¿Importa el color de la pintura en un disipador de calor?

El calor deja un disipador de calor por conducción, convección y radiación. Me enseñaron que las superficies negras son las mejores para irradiar calor y, en consecuencia, muchos disipadores de calor son negros. Pero también tienen aletas para convección. Y los disipadores de calor grandes tienen muchas aletas grandes. La convección, por lo tanto, parece importante.

Entonces, ¿qué sucede si por razones estéticas tengo que pintar un disipador de calor de color blanco brillante? El blanco, por supuesto, es el mejor color para reflejar la radiación térmica. ¿Reflejaría eso el calor dentro como un pavo envuelto en papel de aluminio? ¿Alguien puede estimar una pérdida de eficiencia o un aumento compensatorio necesario en la calificación?

PS Los radiadores domésticos son blancos.

PPS ¿Qué implica "acabado de material" en la terminología del disipador de calor? no lo responde del todo.

No pintar disipadores de calor. La capa de pintura actuará como un aislante entre el metal y el aire, reduciendo su capacidad de disipar el calor.

Anodizar un disipador de calor es un problema menor. La capa de anodización es mucho más delgada que la pintura (unos pocos micrómetros en aluminio, por ejemplo), por lo que presenta una resistencia térmica mucho menor que la pintura.

El color de la pintura no tendrá un efecto significativo en el enfriamiento a menos que diferentes colores de pintura sean más delgados o más gruesos que otros, o si el disipador de calor está expuesto a la luz solar directa.

Sí, el negro tiene la emisividad más alta (también absorbe mejor radiación, reciprocidad, o la ley de radiación térmica de Kirchoff). Tenga en cuenta que tiene que ser "negro" en las longitudes de onda relevantes, que no corresponden necesariamente a ser negro en el espectro visible.

Eso significa que la transferencia de calor radiativo se maximizará si la emisividad se acerca a 1 (cuerpo negro). Si su disipador de calor "ve" en su mayoría cosas más frías, tendrá un mejor enfriamiento, y si ve cosas más calientes, no se enfriará también.

Sin embargo, la transferencia de calor radiativo no suele ser tan significativa en comparación con la transferencia de calor conducida y (generalmente más importante para los disipadores de calor de semiconductores en entornos normales) la transferencia de calor por convección. Por lo general, el color no es tan importante en comparación con el diseño de dinámica de fluidos de cómo fluye el aire sobre las aletas y cómo se conduce el calor a las aletas. Las aletas en su mayoría "ven" otras aletas, por lo que la radiación tiene un efecto aún menor.

Existen excepciones para aquellos de nosotros que diseñamos productos electrónicos que tienen que sobrevivir en el vacío y / o en el espacio o en altitudes muy altas, y si el elemento que se está disipando (o lo que ve) está muy caliente, la radiación puede ser más importante (4to poder) de temperatura).

Una situación de ejemplo en la que un disipador de calor brillante (baja emisividad) podría ser superior sería un disipador de calor del regulador de voltaje en vista directa de un calentador, una lámpara incandescente o un tubo de vacío.

Se puede aplicar cualquier color de tinte que desee al anodizar, o ninguno, lo que se denomina anodizado "claro". Normalmente, el aluminio oxidado (que es no un revestimiento) es una capa aislante muy delgada, pero en algunos casos se puede hacer más de unos pocos mils de espesor.

Editar: Hagamos un cálculo al reverso de la envolvente para ver qué tan significativa es la radiación. Asumiré un disipador de calor modelo 530002B02500G de Aavid Thermalloy. Tiene una clasificación de convección natural de 2.6 grados C por vatio, que creo que tiene una elevación de 70 grados C sobre la temperatura ambiente.

Entonces, si su temperatura ambiente es de 25 grados C y el disipador de calor está a 95 grados C, la potencia total disipada será de 27W.

¿Cuánto de eso se debe a la radiación? Podemos tratar el disipador de calor (solo para fines de acoplamiento radiactivo *) como un bloque de dimensiones 64 mm x 25 mm x 42 mm (sin tener en cuenta la muesca) que representa un área de superficie de 0.011 metros cuadrados.

La pérdida de calor debido a la radiación (suponiendo una emisividad de 1) es

$q = \sigma A (T_H^4 - T_C^4)$$\sigma$

Al sustituir los valores, obtenemos un flujo de calor de 6,4 W debido a la radiación a una temperatura del disipador térmico de 95 grados C y una temperatura ambiente de 25 grados C, por lo que menos del 25% se debe a la radiación en condiciones óptimas para maximizar la pérdida de radiación. Es más probable que tengamos algo de convección forzada y que la pérdida de calor por radiación sea menor nuevamente. Un disipador de calor que está más cerca de un cubo también tendría menos pérdida de calor debido a la radiación. No lo suficientemente bajo como para ser ignorado, pero no dominante.

• Para la radiación, las convoluciones del disipador de calor "ven" otras superficies del disipador de calor principalmente para que un bloque de las dimensiones exteriores sea correcto para la radiación (en una primera aproximación). De hecho, tienen un efecto al hacer que la emisividad efectiva sea más cercana a 1.0 que la superficie misma, ya que parte de la luz que no se absorbe rebotará en otras superficies y tendrá otra oportunidad de ser absorbida (y lo mismo a la inversa, por supuesto, para la radiación de calor, pero es más fácil imaginar la absorción de la luz porque podemos ver la luz visible y no podemos ver las longitudes de onda IR que emite el disipador de calor a temperaturas razonables; si su disipador de calor está brillando rojo, amarillo o azul-blanco, probablemente tenga otro problemas).

