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Le sfide del raffreddamento dei prodotti elettronici

In questo breve filmato parleremo dell’analisi termica delle macchine elettriche e dei prodotti elettronici, e delle sfide offerte dalla progettazione dei relativi sistemi di raffreddamento.

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I dispositivi elettrici quali motori, generatori, trasformatori e i prodotti elettronici di consumo quali personal computer, televisori sono vittime di un fenomeno fisico noto con il nome di effetto Joule. Le correnti elettriche che fluiscono attraverso un conduttore dissipano una certa quantità di energia trasformandola in calore. Il calore generato dipende dalle caratteristiche del conduttore, come il materiale, la geometria, e dall’intensità della corrente. Questo calore può essere calcolato con la legge di Ohm.

Questo calore, oltre a diminuire l’efficienza energetica del dispositivo, tende a scaldare i componenti del prodotto. Se questo calore non viene smaltito nel modo migliore, si corre il rischio di danneggiare il prodotto stesso. Per questo motivo se osserviamo con attenzione, ad esempio, il lettore DVD che abbiamo in salotto, o il PC con il quale stai guardando questo filmato, scoprirai la presenza di prese d’aria e forse riesci a sentire anche il ronzio di una ventola di raffreddamento, installata proprio per favorire lo scambio di calore tra i circuiti caldi e l’aria fresca della stanza.

Questo tipo di interazione tra il fluido freddo, che si riscalda asportando via il calore dai circuiti e il solido caldo che si raffredda cedendo il proprio calore all’aria prende il nome di Scambio Termico Coniugato. Si tratta di un problema multi-fisico, ovvero che coinvolge 3 diversi meccanismi di interazione tra fluido e solido e tra solido e solido: Conduzione, Convezione e Irraggiamento.

La Conduzione, comprende sia il trasferimento del calore all’interno di un solido che lo scambio termico tra due solidi diversi che sono a contatto tra di loro attraverso la superficie esterna.
La Convezione, ovvero il trasferimento di calore che avviene tra un solido e un fluido che sono a diversa temperatura. Questo fenomeno può essere schematizzato in maniera semplificata, facendo delle ipotesi sulla temperatura del fluido refrigerante, oppure in maniera dettagliata modellando e risolvendo le equazioni del moto del fluido.
L’Irraggiamento, è un fenomeno nel quale il calore si trasferisce tra due corpi affacciati, che “si vedono” l’uno con l’altro e nel quale l’intensità del calore trasferito non dipende solo dalla temperatura ma anche dalle proprietà ottiche delle superfici dei corpi e da come sono orientati tra di loro.
Questi tre fenomeni, Conduzione, Convezione e Irraggiamento, concorrono contemporaneamente nello studio termico del prodotto, con maggiore o minore importanza a seconda dell’applicazione.

Ad esempio in un inverter per pannelli fotovoltaici, che deve funzionare all’esterno, ovvero in ambienti potenzialmente umidi, essendo stagno e quindi senza possibilità di utilizzare l’aria esterna per refrigerare i componenti interni, all’interno lo scambio termico sarà prevalentemente conduttivo per portare il calore verso l’esterno, mentre la convezione con l’esterno sarà di tipo naturale. Per questo motivo, questo tipo di prodotto presenta dei dissipatori alettati per aumentare la superficie di scambio con l’aria esterna. In questo caso, la convezione naturale può essere considerata in maniera semplificata e approssimata.

Viceversa un PC portatile, che per definizione deve essere leggero e compatto, sarà dotato di ventole, dissipatori, heat-pipes e qualsiasi altro dispositivo possibile per “drenare” efficacemente il calore dalla CPU in uno spazio tortuoso e limitato. In questo caso schematizzare correttamente la convezione forzata richiede la modellazione del moto dell’aria all’interno del prodotto.

Nel webinar “Simulazione Termica e Fluidodinamica di Dispositivi Elettronici” parleremo di come il software NX Electronics System Cooling di Siemens permetta la progettazione termica dei prodotti elettrici ed elettronici in maniera semplice e intuitiva.

Nel corso del seminario di 30 minuti vedremo alcuni casi applicativi nei quali sono stati realizzati i modelli termici di alcuni prodotti, simulando lo scambio di calore per Conduzione, Convezione e Irraggiamento. Vedremo come simulare efficacemente i vari strumenti a disposizione del progettista per veicolare il calore all’interno del prodotto: materiali isolanti, paste conduttrici, schermature ottiche e via dicendo.

Iscrivendoti al webinar non solo potrai assistere all’evento dal vivo, ma riceverai anche le credenziali per vedere la registrazione del seminario, quando vorrai, tutte le volte che vorrai.

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By |2019-01-18T15:04:49+02:00Febbraio 24th, 2016|Video|Commenti disabilitati su Le sfide del raffreddamento dei prodotti elettronici