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Temperatura de operación

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Una temperatura de operación es la temperatura a la cual opera un dispositivo eléctrico o mecánico. El dispositivo funcionará de manera efectiva dentro de un rango de temperatura específico que varía según la función del dispositivo y el contexto de la aplicación, y varía desde la temperatura de operación mínima a la temperatura de operación máxima. Fuera de este rango de temperaturas de funcionamiento seguro, el dispositivo puede fallar. Los dispositivos aeroespaciales y militares generalmente operan en un rango de temperatura más amplio que los dispositivos industriales; los dispositivos de grado comercial generalmente tienen el rango de temperatura de operación más estrecho.

Es un componente de la ingeniería de confiabilidad.

De manera similar, los sistemas biológicos tienen un rango de temperatura viable, que podría denominarse "temperatura de funcionamiento".

Rangos

La mayoría de los dispositivos se fabrican en varios grados de temperatura. Los grados ampliamente aceptados [1][2]​ son:

  • Comercial: 0  a 70 °C
  • Industrial: −40 a 85 °C
  • Militar: −55 a 125 °C

Sin embargo, cada fabricante define sus propios grados de temperatura, por lo que los diseñadores deben prestar mucha atención a las especificaciones reales de la hoja de datos . Por ejemplo, Altera utiliza cinco grados de temperatura para sus productos: [3]

  • Comercial: 0 a 85 °C
  • Industrial: −40 a 100 °C
  • Automotriz: −40 a 125 °C
  • Extendido: −40 a 125 °C
  • Militar: −55 a 125 °C

El uso de dichos grados garantiza que un dispositivo sea adecuado para su aplicación y que resista las condiciones ambientales en las que se utiliza. Los rangos normales de temperatura de funcionamiento se ven afectados por varios factores, como la disipación de energía del dispositivo.[4]​ Estos factores se utilizan para definir la "temperatura de umbral" de un dispositivo, es decir, su temperatura de funcionamiento normal máxima y una temperatura de funcionamiento máxima a partir de la cual el dispositivo ya no funcionará. Entre estas dos temperaturas, el dispositivo funcionará a un nivel no pico.[5]​ Por ejemplo, una resistencia puede tener una temperatura de umbral de 70   °C y una temperatura máxima de 155 °C, entre los que se exhibe una reducción térmica.[4]

Para los dispositivos eléctricos, la temperatura de funcionamiento puede ser la temperatura de unión (TJ) del semiconductor en el dispositivo. La temperatura de la unión se ve afectada por la temperatura ambiente, y para los circuitos integrados , viene dada por la ecuación: [6]

en donde TJ es la temperatura de la unión en ° C, Ta es la temperatura ambiente en °C, PD es la disipación de potencia del circuito integrado en W , y Rja es la unión a la resistencia térmica ambiental en °C / W .

Aeroespacial y militar

Los dispositivos eléctricos y mecánicos utilizados en aplicaciones militares y aeroespaciales pueden necesitar soportar una mayor variabilidad ambiental, incluido el rango de temperatura.

En el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, se definió el Estándar Militar de los Estados Unidos para todos los productos utilizados por las Fuerzas Armadas de los Estados Unidos. El diseño ambiental de un producto y los límites de las pruebas a las condiciones que sufrirá durante toda su vida útil se especifican en MIL-STD-810 , la Norma del Método de Prueba del Departamento de Defensa para Consideraciones de Ingeniería Ambiental y Pruebas de Laboratorio. [7]

El estándar MIL-STD-810G especifica que la "estabilización de la temperatura de funcionamiento se alcanza cuando la temperatura de la(s) parte(s) de funcionamiento del elemento de prueba que se considera que tiene el retraso térmico más largo está cambiando a una tasa de no más de 2.0 °C (3.6 °F) por hora ". [7]​ También especifica procedimientos para evaluar el rendimiento de los materiales a cargas de temperaturas extremas. [8]

Las palas de las turbinas de motores militares experimentan dos esfuerzos de deformación significativos durante el servicio normal, la deformación y la fatiga térmica . [9]​ vida útil de un material es "altamente dependiente de la temperatura de operación", [9]​ y el análisis de fluencia es, por lo tanto, una parte importante de la validación del diseño. Algunos de los efectos del arrastre y la fatiga térmica pueden mitigarse al integrar los sistemas de enfriamiento en el diseño del dispositivo, reduciendo la temperatura máxima experimentada por el metal. [9]

Comercial y minorista

Los productos comerciales y minoristas se fabrican con requisitos menos estrictos que los de aplicaciones militares y aeroespaciales. Por ejemplo, los microprocesadores producidos por Intel Corporation se fabrican en tres grados: comercial, industrial y ampliado. [10]

