Disipador De Calor Para Una Laptop 3j3v2r

[ INSTITUTO TECNOLOGICO de LEÓN Proyecto final: Disipador de calor para laptop Ingeniería Electromecánica 6to semestre Alumnos: Enríquez López Salvador Mejía Ramírez Luis Ramón Transferencia de calor Asesor: Ing. Julián Rentería Hernández Fecha: 31-mayo-2012

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INDICE:

Introducción…………………………………………………….. 2 Objetivo………………………………………………………….. 3 Marco Teórico Sistemas de conducción-convección..…………………... 3 Amplificador operacional…...……………………………… 4 Disipador……….…………………………………………….. 5 Ley de Ohm térmica...……………………………………….. 6 Lista de material ……………………………. ……………….7 Procedimiento……………………………………………….. 8 Conclusiones…………………………………………………..10 Bibliografía…………………………………………………….. 11

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Introducción En la laptop es muy posible que se descomponga por el calor que se produce dentro de ella cuando la tienes un rato utilizando, por lo tanto buscamos un disipador por convección transferiría el calor a si un ventilador lo enfriara por lo tanto La razón de la transferencia de calor desde una superficie de la laptop que esta a una temperatura T, hacia el medio circundante que esta a T∞ se expresa por la ley de Newton del enfriamiento. Qconv = hAs(Ts - T∞)

Donde, A es el área superficial de transferencia de calor y h es el coeficiente de transferencia de calor por convección, Cuando la temperaturas Ts y T∞ se fijan por consideraciones de diseño, como con frecuencia es el caso, existen dos maneras de incrementar la razón de la transferencia de calor: aumentar el coeficiente de transferencia de calor por convección, h, O aumentar el área superficial As. La alternativa es aumentar el área superficial al agregar unas superficies extendidas llamadas ALETAS, hechas de materiales intensamente conductores como el aluminio que pudieran transferir el calor para a si enfriarlo a través de un sensor de temperatura que detecte el calor , a si activamos un ventilador para que enfriara los disipadores en o con la laptop a si producir enfriamiento y que se descomponga la laptop.

La importancia de este trabajo saber la convección a través de calor, como se produce que podemos realizar para reducir el calor a través de superficies con temperaturas muy altas, ya con los disipadores reducir con el numero de aletas que lo conforman.

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Objetivo:

Se busca realizar un disipador de calor que solo detecta temperaturas altas y trata de enfriarlo por medio de un motor que tiene una hélice y comprobar cómo funciona un sistema térmico y transformar la energía para realizar el funcionamiento de un sistema mecánico, para una laptop para analizar la transferencia de calor por convección.

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Marco teórico SISTEMAS DE CONDUCCIÓN-CONVECCIÓN. Aunque existen muchas situaciones diferentes que envuelven efectos combinados de conducción convección, la aplicación más frecuente es el de una superficie extendida que se utiliza específicamente para aumentar la velocidad de transferencia de calor entre un sólido y un fluido adyacente. Estas superficies extendidas se denominan aletas. Consideremos la pared plana de la figura 1.1. Si TS es fijo, hay dos maneras en las cuales se puede aumentar la velocidad de transferencia de calor. El coeficiente convectivo h puede aumentarse aumentando la velocidad del fluido, y/o la temperatura del fluido T. puede reducirse.

Figura 1.1

Sin embargo, pueden encontrarse muchas situaciones en las cuales aumentar h al máximo En la figura 1.2 se muestran varias configuraciones de aletas. Una aleta recta es cualquier superficie extendida fijada a una pared plana. Puede ser de área seccional transversal uniforme (a) o ésta puede variar con la distancia desde la pared (b). Una aleta anular es una que se encuentra fijada circunferencialmente a un cilindro y su sección transversal varía con el radio desde la línea central del cilindro (c). Estos tipos de aleta tienen sección transversal rectangular, cuya área puede ser expresada como un producto del espesor de la aleta t y el ancho w para aletas rectas o la circunferencia 2πr para aletas anulares. En contraste una espina o aleta puntilla es una superficie extendida de sección transversal circular (d). Estas aletas pueden también ser de sección transversal uniforme o no uniforme. En cualquier aplicación, la selección de una configuración particular de aleta puede depender 3

del espacio, del peso, manufacturación, y consideraciones de costos, así como de la extensión en la cual las aletas reducen el coeficiente convectivo superficial y aumenta la caída de presión asociada con el flujo sobre las aletas.

