Cálculo do Cooler do dissipador de calor
Cálculo do cooler no dissipador de calor
Vamos imaginar o dissipador RDD10425 com um cooler instalado em um rebaixo feito nas aletas. Uma vista frontal desta montagem está representada na figura 1 abaixo:
Figura 1: representação da vista frontal de um cooler instalado em um rebaixo de aletas no dissipador RDD10425
A situação acima seria alcançada colocando um cooler encaixado e soprando ar contra o dissipador representado abaixo:
Figura 2: dissipador RDD10425 com uma janela de 81mm para encaixe de um cooler de 80x80x15mm
Como o cooler altera a curva de dissipação?
Considerando-se que o dissipador do exemplo é o RDD10425-180 cuja resitência térmica e curvas de dissipação podem ser consultadas no link:
do link acima temos os 2 gráficos abaixo:
Figura 3: curvas de dissipação do RDD10425-180
O gráfico vermelho representa a dissipação teórica SEM VENTILAÇÃO FORÇADA. Nele podemos ler que se aplicarmos 50W no dissipador de calor podemos esperar um aumento teórico de temperatura de aprox 70⁰C. Abordamos a leitura deste gráfico em um texto anterior que pode ser consultado em:
https://reidosdissipadores.blogspot.com/2020/07/grafico-resistencia-termica-dissipador-de-calor.html
O gráfico azul mostra o que ocorre com a resistência térmica se houver ventilação forçada. A resistência térmica do dissipador RDD10425-180 é 1,34⁰C/W. Se houver ar passando a velocidade de 3m/s sobre a superfície do dissipador, a nova resistência térmica será 0,4⁰C/W (este dado foi obtido consultando o gráfico azul da figura 3 acima) e seu novo comportamento é descrito por outra curva de dissipação:
Figura 4: curva de dissipação para resistência térmica 0,4⁰C/W
Nela percebemos que os mesmos 50W agora causam um aumento de temperatura de apenas 22⁰C. O que antes eram 70⁰C agora são 22⁰C! O dissipador irá aquecer muito menos com o cooler!
(consulte o link anterior para interpretar o significado destas temperaturas)
Suas dúvidas no momento podem ser:
- de onde sairam os 3m/s? Os coolers não vem com estes valores!!!
- de onde saiu a nova curva? Ela não acompanha o dissipador!!!
Calculando m/s a partir de CFM
Coolers são comercializados com dados de vazão (volume/tempo). CFM significa "pés cúbicos por minuto" (do inglês Cubic Feet per Minute - CFM)
Precisamos transformar CFM para m³/s multiplicando por 0,00047194745
Assim 35CFM = 0,01651816075 m³/s
(35CFM é um dado fornecido pelo vendedor do cooler 80x80x15 e depende da geometria e rotação do cooler. Utilizaremos 35CFM como exemplo nos cálculos)
Repare que a transformação apenas converteu para m³/s e não para m/s. Ainda estamos com vazão (volume/tempo). Para transformar vazão em velocidade (m³/s para m/s) precisamos conhecer a área de secção transversal por onde está passando o ar...
Lembram-se da primeira figura deste artigo? Precisaremos dela:
Figura 5: representação da vista frontal de um cooler 80x80x15 instalado em um rebaixo de aletas no dissipador RDD10425
O ar soprado pelo cooler sairá pelo espaço representado pela cor azul claro. Precisaremos saber qual a área desta secção representada. A área de cada "janelinha azul" é de 34,9mm² e a área total das "10 janelinhas" será 349mm².
A área de "20 janelinhas" será o dobro disto. Porque 20 e não 10? Porque o ar soprado pelo ventilador irá sair pelos 2 lados do dissipador (lado da frente e lado de trás)! A área das "20 janelinas" será 698mm².
Para transformar mm² para m² dividimos por 1.000.000
Assim 698mm² = 0.000698 m²
Finalmente podemos dividir a vazão em m³/s pela área em m² e obter a velocidade do ar em m/s naquela secção:
0,01651816075 m³/s dividido por 0.000698 m² = 23,6m/s
(continue a leitura)
E se o mesmo ventilador estivesse apoiado sobre as aletas, sem estar encaixado em um "berço rebaixado" para isto? Bom, neste caso a área de secção transversal seria maior e para o mesmo ventilador a velocidade do ar sobre as aletas seria menor:
Figura 6: cooler sobreposto ao dissipador sem encaixe usinado
A diferença está na área da secção transversal. Aqui a "janelinha" é maior. Cada "nova janelinha" possui área de 134,1mm² e as "20 janelinhas" terão área total de 2682mm².
Aquele mesmo cooler de 35CFM (0,01651816075 m³/s) causará uma velocidade do ar igual a
0,01651816075 m³/s dividido por 0.002682 m² = 6,1m/s
(continue a leitura)
Mas estamos fazendo aproximações e é importante o leitor entender algumas delas:
1- o ar não sairá de "maneira comportada" como mostra a "situação A" da figura abaixo. A verdade é que parte significativa do ar não manterá o seu caminho mostrado nas "secções transversais" que utilizamos nos exemplos e a "situação B" é mais realista do que a "situação A":
Figura 7: representações da saída do ar pelas aletas. Na "situação B" parte do ar não percorrerá nem mesmo toda a extensão do dissipador de calor. Será refletido para fora do dissipador antes mesmo de chegar ao final do percurso!
2- o gráfico azul representando Resistência Térmica x Velocidade do ar (figura 8 a seguir) pressupõe que o ar passa por toda a superfície do dissipador. Nos exemplos que demos o ar está passando apenas por uma parte das aletas.
Figura 8: O gráfico acima pressupõe que o ar está passando por toda a superfície do dissipador de calor. A resistência de 0,4⁰C/W é obtida quando toda a superfície do dissipador recebe ar a uma velocidade de 3m/s
3- existem "fugas de ar", parte do ar será refletido pelo dissipador e não percorrerá todo o dissipador de calor.
4- assim como a velocidade de um rio é maior no centro do rio e menor em suas margens, o mesmo ocorre com o ar pelas aletas. A velocidade é menor próximo à superfície do dissipador. A velocidade que é importante e que melhora a dissipação é a velocidade do ar "na superfície das aletas".
5- a vazão nominal do cooler pode não representar a vazão real do cooler (um cooler de 35CFM pode ser na prática um cooler de 28CFM)
Onde quero chegar: sejam conservadores com esta transformação de CFM para m/s
Como obter o novo gráfico vermelho (𝚫T x W) retratando a nova realidade do "ar forçado"?
O gráfico que utilizamos na figura 4 não acompanha normalmente as imagens que estão com o dissipador RDD10425-180 anunciado. Gerar inúmeros gráficos, um para cada nova resistência térmica iria poluir muito os anúncios. Entretanto sua obtenção não é complicada. Imagine que vc chegou à conclusão de que a nova resistência térmica com a sua montagem será 0,35⁰C/W e precisa consultar um gráfico para ter uma idéia de dissipação. Basta buscar no site um dissipador com esta resistência térmica e fazer a leitura.
Exemplo: Dissipador HS 10425-180 com ventilador e nova resistência = 0,35
Consultar o RDD 26574-300 (que possui resistência térmica 0,35⁰C/W) e fazer a leitura:
Sim, sabemos que não é a solução ideal e que pode dar um pouco de trabalho, mas por enquanto é melhor do que não ter um gráfico para consultar.
O mais importante que deve ficar deste artigo é que:
- o uso de um cooler melhora significativamente a dissipação;
- os cálculos ajudam mas devemos lembrar que são aproximações;
