Definizione della potenza dissipata della fonte di calore

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Potenza in ingresso e potenza dissipata

Ricordiamo, per chi è nuovo nel campo della gestione termica, che ad ogni dispositivo sono associati due valori di potenza: la potenza in ingresso e la potenza dissipata. La potenza in ingresso è data dal prodotto della corrente elettrica in ingresso per la tensione del dispositivo. Della potenza in ingresso si occupano di solito gli ingegneri elettrotecnici.

Potenza dissipata

Gli ingegneri meccanici si occupano principalmente della potenza dissipata di un dispositivo. La potenza dissipata corrisponde alla potenza dispersa in calore, quella parte cioè della potenza in ingresso che un dispositivo non può convertire in lavoro utile. Tutti i calcoli termici devono tenere conto di questa dispersione per selezionare il dissipatore di calore adeguato a un'applicazione, come è anche il caso dei calcoli realizzati utilizzando Aavid Genie.

Un esempio è la luce prodotta da un LED. Il LED converte la potenza in ingresso in luce, ma parte di questa potenza si perde sotto forma di calore. In alcuni settori, come quello dell'elettronica, il calore dissipato è chiamato "Thermal Design Power".

Efficienza di un dispositivo

La percentuale di potenza utilizzata effettivamente da un dispositivo per il suo funzionamento è detta efficienza del dispositivo e varia notevolmente da un prodotto a un altro. L'efficienza di alcuni dispositivi può essere abbastanza bassa, intorno al 10-15% nei dispositivi termoelettrici, per esempio, o al 30% nei LED.

In alcuni casi, per ottenere il carico termico totale, può essere necessario procedere al contrario, partendo dall'efficienza del dispositivo e dalla potenza di uscita. Tale valore può essere poi introdotto nell'applicazione Aavid Genie o utilizzato per altri calcoli termici.

Esempio:

Un dispositivo con potenza in ingresso di 100 W disperde 80 W in calore. Il dissipatore di calore deve essere in grado di dissipare 80 W. In questo caso, nell'applicazione Aavid Genie si dovrà inserire 80 W. Quindi, il nostro dispositivo di esempio con potenza d'ingresso di 100 W dissipa 80 W e ha perciò un'efficienza del 20%.

Carico totale di più dispositivi

Nel caso si abbia a che fare con più dispositivi, è sufficiente sommare il calore dissipato da ogni dispositivo. Tale valore può essere utilizzato in seguito per effettuare i calcoli, oppure può essere introdotto come parametro nel campo Total Load of Devices (carico totale dei dispositivi), sotto Project Conditions, dell'applicazione Aavid Genie.




Dimensione complessiva della fonte di calore e densità di calore

Mentre il calcolo della potenza dissipata è utile per una stima approssimativa, la dimensione della fonte di calore è un aspetto fondamentale dell'effetto del calore su un dissipatore o su altre soluzioni di gestione termica. La dimensione della fonte di calore, insieme alla potenza dissipata, determina la densità del carico termico. La capacità di una soluzione di gestione termica di regolare la quantità di calore assorbita da un componente dipende dalla densità di calore.

Fonti con elevata densità di calore hanno carichi termici concentrati su piccole aree, invece che un carico termico più uniformemente distribuito. La maggior parte delle soluzioni di gestione termica utilizza principalmente il fenomeno di conduzione per rimuovere il calore del carico termico. Tuttavia, se il calore concentrato in una sola zona diviene troppo elevato, può accumularsi e provocare un aumento significativo della temperatura superficiale e del dispositivo. Allo stesso modo delle auto in un ingorgo, che si accumulano e formano colonne lunghe chilometri.

Specificare la dimensione della fonte di calore in Aavid Genie

Nella sezione Project Conditions di Aavid Genie, si può specificare il calore come distribuito sull'intera superficie della base del dissipatore, oppure specificare zone di dimensioni puntuali che riflettano la densità di calore effettiva. Se si utilizzano diffusori di calore in grafite, camere di vapore e dissipatori con tubi di calore, una distribuzione uniforme del carico termico totale fornisce una rappresentazione più accurata rispetto all'utilizzo dell'area effettiva delle singole fonti.

Per applicazioni che utilizzano più di un dispositivo, è possibile inserire, nella sezione Project Conditions, la superficie totale risultante dalla somma dei carichi. Questo permette ad Aavid Genie di utilizzare un'area di superficie equivalente nella sezione Technology Selection, fornendo diverse opzioni per la scelta del materiale del dissipatore di calore. Il numero di dispositivi e le dimensioni possono essere modificati in seguito nella pagina Heat Source Definition.

Con il carico totale e le dimensioni della fonte di calore, Aavid Genie può fornire una valutazione abbastanza accurata delle tecnologie che possono essere impiegate nel progetto del dissipatore di calore.



Una volta scelto e disegnato il dissipatore, inserita la portata e specificato se per il flusso si utilizza un condotto o un bypass, si potranno aggiungere i singoli dispositivi nella pagina “Heat Source”. Le fonti di calore possono essere trascinate, copiate e modificate in modo da approssimare meglio i punti di contatto tra carichi termici e dissipatore.




Applicazione dei materiali termici di interfaccia in Aavid Genie

Poiché numerose applicazioni utilizzano un materiale termico di interfaccia (TIM, Thermal Interface Material), è possibile inserire anche la resistenza termica del materiale d'interfaccia.



Conclusioni

Per consentire ad Aavid Genie di fornire una valutazione più accurata di quale sia l'opzione migliore su cui continuare a lavorare, è opportuno considerare le dimensioni e l'effettiva capacità di dissipazione dei dispositivi utilizzati.


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