Figura 1.2

Para determinar la transferencia de calor asociada con una aleta nosotros debemos primero obtener la distribución de temperaturas a lo largo de la aleta. Como hemos hecho para otros sistemas, nosotros comenzamos realizando un balance de energía en un elemento diferencial apropiado. El análisis se simplifica si hacemos ciertas suposiciones. Asumimos condiciones unidimensionales en la dirección longitudinal, aunque la conducción dentro de la aleta es realmente bidimensional. La velocidad a la cual la energía se transporte por convección hacia el fluido desde cualquier punto de la superficie de la aleta debe ser balanceada por la velocidad a la cual la energía alcanza ese punto gracias a la conducción en la dirección transversal. Sin embargo en la práctica la aleta es delgada y los cambios de temperatura en la dirección longitudinal son mucho mayores que esos en la dirección transversal. Aquí nosotros podemos asumir conducción unidimensional en la dirección z. Nosotros también podemos considerar condiciones de estado estable y también asumir que la conductividad térmica es constante, que la radiación desde la superficie es despreciable, que los efectos de generación térmica están ausentes, y que el coeficiente de transferencia de calor convectivo h es uniforme sobre la superficie. Amplificador Operacional Es un circuito integrado que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): Vout = G·(V+ − V−) 4

Estos elementos amplificaran la señal siempre y cuando no se sobrepase el voltaje con el que se esté alimentando ya que si se sobrepasa la onda senoidal se corta. Amplificador operacional derivativo; que proporciona una baja amplificación del ruido y gran impedancia de entrada. Suelen tener una salida diferencial. Amplificador de tensión: proporciona una ganancia de tensión. Amplificador de salida: proporciona la capacidad de suministrar la corriente necesaria, tiene una baja impedancia de salida y, usualmente, protección frente a corto circuitos.

Disipador Los disipadores de calor son unos elementos complementarios que se usan para aumentar la evacuación de calor del componente al que se le coloque hacia el aire que lo rodea. Esto trae como consecuencia que se reduce la temperatura de trabajo del componente ya que la cantidad de calor que se acumula en él es menor que sin disipador. Un cálculo estricto de los disipadores puede ser complejo. En este artículo se tratará un sistema de cálculo aproximado, que sin embargo proporciona buenos resultados y está muy difundido. Este sistema se basa en una analogía entre circuitos de flujo de calor y circuitos eléctricos resistivos Disipador o radiador

Ambos términos se usan como sinónimos en el ámbito de la evacuación de calor en los componentes electrónicos. Sin embargo, en opinión del autor de este artículo, el término apropiado es el de disipador de calor. Y esto porque el método que se usa para extraer el calor del componente no es el de radiación, sino el de convección. Por tanto, al ser el término disipador (que disipa o extrae el calor) más genérico que el de radiador (que extrae el calor por radiación) creo que el primero es el más adecuado. Por tanto, me referiré a estos elementos como disipadores y no como radiadores.

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Establezcamos la analogía: la Ley de Ohm térmica Al igual que en los circuitos eléctricos, se puede definir una Ley de Ohm en los circuitos de flujo de calor. Pero antes identifiquemos los elementos térmicos equivalentes a sus análogos eléctricos. Así, el papel de la fuente de tensión eléctrica (por ejemplo una batería) lo cumple el componente que genera el calor que se desea evacuar. El papel de masa de un circuito eléctrico lo tiene el aire, que supondremos a una temperatura de unos 25ºC. La diferencia de tensión eléctrica encuentra su homólogo en la diferencia de temperatura. La potencia generada en forma de calor en el componente tiene su equivalente en la corriente eléctrica entregada por la fuente de tensión. Por último, la resistencia eléctrica tiene su reflejo en la resistencia térmica medida en ºC/W (grados centígrados por vatio). Con estos elementos podemos ya formular la Ley de Ohm térmica:

Figura 1.3

SENSOR DE TEMPERATURA INTEGRADO LM335 El LM335 es un sensor de Tª integrado. • Opera como un zener cuya tensión de ruptura es proporcional a la Tª en la forma 10 mV/K. 6

• Con una impedancia dinámica menor de 1Ω opera en un rango de 400 µA a 5 mA sin prácticamente Cambios en sus prestaciones. • Cuando se calibra a 25°C el LM335 tiene un error típico menor a 1°C en un rango de 100°C. • A diferencia de otros sensores el LM335 tiene una salida prácticamente lineal. • Puede utilizarse en prácticamente cualquier aplicación que necesite medir Tª entre −55°C y +150°C.

