1 Rp heae. 1 hiai 1 UA

Transcrição

1 Trnsferênci de clor em superfícies leds Por ue usr les? Inerior condução N froneir convecção = ha(ts - T Pr umenr : - umenr o h - diminuir T - umenr áre de roc de clor A Pr um rdidor uomoivo r-águ, ledo do ldo exerno (limpo 1 UA R To 1 hiai 1 Rp heae Exemplos de vlores ípicos: R ol= 1,21x10 + 8,5x10 + 7,1x10 14,5% 0,1% 85,4% Aumenr áre rvés do uso de superfícies esendids ALETAS Aplicções: - resfrir os cilindros dos pisões dos moores - rnsformdores de energi eléric - r condiciondo Escolh do ipo de le depende: - considerções de espço - peso

2 - fricção e cuso - perd de crg e coeficiene de rnsferênci de clor Ales exerns

3 Helicoidl Tolmene cord em hélice Anulr Tolmene cord o longo do eixo Crvejdo Prcilmene cord em hélice Dend Fend helicoidl onduld Form de rme Fend helicoidl

4 Ales inerns

5 Trocdores ledos e rocdores compcos Compcidde: A V m 2 m Ales rocdores compcos: Dissipdores de clor:

6 Trocdores compcos: plicções com resrições de volume, is como elerônic, eroespciis, uomoivs, refrigerção pr rnspore, enre ours. Uso de les em rocdores de clor r 1 UA Rol 1 hi Ai 1 Rp he Ae O erceiro ermo do ldo direio pode ser nlisdo como um conduânci érmic: ea K h e Ai - Um mior número de les por cm umen Ae/Ai e conduânci K - O uso de les mis próxims umen he devido um menor Dh - O uso de les de um ipo especil (ex. ondulds umen he - A eficiênci d superfície com les, é influencid pel espessur, comprimeno e conduividde érmic d le Ales de core ou lumínio fornecem eficiêncis elevds 85 95%

7 Tipos de les - le pln: seção re uniforme seção re vriável nulr piniforme 1. Disriuição de emperur n le e cálculo d x de clor rnsferido pr ALETAS DE SEÇÃO UNIFORME Do lnço de energi em um elemeno n le 2 d 2 m 2 dx 0 T T Solução gerl: (x C e mx mx 1 C2e 2 m hp ka sr Condições de conorno: ( 0 T T 1 N se (Fix x=0

8 2 N exremidde d le x=l Pode se er possiiliddes como: emperur especificd, perd de clor desprezível (idelizdo como pon diáic, convecção e convecção e rdição cominds. Temperur conhecid 1 Ale long T(x=L = T ( x L T( L T 0 mx ( x hpka sr e 2 Temperur conhecid (T(x=L = TL ( x L L ( x ( L / senh( mx senh[ m( L senh( ml x ] hpka c (cosh(ml L / senh( ml

9 Perd de clor desprezível n exremidde (le isold ou diáic Siução mis rel. A rnsferênci de clor d le é proporcionl à áre de superfície e áre d exremidde d le é um frção desprezível em relção à áre ol d le. d dx xl 0 cosh[m( L x ] ( x hpkasr nh( ml cosh(ml c Convecção d exremidde d le A exremidde ds les esá expos o meio, rocndo por convecção ( rdição mém pode esr incluíd. d k dx ha( x x = L Um cminho mis práico é usr um comprimeno corrigido em susiuição o comprimeno d le e considerá-l um le com exremidde isold. A L L sr c P Lc re L / 2 Lc cilind L D / 4 ( x hpka sr cosh[ m( Lc x ] cosh( ml nh( ml c c

10 Resumindo: Cso Exremidde x=l Disriuição T, / Tx TC le, A1 A2 Ale long: (L=0 e mx Temperur L / senh( mx conhecid: (L= L senh( ml ( senh[ m( L x ] M (cosh( ml L / M senh( ml B C M Adiáic: d/dx=0 cosh[ m( L x ] M nh( ml cosh( ml Convecção: h(l=kd/dx c M nh( mlc cosh[ m( L x ] cosh( mlc hpka sr Processos ue governm: - condução xil o longo d le n direção x, desde se d le - convecção superfície le - fluido, com o coeficiene h Temperur deve vrir em ms s direções x e y e disriuição n superfície esendid deve ser 2D. No enno, em váris siuções se consider o grdiene n direção y peueno e, porno, pode ser desprezdo n solução sem perd de precisão. Em cd posição x (normlizd x/l exise um T em y devido à condução e devido à convecção. Aproximr de 2D, T=f(x,y, pr 1D, T=f(x, é válid se: Tcond,y<<Tconv

11 A emperur d le será T n se e grdulmene decresce em direção à exremidde No cso limie de resisênci érmic zero, ou conduividde érmic infini, emperur d le será uniforme. O prâmero ml represen o lnço enre os dois processos R cond L ka R R R conv 1 hpl sr 2 cond Ph 2 Ph 2 L L ( ml conv ka sr ka sr - Se (ml peueno: R peuen > cond < Tle > Tconv cond T T T( x T conv T( x T le T - T T - T