Solía ​​vender recubrimientos de alto rendimiento, incluidos recubrimientos para la gestión térmica, y esta no es una pregunta simple. Por ejemplo, un vendedor hizo dos recubrimientos que eran ambos de color negro mate con un espesor de película seca recomendado de menos de dos mil y uno fue diseñado para ser un aislante y el otro para ser un recubrimiento disipador térmico. Los casos de uso recomendados fueron los cabezales de escape y las pinzas de freno, respectivamente.

Tuve disipadores térmicos recubiertos e hice algunos experimentos y descubrí que a diferenciales de baja temperatura, el disipador térmico desnudo funcionaba mejor seguido del aislado y el recubrimiento radiante era peor. A diferenciales de alta temperatura, el recubrimiento emisivo demostró que vale la pena superar al metal desnudo y el recubrimiento aislante también se hizo más efectivo para disminuir la transferencia de calor.

También jugué con otros revestimientos, como pinturas convencionales que eran todos aislantes hasta que se incendiaron, y un revestimiento aislante grueso que fue el mejor aislante hasta que se derritió.

Conclusión: depende de su temperatura, la transferencia de calor necesaria y otros factores. Qué recubrimiento es el mejor para sus necesidades, pero el uso de una pintura estándar nunca ayudará a un disipador térmico.

Las superficies metálicas brillantes son extremadamente buenas para reflejar, extremadamente pobres para emitir radiación. Cualquier cosa (casi cualquier cosa) con la que los pintes mejorará la radiación de calor.

Las superficies pintadas de negro absorberán mejor la luz solar, porque la mayor parte de la energía de la luz solar es o está alrededor del espectro visible. Pero a menos que su disipador de calor esté tan caliente que brille, no emitirá mucha radiación en el espectro visible, por lo que su color para el ojo es completamente irrelevante.

Los disipadores de calor pasivamente ventilados que no están encerrados en un contenedor reflectante emiten una cantidad significativa de radiación. Lo siento, no tengo los números a la mano, pero es menos del 50%. Para las aletas paralelas que son del mismo color, la radiación se equilibra con la absorción, por lo que el color interno de la aleta no importa mucho, pero para las superficies expuestas sí importa.

Por esta razón, verá que los disipadores térmicos de aire forzado dentro de su computadora a menudo no tienen pines anodizados negros.

Los disipadores térmicos de aluminio expuestos deben pintarse / anodizarse de todos modos, para evitar la corrosión; de lo contrario, deberá incluir instrucciones como "no utilizar con 1000 yardas de la orilla del mar"

La propiedad que probablemente esté buscando es la emisividad.

Existen 3 procesos principales a través de los cuales se transfiere calor:

• Conducción (movimiento de calor dentro del material)
• Convección (movimiento de calor a través del movimiento del material calentado)
• Radiación

La efectividad de cada uno de estos procesos depende de los materiales en cuestión y de la temperatura ambiente. El flujo de calor total es la suma del flujo de calor de cada uno de los procesos en el límite de aire / disipador de calor.

El componente de flujo de calor radiativo es proporcional a la emisividad de la superficie, la temperatura al cuarto y el área de superficie efectiva.

Eche un vistazo a esta práctica lista de emisividades a temperatura ambiente .

Las emisividades más altas se encuentran en hielo, agua, vidrio, piedra caliza y pintura (incluido el blanco); Tenga en cuenta que no todos son negros. De hecho, parece que, aparte de los metales pulidos, todos los materiales tienen una emisividad casi ideal.

Además, como se señaló en la mayoría de las otras respuestas, una capa de pintura actuará como un gran aislante (para la conducción dentro del disipador térmico).

No pinte el disipador de calor, ya que será menos eficiente irradiar calor, ya que tendrá una capa adicional que lo cubrirá. El disipador de calor negro funciona mejor al irradiar calor, pero tiene una pequeña ventaja porcentual.

Si usa un ventilador para soplar su disipador de calor, el color realmente no importa mucho.

"Me enseñaron que las superficies negras son las mejores para irradiar calor"

Eso no es correcto. Un objeto negro absorbe un espectro de radiación más amplio que un cuerpo coloreado, pero el color en sí mismo no tiene ningún efecto sobre la eficiencia de un radiador. Muchos disipadores térmicos son negros porque el anodizado negro es un proceso de bajo costo que evita la oxidación y la corrosión. Por cierto, también es un aislante, por lo que si es importante que un transistor esté en contacto eléctrico con su disipador térmico, no puede contar solo con el contacto físico.

Depende de la conductividad térmica y la radiación de la pintura ...

Si tiene pintura que irradia bien, puede mezclar algunos granos para aumentar el área de superficie ... Algún aserrín de metal grande de aluminio haría el trabajo ...

Una superficie negra absorbe y emite mejor que una superficie blanca equivalente. La mejor opción de color depende del entorno que rodea el disipador térmico. Si se encuentra en un ambiente frío y oscuro, use un disipador de calor negro. Si alguna vez se espera que el dispositivo encuentre un ambiente brillante o calor radiante, use un disipador de calor blanco.