Pesquisadores da Universidade Purdue, nos Estados Unidos, descobriram como construir um microrradiador capaz de retirar o calor do interior dos componentes eletrônicos de alta potência necessários para controlar os carros elétricos e híbridos, os aviões e os computadores de alto desempenho.

Pesquisadores descreveram com precisão como os fluidos entram em ebulição no interior de microcanais, desenvolvendo modelos que permitirão a criação de sistemas para resfriar a eletrônica de alta potência usada nos carros elétricos e híbridos.[Imagem: Purdue News Service photo/Andrew Hancock]

Eficiência dos radiadores

Permitir que um líquido ferva no interior de um sistema de arrefecimento aumenta sua capacidade para retirar calor de um equipamento, comparativamente a um sistema no qual o líquido se aquece mas fica abaixo de seu ponto de ebulição.

Entretanto, a ebulição ocorre de forma diferente nos canos dos radiadores normais em comparação com os microcanais usados para retirar o calor dos chips, onde os fluidos circulam em quantidades muito menores.

"A grande questão até agora era onde ocorre a transição da ebulição em macroescala para a ebulição em microescala," conta a pesquisadora Tannaz Harirchian. "Como você define um microcanal versus um macrocanal e em que ponto nós precisamos usar modelos diferentes para projetar os sistemas? Agora nós temos a resposta."

Fervura nos microcanais

Usando câmeras de alta velocidade conectadas a microscópios, os pesquisadores descreveram com precisão o comportamento de um fluido dielétrico - um líquido que não conduz eletricidade - no interior dos microcanais escavados nos chips de silício.

Eles descobriram, por exemplo, que, nos microcanais, o líquido não forma bolhas esféricas, mas estruturas compridas e oblongas. As observações permitiram a criação de fórmulas matemáticas descritivas do comportamento do líquido em diversos formatos de canais, resultando em um simulador capaz de modelar o comportamento do sistema antes que ele seja construído na prática.

Quatro vezes mais quente que um processador

O novo sistema de resfriamento será usado para evitar o superaquecimento de dispositivos chamados transistores bipolares com portas isoladas, transistores de alta potência já utilizados nos veículos elétricos e híbridos e que geram quatro vezes mais calor do que um processador de computador.

Esses componentes eletrônicos são usados para controlar os motores elétricos, retirando as grandes quantidades de energia das baterias necessárias para fazê-los acelerar o veículo. Eles também são utilizados nos sistemas KERS, que transformam os motores em geradores para recuperar a energia cinética durante a frenagem dos veículos, gerando eletricidade para recarregar as baterias.

Os microcanais são escavados diretamente na estrutura de silício desses componentes eletrônicos de alta potência. Como toda a estrutura é feita do mesmo material - o silício - não há diferenças na expansão causada pelo aquecimento, como ocorre com os dissipadores de alumínio usados nos processadores comuns. Isto permitirá a construção dos componentes uns sobre os outros, com os canais de resfriamento situados na interface entre os chips, permitindo uma maior miniaturização em relação aos circuitos atuais.