Debido a que algunos dispositivos generan calor durante la operación, pueden requerir administración térmica para garantizar que se encuentren dentro de su rango de temperatura de operación especificado; específicamente, que están operando a la temperatura máxima de funcionamiento del dispositivo o por debajo de esta. [11]​ enfriar un microprocesador montado en una configuración comercial o minorista típica, se requiere "un disipador térmico correctamente montado en el procesador y un flujo de aire efectivo a través del chasis del sistema". [11]​ sistemas están diseñados para proteger al procesador de condiciones de funcionamiento inusuales, como "temperaturas del aire ambiente más altas de lo normal o falla de un componente de gestión térmica del sistema (como un ventilador del sistema)", [11]​ aunque en "un diseño adecuado sistema, esta característica nunca debe activarse ". [11]​ enfriamiento y otras técnicas de gestión térmica pueden afectar el rendimiento y el nivel de ruido. [11]​ posible que se requieran estrategias de mitigación del ruido en las aplicaciones residenciales para garantizar que el nivel de ruido no sea incómodo.

La vida útil y la eficacia de la batería se ven afectadas por la temperatura de funcionamiento. [12]​ eficacia se determina comparando la vida útil alcanzada por la batería como porcentaje de su vida útil alcanzada a 20 °C contra la temperatura. La carga óhmica y la temperatura de operación a menudo determinan conjuntamente la velocidad de descarga de una batería. [13]​ Además, si la temperatura de operación esperada para una batería primaria se desvía del rango típico de 10 ° C a 25 ° C, entonces la temperatura de operación "a menudo tendrá una influencia en el tipo de batería seleccionada para la aplicación. [14]​ Se ha demostrado que la recuperación de energía de la batería de dióxido de azufre y litio parcialmente agotada mejora cuando "aumenta adecuadamente la temperatura de funcionamiento de la batería". [15]

Biología

Los mamíferos intentan mantener una temperatura corporal confortable en diversas condiciones mediante termorregulación , parte de la homeostasis de los mamíferos. La temperatura normal más baja de un mamífero, la temperatura corporal basal , se alcanza durante el sueño. En las mujeres, se ve afectada por la ovulación, causando un patrón bifásico que puede ser utilizado como un componente de la conciencia de la fertilidad .

En los humanos, el hipotálamo regula el metabolismo y, por lo tanto, la tasa metabólica basal . Entre sus funciones se encuentra la regulación de la temperatura corporal. La temperatura corporal central es también uno de los marcadores de fase clásicos para medir la sincronización del ritmo circadiano de un individuo. [16]

Los cambios en la temperatura normal del cuerpo humano pueden causar molestias. El cambio más común es la fiebre, una elevación temporal del punto de ajuste termorregulador del cuerpo, generalmente alrededor de 1–2 °C (1.8–3.6 °F). La hipertermia es una condición aguda causada por el cuerpo que absorbe más calor del que puede disiparse, mientras que la hipotermia es una condición en la cual la temperatura central del cuerpo desciende por debajo de la requerida para el metabolismo normal, y es causada por la incapacidad del cuerpo para reponer el calor perdido ante el medio ambiente. [17]

Notas

  1. www.ti.com% 2Flit% 2Fan% 2Fspra953c% 2Fspra953c.pdf & usg = AOvVaw3APC_MT12EUr3i-G3oKy0R
  2. www.analog.com% 2Fen% 2Ftechnical-articles% 2Fdata-sheet-intricacies-absolute-maximum-maximum-ratings-and-thermal-resistances.html & usg = AOvVaw1YD6OGZro4noj3OzLvrgWL
  3. Altera Corporation,.
  4. a b Analog Devices,.
  5. Analog Devices,, Power dissipation.
  6. Vassighi y Sachdev, 2006, p. 32.
  7. a b United States Department of Defense,.
  8. United States Department of Defense,, section 2.1.1.
  9. a b c Branco, Ritchie y Sklenička, 1996.
  10. Pentium Processor Packing Identification Codes,. Intel's packaging indicates the processors operating temperature range by denoting it with a grade: 'Q' (commercial grade), 'I' (industrial grade), and 'L' or 'T' (extended grade). It also has an automotive grade 'A'
  11. a b c d e Intel Corporation,.
  12. Crompton, 2000.
  13. Crompton, 2000, p. figure 30.33.
  14. Crompton, 2000, section 2.1.
  15. Dougal, Gao y Jiang, 2005.
  16. Benloucif et al., 2005.
  17. Marx, 2010, p. 1870.

Referencias

Esta página se editó por última vez el 28 jul 2019 a las 20:25.
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