UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Análise da transferência de calor por convecção natural em dissipadores de calor usando planejamento de experimentos
Autor(es): ANSELMO, Bruno de Campos Salles
Primeiro Orientador: SILVA, Sandro Metrevelle Marcondes Lima e
Resumo: Dissipadores de calor são dispositivos capazes de promover uma melhora na temperatura de operação de diversos equipamentos. O planejamento de experimentos (DOE – Design of Experiments) foi utilizado para realização dos testes e posterior análise estatística dos dados. Foram realizados experimentos para obtenção da distribuição de temperaturas nos dissipadores. Foi realizado o cálculo da perda de calor por radiação considerando o fator de forma das aletas. Análises experimentais e teóricas foram realizadas para obtenção do coeficiente médio de transferência de calor por convecção ℎ̅, bem como para obtenção da resistência térmica de convecção. Foram feitos testes com dissipadores de diferentes geometrias, que no caso foram considerados como fatores, tais como a altura (7 mm e 20 mm), espaçamento (5,55 mm e 14,35 mm) e comprimento da base (50 mm e 100 mm) além de um dissipador com base de dimensões 75 mm x 75 mm. Os testes foram feitos nas posições horizontal e vertical, com variações do fluxo de calor aplicados nas bases do dissipador em 800 W/m2, 1600 W/m2 e 1200 W/m2. Com a utilização do DOE e suas ferramentas, diferentes análises foram feitas com dados experimentais envolvendo o coeficiente ℎ̅, a resistência térmica de convecção Rt, os parâmetros geométricos, além do fluxo de calor aplicado na base e o posicionamento dos dissipadores. Foram feitas parações envolvendo o calor perdido por radiação levando-se em conta o fator de forma das aletas. Por último, foram realizadas análises estatísticas, buscando conhecer o comportamento da Rt e sua variação de acordo com as geometrias dos dissipadores e dos fluxos aplicados. Com os resultados obtidos pôde-se concluir que os dissipadores ensaiados na vertical possuem melhor desempenho quando comparados aos testes na horizontal. A inclusão do fator de forma é de suma importância no estudo da troca de calor por radiação entre as aletas. A Rt, por ser influenciada pela área sob convecção e pelo coeficiente ℎ̅ , se comporta de diferentes maneiras dependendo da geometria e posição dos dissipadores. Foi possível observar uma grande contribuição do DOE para análise estatística da resistência térmica convectiva.
Abstract: Heat sinks are devices capable of improving the operating temperature of a wide range of equipment. Design of Experiments (DOE) was used for experiments and subsequent statistical data analysis. Experiments were carried out to obtain the distribution of temperatures in the heatsinks. The calculation of heat loss by radiation was performed considering the view factor of the heat sink fins. Tests were made with heatsinks of different geometries, which in this case were considered as factors, such as height (7 mm and 20 mm), spacing (5.55 mm and 14.35 mm) and base length (50 mm and 100 mm) in addition to a heatsink with a 75 mm x 75 mm base. The tests were performed in horizontal and vertical positions, with variations in the calorie flow at the base. Heat flux variations were applied to the heat sink bases of 800 W/m2, 1600 W/m2 and 1200 W/m2. Analyzes were accomplished with experimental data involving the coefficient ℎ̅ , the convection thermal resistance, the geometric parameters (height, spacing and base dimensions) in addition to the heat flux applied to the base and the positioning of the heat sinks. Comparisons of heat lost by radiation were made by taking into account the view factor of the fins. Finally, statistical analyses were conducted, seeking to know the behavior of the convective thermal resistance and its variation according to the geometries of the heat sinks and applied heat flux. With the results obtained it was concluded that the heat sinks tested on the vertical position have better performance when compared to those on the horizontal position. The inclusion of the view factor is of paramount importance in the study of heat exchange by radiation between the fins. Rt may be influenced by the area under convection and the coefficient ℎ̅ and Rt behaves in different ways depending on the geometry and position of the heat sinks. It was possible to observe a great contribution from DOE for the statistical analysis of convective thermal resistance.
Palavras-chave: Fator de forma em dissipadores de calor
Convecção natural
Planejamento de experimentos
Descarga capacitiva
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso Restrito
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2341
Data do documento: 7-Out-2020
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