O ruído audível de um ventilador pode ser um problema. Para equipamentos destinados a laboratórios ou salas de controlo, onde o operador trabalha junto do aparelho, o ruído audível deve ser minimizado. Os equipamentos médicos utilizados junto do doente, como monitores de sinais vitais ou bombas de infusão, por períodos prolongados, também precisam de ser o mais silenciosos possível.
Outro ponto a considerar em relação aos ventiladores é a sua fiabilidade. A curta vida útil destes componentes pode significar que falham durante a utilização, provocando o sobreaquecimento da fonte de alimentação, ou que requerem manutenção ou substituição mais frequentes antes do fim da sua vida útil.
Para sistemas que exijam um elevado índice de proteção IP, os ventiladores não são adequados, uma vez que apenas é permitida uma ventilação mínima para manter os líquidos e sólidos nocivos fora do equipamento.
Por exemplo, qualquer equipamento utilizado no processamento de alimentos necessitará de um elevado índice de proteção IP, uma vez que os líquidos e sólidos estarão presentes no ambiente. Com índices de proteção IP mais baixos, pode ser suficiente remover o pó e outras partículas dos equipamentos industriais, tolerando até a utilização de um ventilador, mas os filtros de ar serão geralmente necessários. Estes filtros exigirão manutenção programada para limpeza ou substituição periódica, o que não é o ideal.
Ventilação por convecção:
Se a sua aplicação restringe a utilização de um ventilador, necessitará de ventilação por convecção ou condução.
O arrefecimento por condução envolve a fixação da fonte de alimentação a um grande radiador ou dissipador de calor, transferindo o calor para longe do dispositivo. Isto é particularmente adequado para aplicações de alta potência com elevada geração de calor, mas pode ser complexo e dispendioso de implementar.
Este artigo aborda o arrefecimento por convecção como uma abordagem mais simples para dispositivos de baixa potência.
A convecção, ou arrefecimento não forçado, significa simplesmente que existe ar livre suficiente em redor da fonte de alimentação, permitindo-lhe dissipar a quantidade de calor necessária sem elevar significativamente a temperatura ambiente. As correntes de convecção naturais dentro do dispositivo arrefecem a fonte de alimentação. Como resultado, para uma determinada eficiência, existe uma diferença significativa nas densidades de potência oferecidas pelas fontes de alimentação que requerem arrefecimento forçado (ventilador) e pelas que requerem arrefecimento por convecção. Uma fonte de alimentação típica de 3 x 5 polegadas com arrefecimento por convecção pode ter 150 W, enquanto uma que requer arrefecimento forçado teria 350 W.
É importante compreender as potenciais limitações sob as quais uma fonte de alimentação com arrefecimento por convecção irá operar para garantir a vida útil e a fiabilidade do seu projeto.
A eficiência
é ainda mais importante para o arrefecimento por convecção do que para o arrefecimento forçado, uma vez que todo o calor permanecerá no interior do equipamento. Se algum ar puder ser fornecido através da unidade, dissipando alguns watts a mais, a diferença não será tão significativa. Cada ponto percentual de aumento na eficiência significa menos calor dissipado, e a tecnologia está constantemente a melhorar as eficiências alcançáveis (Figura 1).
Ao especificar uma fonte de alimentação com arrefecimento por convecção para o seu sistema, deve escolher a mais eficiente que se enquadre no seu orçamento. Por exemplo, se a sua aplicação exigir a maior eficiência, a XP Power CCB200 atinge 94% de eficiência. Esta fonte de alimentação de 200 W dissipa apenas 12 W com o seu formato de 3 x 5 polegadas (Figura 2). Para aplicações com restrições de custo, uma alternativa seria a GCS180, que fornece 150 W sem refrigeração forçada e apresenta uma eficiência de 92%.
É recomendável verificar se todas as alegações do fabricante na documentação podem ser comprovadas pela eficiência real; caso contrário, o problema está provavelmente na refrigeração.
