionar distintos tipos de daños, como daños a la placa base y al socket.
Por otra parte, si bien es verdad que el cobre no es un material en exceso costoso en los mercados porque es considerado como bastante común, sí es verdad que es mucho más caro que el aluminio. Es porque los costos tanto de fabricación como de venta tienden a ser considerablemente más elevados.
Los mencionados con anterioridad son algunos de los principales motivos que permiten comprender el por qué de que muchos fabricantes hoy prefieran fabricar los disipadores con heatpipes de cobre y láminas de aluminio. El cobre quita el calor del procesador, el cual es luego distribuido a través de las láminas de aluminio, que son mucho más ligeras y económicas, sin por ello perder el buen coeficiente de conductividad que las caracteriza. Esto lleva a la generación de disipadores eficientes, de menor peso y a un costo mucho más accesible.
