A diferença entre resfriamento líquido direto e resfriamento líquido indireto

O primeiro passo no processo de design e desenvolvimento térmico é confirmar qual método de resfriamento o produto precisa usar, a fim de reservar o espaço de design correspondente na fase inicial do produto. Atualmente, os métodos de resfriamento para produtos eletrônicos são divididos principalmente em quatro categorias: dissipação natural de calor, resfriamento por ar forçado e resfriamento por líquido. Com a sua capacidade de refrigeração eficiente e menor índice de consumo de energia, os esquemas de refrigeração líquida são cada vez mais utilizados em projetos térmicos, que são divididos em refrigeração direta e refrigeração indireta.

Resfriamento direto: Os componentes são imersos diretamente em um líquido para dissipação de calor. Também conhecido como resfriamento líquido por imersão ou resfriamento líquido por imersão. Atualmente, esta tecnologia está em ascensão e alguns data centers já utilizam este método de resfriamento. O resfriamento direto por líquido tem eficiência de transferência de calor extremamente alta e o consumo de energia para controle de temperatura é significativamente reduzido em comparação ao resfriamento a ar. Portanto, o valor PUE (Eficiência de uso de energia, PUE=Consumo total de energia do equipamento/Consumo de energia do equipamento de TI) de data centers que usam resfriamento líquido imerso pode ser bastante reduzido, e há relatos de que valores ainda mais baixos que 1,05 podem ser alcançou .

A partir da forma de contato entre o fluido de trabalho líquido e os componentes, o resfriamento líquido direto pode ser dividido em dois tipos: 1) O resfriamento líquido por imersão ou imersão refere-se à imersão de produtos eletrônicos em isolamento elétrico líquido, meio de resfriamento quimicamente estável, não tóxico e não corrosivo ; 2) O resfriamento líquido do tipo spray refere-se ao resfriamento obtido pela pulverização de líquido de isolamento nos componentes de aquecimento. Uma analogia da vida real é que o resfriamento líquido por imersão é semelhante a um banho, enquanto o resfriamento líquido por spray é como um chuveiro.

No resfriamento líquido direto, quando o ponto de ebulição do refrigerante usado é suficientemente baixo, o fluido de trabalho líquido irá vaporizar na superfície do elemento de aquecimento ou na superfície de expansão de dissipação de calor acima do elemento, resultando em um coeficiente de transferência de calor convectivo extremamente alto e no capacidade de transportar uma grande quantidade de calor com diferença de temperatura extremamente baixa. Atualmente é o método de transferência de calor mais disponível comercialmente e com a maior eficiência de transferência de calor. As bolhas dentro da máquina de resfriamento de líquido imerso na imagem acima são o fluido de trabalho de resfriamento vaporizado. A densidade do meio de resfriamento gasoso é baixa e as bolhas se acumulam no topo. Eles condensam de volta no líquido através de um trocador de calor e depois retornam à cavidade para completar o ciclo de resfriamento. A principal tecnologia do resfriamento direto por líquido é a vedação do espaço de resfriamento e o controle do vazamento de gás-líquido no sistema. Em um sistema de refrigeração líquida direta com mudança de fase, se a temperatura não for adequadamente controlada, pode causar mudanças rápidas na pressão da câmara do equipamento e o refrigerante vaporizar e escapar. Em casos extremos, o dispositivo pode até explodir.

Resfriamento líquido indireto: O calor da fonte de calor é primeiro transferido para a placa fria sólida, que é preenchida com fluido de trabalho circulante líquido. O fluido de trabalho líquido transfere o calor emitido pelos produtos eletrônicos para o trocador de calor, onde o calor é dissipado para o meio ambiente. No resfriamento indireto por líquido, os componentes eletrônicos não entram em contato direto com o meio líquido de transferência de calor. Atualmente, produtos eletrônicos com alta integração e alta densidade de potência utilizarão resfriamento indireto por líquido para dissipação de calor. Quando a densidade de potência do produto aumenta ainda mais ou os requisitos de controle de temperatura se tornam mais rígidos, são necessários métodos de projeto de dissipação de calor com maior eficiência de transferência de calor. Os motores automotivos foram um dos primeiros produtos a usar refrigeração líquida indireta. Na área de produtos eletrônicos, o resfriamento indireto por líquido também tem sido amplamente utilizado em servidores, baterias de energia, inversores e outros equipamentos.

No resfriamento indireto por líquido, os componentes eletrônicos não entram em contato direto com o meio líquido de transferência de calor. Ou seja, o meio de resfriamento líquido aqui é apenas um meio de transferência de calor, cuja função é transferir o calor emitido pelos componentes para um espaço que seja conveniente para a troca de calor com o mundo exterior. De acordo com a primeira lei da termodinâmica, o calor não aumenta nem diminui. Depois que o calor é transferido pelo líquido para um local distante da fonte de calor, ele ainda precisa fluir através do trocador de calor para transferir calor para o mundo exterior. Isto forma um circuito fechado: o calor dos componentes é transferido para o meio de resfriamento líquido e a temperatura do meio de resfriamento líquido aumenta. Quando o meio de resfriamento líquido de alta temperatura flui através do trocador de calor, ele troca calor com o mundo externo e a temperatura diminui e depois flui de volta para o lado do componente para absorver o calor. Todo o sistema de refrigeração líquida indireta inclui não apenas a parte de transferência de calor, mas também o sistema de troca de calor correspondente.

Deve-se notar que se calculado com base no espaço total ocupado por todo o conjunto de componentes do projeto térmico, a diferença na capacidade de dissipação de calor entre o resfriamento indireto por líquido e o resfriamento por ar forçado não é significativa. Esta também é uma das principais razões pelas quais muitos produtos que não são convenientes para aplicação de periféricos ou que possuem espaço padronizado não utilizam refrigeração indireta por líquido.