Diversos fatores podem afetar o valor de eficiência fornecido na documentação. Esta eficiência representa frequentemente o melhor cenário possível e, portanto, não será o desempenho esperado em toda a gama de especificações da fonte de alimentação.
Por exemplo, a tensão de entrada afeta a eficiência em aplicações reais. Muitos fabricantes de fontes de alimentação CA/CC especificam uma tensão de entrada universal. No entanto, nos EUA, onde a tensão de entrada é aproximadamente metade da tensão na Europa (230 V), a corrente de entrada necessita de ser duplicada para produzir a mesma quantidade de energia. Trabalhar com correntes elevadas resulta em maiores perdas em vários componentes da fonte de alimentação, e a eficiência é prejudicada. Considerando apenas as perdas resistivas, a perda de potência é I²R, pelo que duplicar a corrente de entrada (quando se muda de uma tensão de entrada alta para uma baixa) multiplica a perda de potência por um fator de quatro. E a mudança da voltagem dos EUA (115 V CA) para a de um país como o Japão (90 V CA) aumenta a corrente de entrada em mais 28%, gerando uma perda adicional de 65%.
Muitas especificações de documentação apenas fornecem os valores de eficiência para tensões de entrada elevadas.
Valores de Convecção:
O próximo ponto a verificar na documentação são os valores do gráfico da fonte de alimentação. Pode ficar surpreendido ao saber que não existe um padrão da indústria para os fabricantes fornecerem esta informação — as práticas variam bastante.
As fontes de alimentação são testadas em câmaras climáticas, mas algumas destas câmaras utilizam ventiladores para manter a temperatura, criando inadvertidamente um fluxo de ar em torno da fonte. Obviamente, isto precisa de ser evitado se quiser medir com precisão as condições de convecção, pois mesmo uma pequena quantidade de ar pode ter um efeito. Na XP, colocamos as nossas fontes de alimentação na câmara, mas dentro de uma caixa, e mantemos a temperatura ambiente com base na temperatura dentro dessa caixa para obter uma imagem precisa do desempenho da fonte.
Isto cria consistência entre os grupos de projeto e repetibilidade, o que também é um desafio ao realizar testes térmicos. As informações sobre a forma como o produto é testado não são mencionadas na documentação original, mas isso tem impacto nos valores especificados.
Ao cumprir os requisitos de segurança para os mercados industrial, médico ou de TI, existem valores máximos de temperatura para determinados componentes (como transformadores) que devem ser respeitados. É importante lembrar que as temperaturas de segurança são os valores máximos permitidos, e não uma recomendação para uma utilização nominal.
Se a fonte de alimentação tiver de operar constantemente à temperatura de segurança, mesmo que possua certificações UL, a vida útil dos componentes será reduzida. Para garantir uma longa vida útil, o sistema deve operar o mais frio possível.
Outro
ponto a reter ao projetar com arrefecimento por convecção é que a fonte de alimentação é projetada para ser montada horizontalmente ou verticalmente. Nunca deve ser montada de cabeça para baixo, pois o calor gerado pela fonte sobe, não sendo aconselhável colocar a placa de circuito impresso (PCB) por cima de componentes quentes.
Além disso, não se esqueça de considerar que outros componentes do sistema também irão gerar calor. Está a usar uma CPU grande? Um monitor? E bombas ou motores? Estes componentes, que claramente geram calor, necessitarão de arrefecimento e adicionarão calor dentro do sistema.
Em síntese, embora o arrefecimento por convecção não gere tanto calor como a ventilação forçada, em algumas aplicações, a ausência de ventilador é essencial. Uma vez que o calor residual permanece no interior do equipamento, é importante escolher uma fonte de calor com a maior eficiência possível e verificar cuidadosamente as especificações do fabricante para garantir que cumpre os requisitos do seu equipamento.