12 Eficiênci d le A rnsferênci de clor idel ou máxim seri se le esivesse od n emperur d se (k. mx ha le A emperur cirá o longo d le e rnsferênci de clor d le será menor devido o decréscimo n diferenç de emperur T(x-T, próximo à exremidde. Pr considerr o efeio dese decréscimo n emperur se define: le mx le ha mx A é áre ol d superfície d le. Es eução permie deerminr rnsferênci de clor d le undo eficiênci é conhecid. Euções pr Eficiênci d le de seção uniforme: 1 ml,long,isold nh( ml ml c,convecção nh( mlc mlc

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14 le mx ha R le Gráficos Ales com perfil ringulr ou prólico coném menos meril e são mis eficienes ue s de perfil rengulr e são mis deuds pr plicções ue exigem mínimo peso (plicções espciis A eficiênci diminui com o umeno do comprimeno d le devido o decréscimo n emperur d le. Comprimenos de le ue cusm um diminuição n eficiênci ixo de 60% não podem ser jusificdos economicmene e devem ser evidos. A eficiênci ds les n práic fic em orno de 90%.

15 Eficiênci de les res (rengulres, ringulres e de perfil prólico Eficiênci de les nulres de perfil rengulr Considere um le rengulr de lumínio fixd um se 100ºC. A le esá expos o r 20ºC (coeficiene de rnsferênci de clor de 50 W/m²K. O comprimeno d le é 30 cm, lrgur 25 mm e espessur 5 mm. Es le em comprimeno deudo? Qul x de clor rnsferid pel le e eficiênci d le? Qul o modelo uilizdo de cordo com condição d exremidde? c Qul emperur n exremidde d le? Comene sore disriuição de emperur n le d Se o comprimeno não for deudo selecione um comprimeno e refç os cálculos, comprndo s eficiêncis.

16 Eficiênci de um conjuno de les le mx ha R le R > R - η<1 cond _ le conv devido à resisênci de condução n le.

17 Eficiênci ol η ol = mx Áre ol = áre ds les + áre d se sem les A = NA + A Tx de TC ol = + = ( Nη ha θ + ( ha θ h[ NhA ( A A N ] NA ha 1 (1 A Eficiênci ol NA 1 (1 A ha

18 Resisênci érmic R R 1 ha Resisênci de cono 1 R = _ NA _ η η = 1 (1 ha η A C ( c 1 C1 = 1+ η ha ( R",c / A c,

19 Efeividde d le Ales são usds pr melhorr rnsferênci de clor e o uso de les n superfície não pode ser recomenddo menos ue rnsferênci de clor jusifiue o cuso dicionl e complexidde ssocid com s les. O desempenho ds les é julgdo pel melhor d rnsferênci de clor reliv o cso sem le. le sem ha (T le T ha (T le T ha (T ha (T T T A A =1 signific ue dição de les n superfície não feou rnsferênci de clor. < 1 indic ue le ge como um isolção. Ocorre undo les de meril de ix conduividde érmic são usds. > 1 efeivmene melhor rnsferênci de clor N práic só se jusific se efeividde for muio mior ue 1.

20 Pr um le long: long kp ha sr - O meril d le deve ser com l k (core, lumínio, e ferro são os mis comuns. O meril mis usdo é o lumínio devido o ixo cuso e peso e su resisênci à corrosão. - P/Asr es rzão deve ser mis l possível. O ul é sisfeio por plcs fins - O uso de les é mis efeivo em plicções envolvendo um ixo coeficiene de rnsferênci de clor (gses. Efeividde ol d superfície led ε = ol,le ol,sem = h( A + η A não,ledo ledo hasem(t _ T (T _ T A sem= áre d superfície undo não exisem les Aledo = é áre ol d superfície de ods s les Anão,ledo = é áre d porção não led d superfície. Noe ue efeividde ol depende do número de les por unidde de comprimeno e d eficiênci individul ds les. A efeividde ol é um melhor medid do desempenho de um superfície led ue efeividde de um le individul.

21 Exemplo 2: Pssgens leds são freuenemene formds enre plcs prlels pr melhorr rnsferênci de clor por convecção. Um imporne plicção é no resfrimeno de euipmenos elerônicos, onde s les, resfrids r, são colocds enre componenes elerônicos ue dissipm clor. Um chip de silício isoérmico, com ldo de comprimeno 20 mm, enconr-se solddo um dissipdor de clor de lumínio com um comprimeno euivlene. O dissipdor em um se com espessur 3 mm e 11 les rengulres, cd um com comprimeno de 15 mm, como indicdo n figur ixo. Um escomeno de r 20ºC é mnido rvés dos cnis formdos pels les (coeficiene convecivo de 100 W/m²K com um espçmeno mínimo de 1,8 mm em função ds limições n perd de pressão no escomeno. A jun soldd em um resisênci érmic de R,c=2x10-6 m²k/w. Considere espessur ds les de =0,182 mm e o psso de S=1,982 mm. Se máxim emperur permiid do chip for Tc=85ºC, ul é o vlor correspondene d poênci do chip? L = 3 mm L = 15 mm f Air W = 20 mm T = 20o oo C S h = 100 W/m2-K chip = 1.8 mm T = 85o c C R,c= 2x10-6 m2-k/w dissipdor k = 180 W/m-K de lumínio c T c R,c R, R,o T oo