Análise Experimental e Teórica da Convecção Natural em Dissipadores na Horizontal e Vertical

Vitor Araujo Fernandez¹; Durval Marques Queiroz Neto¹; Vilson Altair Silva¹; Sandro Metrevelle Marcondes Lima e Silva¹

¹ Universidade Federal de Itajubá

doi:10.20906/CPS/CON-2016-0602

Resumo

A utilização de dissipadores de calor é necessária em condições em que o calor produzido por um componente não se dissipa com facilidade, prejudicando o seu funcionamento e diminuindo sua vida útil. Isto é visto frequentemente no ramo da eletrônica, onde microcomponentes estão submetidos a altas temperaturas de trabalho e precisam ser resfriados para aumentar sua vida útil. Estudar esses trocadores de calor se faz necessário para aperfeiçoar o seu funcionamento, buscando que uma faixa de temperatura ótima durante a utilização do equipamento seja alcançada. O número e a altura das aletas são parâmetros que influenciam diretamente o coeficiente médio de transferência de calor por convecção h, assim sendo, existe uma relação ideal entre eles para que se consiga uma melhor eficiência do dissipador. Neste trabalho foram ensaiados dissipadores com base de dimensões aproximadamente de 0,050 x 0,050 m, com sua base disposta horizontal e verticalmente. Variou-se o número, a altura e a espessura das aletas, sobre as quais a convecção natural ocorre, para determinar o efeito destes parâmetros no h. Foi possível obter duas correlações para o número de Nusselt no grupo de dissipadores ensaiados, uma para a posição horizontal e outra para a posição vertical. Os ensaios consistiram em aquecer os dissipadores até atingirem o regime permanente em diferentes faixas de temperatura. Os resultados encontrados para o número de Nusselt foram comparados com resultados obtidos a partir de correlações empíricas obtidas da literatura, apresentando diferenças menores que 10%. Também foram realizadas manipulações matemáticas com uso do programa computacional Maple, para se determinar a temperatura em qualquer ponto ao longo da aleta, por meio de cálculos analíticos e numéricos, e suas respostas foram comparadas com a temperatura experimental. Essas análises matemáticas diminuem a necessidade de testes experimentais, o que colabora para o estudo de dissipadores de pequenas dimensões, que possuem pequeno espaçamento entre as aletas, dificultan

Palavras-chave: Dissipadores de Calor; Maple; Convecção Natural; Métodos experimentais; Número de Nusselt