Coneixement

Led High Bay: Gestió tèrmica

Per als accessoris d'il·luminació industrial, en particular les badies altes d'estil OVNI en què els circuits i els LED s'allotgen en una carcassa tancada, un disseny tèrmic eficient és fonamental per reduir la temperatura de funcionament d'aquest dispositiu optoelectrònic alhora que millora el rendiment i la fiabilitat. El disseny tèrmic se centra generalment en el dissipador de calor, que normalment és una carcassa de lluminària integrada quan es tracta de dissenys d'alta badia. Un dissipador de calor està dissenyat per allunyar la calor de les unions de cada LED i de la carcassa del controlador. Els dissipadors de calor solen incloure un material conductor de calor, com ara un metall, i inclouen aletes o canals per augmentar la superfície del dissipador de calor per proporcionar un major intercanvi de calor per convecció amb l'aire ambient. La carcassa pot contenir una cambra de ventilació tèrmica integrada colada a la carcassa. La conductivitat tèrmica d'una carcassa alta està determinada per la composició del material i les condicions ambientals. L'eliminació de la calor residual per conducció tèrmica també s'estructura en les geometries dels elements del sistema. Els dissipadors de calor es poden construir amb qualsevol material d'alta conductivitat tèrmica, inclosos, entre d'altres, el coure, l'alumini o els aliatges metàl·lics. Tot i que el coure pot tenir una conductivitat tèrmica tan alta com 400 W/mK o més. L'alumini és el metall més preferit per als dissipadors de calor a causa de la seva conductivitat tèrmica relativament alta i la seva facilitat de fabricació. Per millorar la dissipació de la calor i la resistència a la corrosió, es poden aplicar acabats de capa acrílica en pols tant a les superfícies interiors com exteriors de la carcassa d'alumini.


El dissipador de calor d'alumini es pot fabricar en diferents processos amb diferents costos i rendiments. Els dissipadors de calor estampats són la solució tèrmica de menor cost, però menys eficient que els dissipadors de calor extruïts i els dissipadors de calor fosos a pressió. El procés d'extrusió és avantatjós per a la fabricació de perfils d'aletes complexos que permeten una major dissipació de la calor a través de l'augment de la superfície. Els dissipadors de calor forjats tenen una puresa d'alumini molt alta i, per tant, tenen una excel·lent conductivitat tèrmica, normalment un 20 per cent més alta que els dissipadors de calor extruïts i fosos. L'alumini d'alta puresa pot tenir una conductivitat tèrmica a temperatura ambient d'aproximadament 210 W/mK. La fabricació d'extrusió i fosa a pressió sovint implica elements d'aliatge per facilitar el processament, però aquestes impureses són negatives per a les propietats tèrmiques. Un dissipador de calor d'alumini extruït o fos té una conductivitat tèrmica d'aproximadament 160-200 W/mK. Com que la relació cost/rendiment és sovint la consideració clau en el disseny del sistema, els dissipadors de calor forjats s'utilitzen amb menys freqüència que altres tipus de dissipadors de calor. A més, les carcasses de llum d'alta badia de fosa a pressió ofereixen una construcció d'una sola peça i eliminen operacions secundàries com el mecanitzat i el muntatge i es poden modelar amb moltes característiques com ara aletes, cambres, ventilacions o obertures dedicades, o formes específiques per a la màxima dissipació de calor. Els accessoris moderns d'alta badia OVNI es dissenyen cada cop més amb factors de forma racionalitzats per consideracions estètiques, així com per una millor gestió tèrmica. Les carcasses de lluminàries dissenyades correctament, per exemple, poden evitar l'acumulació de pols a llarg termini i la conductivitat tèrmica del sistema no es deteriorarà.


Una millor gestió tèrmica permet que els LED d'alta potència d'una lluminària d'alta badia s'accionin a nivells de corrent més alts, alhora que mitiguen els efectes negatius sobre la vida i la sortida de llum que solen estar connectats amb temperatures ambientals elevades. Els dissenyadors tenen un parell de maneres de mantenir freds els LED d'alta potència mitjançant l'ús d'altres tecnologies de gestió tèrmica passiva, com ara conjunts basats en tubs de calor. Un sistema de canonades de calor utilitza la transferència de calor bifàsica mitjançant l'evaporació i la condensació d'un fluid de treball. S'han desenvolupat altres estratègies de gestió tèrmica que fan ús de dispositius de refrigeració actiu, com ara ventiladors, per irradiar calor dels LED. La convecció d'aire forçada generada per un ventilador pot augmentar la transferència de calor a l'ambient.