Josue David Borda 4061009

David Bedoya 4061006

Juan Carlos Avilán 4061005

DISIPADOR DE CALOR

Introducción.

Para poder solucionar el problema de disipación de calor que ocurre en el sistema de GPS, se busco diseñar un arreglo de aletas que ayude a disipar el calor, se investigo sobre el uso comercial de las aletas para disipar el calor. Se encontraron dos tipos de diseños que se emplean para disipar calor en aparatos eléctricos y se hizo un diseño de acuerdo con esos dos diseños.

Análisis y diseño

El diseño que se realizo es de un arreglo de aletas que tiene unas medidas específicas y se acopla sobre la caja donde va el sistema de GPS. Después de a ver hecho el diseño se creo un modelo en 3D con un programa tipo CAD, para conocer con exactitud el área que disipa el dispositivo y lograr un mejor análisis. Después de haber realizado el diseño se analizo otro factor que importaba en el diseño de un disipador de calor de las aletas, que es el material del cual esta hecho. Para los disipadores de calor normalmente se emplea aluminio, cobre y en algunos casos recubrimientos en oro. El aluminio es el material que tiene el valor mas bajo de conductividad térmica entre los otros materiales pero debido a su costo es el más empleado, por este motivo se decidió realizar el diseño usando un tipo de aluminio específico.

El diseño que se opto fue el siguiente.

El material que se eligió fue el Aluminio 2011 T-6 que tiene una conductividad térmica de 170 W/mK. (Estos valores fueron tomados de la pagina Matweb)

Cálculos.

Teniendo las medidas, el tipo de material y las condiciones a las que se expone se realizaron los cálculos para saber si cumple con el objetivo de disipar 100 W.

Para conocer cuanta potencia puede disipar se emplearon las ecuaciones del libro fundamentos de la transferencia de calor de incropera, capitulo 3 sección 3.6.5 (Eficiencia global de la superficie).

Los datos para realizar las ecuaciones son las siguientes.

Numero de aletas

N= 48

Diferencia de temperaturas

θb = 5

Conveccion forzada

h = 50 W/m2K

Espesor aleta

t = 2mm = 2×10-3 m

longitu aleta

w = 92mm = 0.092m

Altura aleta

L = 50mm = 0.05m

Area primaria

Ab = 2820.58 mm2 = 2.82058×10-3 m2

Perimetro

P = 2w +2t = 188mm = 0.188m

Área de la superficie de la aleta

Ac = wt = 0.184 mm2 = 0.184×10-3 m2

Lc = L + (t/2) = 51mm = 0.051m

Af =2w × Lc = 9.384×10-3

At = NAf + Ab = 0.4532m2

Una vez que tenemos todos estos datos comenzamos a ingresarlas en las ecuaciones principales. La primera ecuación que se debe realizar es la ecuación de la m y se va tomar un valor de convección forzada de 50 W/m2K

m=√ hPk Ac

m = 12.257 m-1

La siguiente ecuación es la de eficiencia de la aleta ηf

η f=tanh m Lc

m Lc

ηf = 0.8873 = 80.73%

Teniendo esta ecuación buscamos la ecuación de eficiencia global ηo

ηo=1−N A f

A t(1−η f )

ηo = 0.8879 = 88.79%

Teniendo la eficiencia global buscamos con la otra ecuación de eficiencia global pero relacionada con la de transferencia total de convección.

η f=q t

h At θb

Pero como tenemos la eficiencia despejamos qt

q t=ηo A t hθb

qt = 100.6 W

La potencia total disipada es de 100.6 W por lo tanto el arreglo de aletas puede disipar el calor necesario para mantener un funcionamiento optimo.

ANEXOS

Diseños de aletas comerciales

Este es nuestro diseño en 3D