Estudo numérico e experimental da convecção natural em dissipadores com aletas retangulares

Abstract

O estudo de dissipadores de calor é importante pois estes melhoram a transferência de calor entre um corpo e o ambiente, podendo diminuir a temperatura de trabalho deste corpo. Com o advento da tecnologia os componentes eletrônicos, que têm se tornado cada vez mais avançados e potentes, têm temperaturas de trabalho bastante elevadas, prejudicando sua vida útil, assim necessitam de dissipadores de calor para trabalharem bem. Neste trabalho, estudou-se a transferência de calor por convecção natural em dissipadores com aletas planas retangulares. Análises numéricas, feitas no programa COMSOL Multiphysics®, foram realizadas utilizando os resultados experimentais obtidos de 18 dissipadores de calor com diferentes parâmetros geométricos e validadas comparando os resultados experimentais e os numéricos, bem como com a literatura para dois dissipadores. Dentre os resultados numéricos foram obtidos o valor médio do coeficiente de transferência de calor por convecção, ℎ ̅, os campos de temperatura no dissipador e no escoamento de ar do domínio, assim como os campos de velocidade e vorticidade e a distribuição do número de Nusselt sobre o dissipador de calor. Assim, o uso do COMSOL foi fundamental para este estudo, pois possibilitou a obtenção de resultados que são de difícil visualização experimentalmente. Tais resultados também mostraram que em alguns casos os dissipadores de calor agiam como verdadeiros blocos, devido ao número ou altura das aletas, frente ao escoamento de ar. Também foi realizada uma análise utilizando o conceito de resistência térmica de convecção, comparando os 18 dissipadores de calor a uma placa plana, o que comprovou que o uso deles, na grande maioria dos casos, é relevante. Nesta comparação também é observado que os dissipadores têm melhor eficiência quando posicionados com base e aletas na vertical do que quando posicionados com base na horizontal e aletas na vertical. Análises de incertezas foram realizadas e encontraram-se incertezas percentuais menores que 4,88% para os casos simulados e menores que 7,51% para os casos experimentais, o que assegura a qualidade dos resultados encontrados. Logo o objetivo deste trabalho foi utilizar os resultados experimentais para validar e embasar os resultados numéricos que por sua vez ajudaram na compreensão do fenômeno da transferência de calor com convecção natural em dissipadores com aletas planas retangulares e no ambiente que os cercam.