Disipadores

Disipadores
Elección del disipador adecuado
La lista de las ventajas que los relés de estado
sólido presentan frente a los electromecánicos es
realmente extensa, pero la disipación de potencia
es el principal inconveniente.
La selección de un disipador adecuado puede ser
a veces desalentadora, ya que por defecto
pueden provocar fallos y por exceso, una
ocupación de espacio innecesaria en el panel
además del incremento de los costes.
Intentemos entonces arrojar un poco de luz sobre
el tema, a fin de minimizar la complejidad de la
elección del disipador.
¿Qué es un disipador?
Un disipador no es más que un dispositivo que
absorbe o disipa calor. Básicamente es una pieza
de aluminio.
Un disipador puede tener un complejo diseño con
diferentes ángulos y formas, o ser metálico y liso
(incluso sin pintar). En cualquiera de sus formatos,
Muchos ingenieros de diseño de aplicaciones con un disipador lo único que hace es transferir el
relés de estado sólido tienen experiencias que calor desde la fuente (en este caso el relé de
contar (a menudo no demasiado agradables) estado sólido) hacia el exterior. Su eficacia en esa
sobre el control térmico con varios disipadores.
transferencia de calor vendrá determinada
principalmente por la superficie en contacto con el
La mayoría de estas experiencias hablan sobre el exterior, lo que se conoce como resistencia
sobrecalentamiento de los sistemas, pérdida de térmica (R ).
D-A
eficacia, coste, tiempo y recursos.
En definitiva, siempre giran alrededor del mismo Un disipador con una gran superficie tendrá un
tema: el correcto uso de disipadores para poder área mayor de contacto con el exterior, por lo que
controlar la temperatura.
su resistencia o impedancia térmica será menor
La mayoría de las preocupaciones de los
fabricantes de relés de estado sólido (también las
de Crydom) se centran en la selección del
disipador adecuado, ya que muchas veces esta
es la causa de que muchos ingenieros muestren
reticencias a la hora de sustituir los relés
electromecánicos por otros de estado sólido.
que la de un disipador con una superficie más
pequeña.
La resistencia (impedancia) de un disipador se
mide en ºC/W (o en ºK/W) y especifica el aumento
de temperatura de la fuente de calor (el relé de
estado sólido) en función de la potencia disipada
(medida en W).
El siguiente ejemplo muestra dos disipadores
con un diseño similar. Los dos son de aluminio
extruido (moldeado haciéndolo salir por una
abertura
especialmente
dispuesta
para
conseguir perfiles de diseño complicado), con
una longitud de 150 mm. El perfil del primer
ejemplo tiene unas medidas de 50 mm x 20
mm y una resistencia térmica de 2,37 ºC/W.
El segundo es mucho mayor (66 mm x 40 mm)
por lo que su resistencia térmica es menor
(1,33 ºC/W).
Disipador de aluminio extruido:
Ejemplo 1:
RD-A = 2,37 ºC/W
(50 mm x 25 mm x 150 mm)
Ejemplo 2:
RD-A = 1,33 ºC/W
(66 mm x 40 mm x 150 mm)
Pensemos por un momento cual es el objetivo
buscado: controlar la temperatura de la base de
un relé de estado sólido empleado para una
aplicación concreta.
Si aplicamos las fórmulas adecuadas,
TB = TA + (Potencia x RD-A)
* TB = temperatura máxima de la base
* TA = temperatura ambiente
* Potencia = disipación del SSR (P - Vf x
Corriente de carga)
* RD-A = Resistencia del disipador
Aplicamos los ejemplos anteriores a un relé de
estado sólido de Crydom para comprobar cómo
la superficie del disipador influye en la
temperatura de la base del relé (en este caso no
vamos a considerar la temperatura del SCR).
Vamos a suponer ciertos valores (que serán
conocidos en una aplicación real):
En nuestro caso queremos mantener la
temperatura de la base de un relé CWD2450 a
80 ºC (una temperatura relativamente baja para
determinadas aplicaciones) y la temperatura
ambiente es de 40 ºC.
La carga es un elemento calefactor de un horno
con 20 A a 240 Vac (4,8 kW).
La caída de tensión para un relé de estado
sólido de 50 A de la serie CW es de 0,9 Vrms.
Con toda esta información y aplicando la fórmula
para el disipador del primer ejemplo tenemos lo
siguiente:
Con estas indicaciones podrá determinar la
resistencia térmica que necesite para cualquier
aplicación.
Ejemplo 1
1) TB = 40 ºC + (( 0,9 Vrms x 20 A )
x 2,37 ºC/W)
2) TB = 40 ºC + ( 42,66 ºC )
3) TB = 82,66 ºC
A partir de aquí comienza el proceso de
selección del disipador adecuado. Los hay de
una gran variedad de formas, tamaños y tipos de
montaje, por lo que la elección del modelo
apropiado puede llegar a ser tan complicada
como el cálculo de los valores nominales que se
necesitan.
Por el resultado podemos ver que, usando el
primer disipador, la temperatura de la base del
relé sería ligeramente superior a la deseada
(80 ºC) por lo que tendríamos que evaluar la
posibilidad de incluir un disipador con una
superficie mayor.
Ejemplo 2
1) TB = 40 ºC + (( 0,9 Vrms x 20 A )
x 1,33 ºC/W)
2) TB = 40 ºC + ( 23.94 ºC )
3) TB = 63,94 ºC
El segundo disipador consigue mantener la
temperatura de la base del relé por debajo de la
deseada (80 ºC). Así, una resistencia térmica de
1,33 ºC/W sería la adecuada para el disipador
que buscamos, ya que un valor menor de
resistencia térmica supondría una superficie
mayor por lo que ocuparía más espacio en panel
y su coste sería también superior.
Conclusión;
Este ejemplo puede dar una idea básica del
modo de calcular la temperatura para una
aplicación
determinada
con
unas
especificaciones concretas.
Hay muchas más consideraciones a tener en
cuenta, como la temperatura interior, el tipo de
material, flujo de aire… pero en general estos
serían los cálculos.
No dude en consultar a nuestro departamento de
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