El calor y los aparatos electrónicos, nomás no se llevan*
Por Jorge Armando Ojeda Sánchez**
Recientemente la Inteligencia Artificial (IA) ofrece múltiples herramientas creativas y de apoyo en todas las áreas del conocimiento. El uso de esta tecnología, básicamente dispositivos electrónicos como servidores, chips, placas de memoria, tarjetas de video, centros de datos y todo ese equipo para trabajar en la nube, requiere de recursos energéticos significativos. La estimación de consumo energético diario de estos dispositivos es equivalente al consumo de una ciudad pequeña, ya que para su funcionamiento generan una cantidad de calor considerable.
Para la adecuada operación de estos dispositivos electrónicos no se debe exceder de una temperatura crítica, por lo que estos dispositivos, requieren de sistemas de refrigeración. Una solución, bien conocida es fluir un flujo de aire sobre la fuente de calor, a esto se le conoce como transferencia de calor por convección forzada, forzada ya que se hace uso de ventiladores o aletas disipadoras.
Este tipo de enfriamiento, no es suficiente para el calor generado por la actividad de los dispositivos electrónicos asociados, no solo al uso de la IA, sino a las actividades que se desarrollan con ayuda del internet. México no es ajeno a estas iniciativas, la implementación de la supercomputadora Coatlicue, para análisis y procesamiento de datos, requerirá de medidas eficientes de desalojo del calor.
Las grandes corporaciones tecnológicas han desarrollado soluciones novedosas, como enfriar sus centros de datos, sumergiendo estos en un volumen de agua muy grande, como un lago, o bien, si ya hay satélites en la órbita terrestre, que nos permiten conectarnos a internet, pues aprovechar esta infraestructura, para colocar a los equipos procesadores necesarios para la operación de una IA, enfriando los dispositivos mediante intercambiadores, también conocidos como sumideros de calor.
En este sentido, el desalojo de calor en dispositivos electrónicos es un factor elemental para su adecuado funcionamiento, los teléfonos inteligentes y consolas de videojuegos, han incorporado sistemas de enfriamiento de tubería, de metal líquido y (recientemente) por evaporación. Para eficientar la transferencia de calor, se han desarrollado sumideros de calor con microcanales, en configuraciones en red, con fluidos de trabajo con una gran capacidad de captar calor. Se conoce como microcanal a los ductos con diámetros entre 1 milímetro y 99 micrómetros (1 micrómetro es una sextillonésima parte de un metro).
Estos dispositivos, presentan microcanales con secciones cuadradas o circulares dispuestos, en diferentes arreglos geométricos, sobre la fuente de calor. En dichos microcanales, se ingresa el líquido enfriador, que desaloja el calor generado por la actividad del dispositivo electrónico. La geometría interna del canal puede ser recta o de forma sinusoidal, o contener nervaduras, que facilitan la transferencia de calor.
Por otro lado, la disposición de los canales puede ser en un arreglo reticular, fractal o en forma de ramas de árbol. La combinación de estos arreglos geométricos permite eficientar el desalojo de calor. En la facultad de Arquitectura y Diseño, se han desarrollado modelos de redes para la captación de la energía solar, con tuberías en forma de árbol, con fluidos con partículas, que permitan una mayor captación del calor. Por lo anterior, aplicando esta misma metodología, se puede desarrollar una línea de investigación sobre sistemas de enfriamiento con microcanales, en volúmenes pequeños, como los de dispositivos electrónicos para mantener una temperatura de operación adecuada.
El siguiente producto desarrollado en la Facultad de Arquitectura y Diseño de la Universidad de Colima, asociados al desarrollo de esta investigación, pueden ser consultado en el siguiente enlace:
*Artículo en Applied Thermal Engineering:
J.A. Ojeda, C. Esparza, F. Méndez (2024) Optimizing solar collector through constructal design of Y-shaped networks with power-law nanofluid flow, Applied Thermal Engineering,
Volume 257, Part C, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.124465.
**Profesor Investigador de Tiempo Completo de la Facultad de Arquitectura y Diseño de la Universidad de Colima
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