LISTA DE MATERIAL: -resistencia de 10kohm, 8.2kohm,2.7kohm,100ohm,1.5kohm y 1.8kohm -lm335 -BC327 -LM358 AMPLIFICADOR OPERACIONAL -1 LED

-1 relevador de 12 volts -Cable para protoboard -1 Protoboard -1 motor de DC -1 hélice -1 caja -una base de vidrio -una base de madera EQUIPO -Pinzas -Fuente de 12 volts

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-Cintillos -computadora

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Procedimiento:

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En este caso se realizo un circuito detector de sobre-temperatura el cual enciende vareando el potenciómetro detectando la temperatura ambiente o cercana a la del cuerpo humano o varear a 80 Celsius. Se realiza el circuito detector de sobre-temperatura 1- Se procede a comprar el material. 2- Se procede a buscar las hojas de datos de cada elemento desconocido como el LM358 amplificador operacional , BC327 transistor y LM335 sensor de temperatura, 3- Se realiza el armado del circuito con ayuda del diagrama que se mostro en el apartado anterior 4- Se continúa a probar el circuito. 5- Se calibra el potenciómetro para ajustar a que temperatura encienda el ventilador.

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Cálculos obtenidos: Para el ventilador Convección Forzada AIRE

T∞ = 20 °C

ᶹ= Ṁ/ ᵩA =2.396 m/s

K=0.02514 FLUJO LAMINAR

ᶹ= 1.516x10-5 m2 /s

Nu= hl/k =0.664 Re1/2 1/3 1/2 1/3 Pr =0.664(1896.71) (0.7309) Nu= 26.05

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Q= (9.355)(20)(3.08x10-3)= 0.57627 w

ᵩ= 1.204 kg/m3 Ṁ=0.0145 m3/s Ṁ= ᶹ

ᵩA

QTotal = Qaletas + Qconv = 49.52W

Diámetro del ventilador =0.08 m A=π/4 (0.08m)2=5.026x10-3 m2

CALCULOS OBTENIDOS PARA LA ALETAS L=5mm Numero de aletas=9 L=80mm T=30C+273=303K" DE TABLAS h=13w/grado kelvin por metro cuadrado De tablas k=209.3w/ grado kelvin por metro Caso 2 D=2(1mm)+2(80mm)=162mm AREA=tl=(1mm)(80mm)=.0008metros cuadrados. m= 9.52/m So=5.39*10-3metros cuadrados s=4.67*10-3metros cuadrados Qo=18.39w Qf=30.56w Qt=48.95w

Figura 1.4 9

Conclusiones: Que la transferencia de calor por convección se puedes reducir a través de disipadores de calor , para disipar el calor de un aparato eléctrico y así tener un enfriamiento en la superficie de o con las aletas. Gracias a las aletas podemos disipar el calor de un aparato eléctrico para que no se sobrecaliente ya que el calor es uno de los mayores problemas de estos equipos cabe señalar que aunque ya existan equipos que sirven para enfriar la parrilla de una laptop este diseño se enfoca exclusivamente al cuidado del disco duro y es por eso que se colocan las aletas en el área donde se concentra esta pieza como defecto de este proyecto podemos considerar el hecho de que deben ser diseños exclusivos para cada tipo de computadoras portátiles además que debemos tener cuidados especiales con el ventilador para evitar conflictos entre este y el equipo de computo.

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Bibliografía

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Mills A. F. Transferencia de calor P. Frank, P de Witt David Fundamento de transferencia de calor Incropera Pearson. Yunus A. Cengel. Transferencia de calor y masa; Welty Transferencia de calor aplicada a la ingeniería

Fuentes electrónicas: 

http://es.wikipedia.org/wiki/amplificadoresoper

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