Aletta di dissipazione bianca o nera

[cronos80]

Giusto per darvi un'idea degli ordini di grandezza normalmente i coefficienti di scambio termico sono dell'ordine dell'unità per irraggiamento, decine di unità per conduzione e centinaia di unità per convezione. Di fatto nei calcoli per gli scambiatori di solito si considera solo la convezione.
Ovviamente ci sono le dovute eccezioni: ad esempio i pannelli fotovoltaici.

[ibra]

wow, grazie mille

[mario_maggi]

ibra,
per esperienza diretta su apparecchiature della potenza di alcune decine di kW, posso affermare che l'uso di una superficie ad alta emissività infrarossa nei dissipatori poco ventilati puo' migliorare significativamente la dissipazione di potenza da dissipatori caldi. Ovviamente le variabili sono molte, come hai potuto vedere sui documenti linkati in precedenza.
Su alluminio ossidato ad altissima emissività con anodizzazione dura, ho visto delle misurazioni di emissività pari a 0,90 ..... 0,92 per il colore nero inorganico, 0,89....0,91 per il colore nero per elettrodeposizione, e 0,87....0,90 per il colore naturale. Ti ricordo che l'alluminio lucido color naturale può avere una emissività anche di solo 0,04 e cioe' 22 volte meno dell'anodizzato duro con pori aperti di particolari dimensioni.
In alcune applicazioni - per esempio cassette per radiotrasmettitori, dove non è gradita la ventilazione - si sono ottenuti risultati eccellenti con l'anodizzazione dura speciale.
E' ovvio che se il dissipatore e' poggiato su superfici dissipative per conduzione, o se è sotoposto a forte ventilazione, l'effetto di dissipazione per irraggiamento sarà meno importante, in proporzione.
Ciao
Mario

[ibra]

Ti ringrazio mario

[tonnoto]

in convezione naturale:
1)Pcv=(3.5E-6*(Dt)**.25)*Ccv*b*h*Dt potenza trasmessa per convezione
2)Pcr=575E-16*em*b*h*((273.16+Dt+Ta)^4-(273.16+Ta)^4) potenza trasmessa per radiazione
b e h in mm; Dt in Kelvin; Ta in °C; em è l'emissività del materiale;
Ccv è un coefficiente, funzione non lineare di una dimensione caratteristica
che è h in una superficie verticale e (bxh)/(b+h) in una superficie orizzontale.

Per esempio una piastrina di 50x50mm, orizzontale, con em=0.95
emetterebbe, (ma solo sulla faccia superiore in questo caso), con un Dt=40K (sovratemperatura sull'ambiente),
Ta=30°C (temperatura ambiente), Ccv= circa 1)
Pcv=0.884 W e Pcr=0.74 W
come si vede, in convezione naturale e ambiente libero i due valori sono
piuttosto equilibrati; ovvero non è bene dimenticarsene: perché una variazione consistente in Pcr
può avere effetti non trascurabili.

Cosa succede se ce ne dimentichiamo?
In genere, non succede spesso che gli hobbisti adoperino dissipatori fai da te lucidi
o esenti da ossidazione, ma qualche volta accade.
Il fatto è, che l'emissività dei materiali (em nel nostro caso), è un elemento sfuggente e spesso in evoluzione.
L'emissività, contrariamente a quanto molti credono, non dipende solo dal colore, ma anche e soprattutto
dalla finitura delle superfici.
Se avessimo usato una piastrina d'alluminio lucida-lappata con trattamento anticorrodal,
l'emissività sarebbe stata 0.1-0.2 contro il precedente 0.95 e Pcr sarebbe passato a 0.117W (em=0.15)in costanza degli altri parametri; quindi la capacità di emissione della potenza si sarebbe ridotta di (1-(0.884+0.117)/(0.884+0.74))= 0.38 -38%
Cosa sarebbe accaduto se la stessa piastrina fosse stata sottoposta ad una vigorosa cartavetratura?
L'emissività sarebbe probabilmente salita a 0.7 e nel tempo l'ossidazione ne avrebbe fatto aumentare
il valore.
con emissività 0.7 , deriva che la Pcr=0.545
e quindi la capacità d'emissione
(1-(0.884+0.545)/(0.884+0.74))= 0.12 -12%
Senza strumentazione adeguata ed esperienza relativa, è difficile notare un peggioramento
attorno al 10%. (4.5°C/40°C a parità di potenza iniziale dell'esempio).
poiché quest'ultimo è il caso tipico, molti sono convinti che non ci sia molta differenza, ma
attenzione non è così e non sempre le differenze sono trascurabili.

[IsidoroKZ]

in convezione naturale:

E scrivere le formule in latex? Viene molto meglio, sono piu` leggibili e meno soggette a incomprensioni. Ad esempio

Questo e` come leggo la prima formula, anche se mi sembra un po' strana.

[Brianz]

Aggiungerei il parere di AAVID a http://www.aavid.com/product-group/extr ... na/anodize

Da considerare che si parla di anodizzazione, ma questa può essere eseguita con diversi metodi e per diversi spessori e questo genera una diversa conducibilità termica dello staro di ossido che può influire in modo più sensibile dell' irraggiamento. Esistono numerosi studi a riguardo, a partire da quelle do Ogden, di cui si trova qualcosa anche in rete.
Ovviamente parliamo di ossidazione e non di verniciatura in nero come si legge in varie parti: una vernice (esclusi prodotti non di comune accesso) è uno strato isolante per la trasmissione del calore!

In ogni caso, dove si utilizzi una circolazione di aria forzata, l'effetto di irraggiamento è minimizzato e trascurabile. Ne sono esempio i dissipatori delle CPU PC che non sono anneriti, in quanto il trasporto del calore è essenzialmente quello derivato dal flusso dell'aria mosso dalla ventola.

Dove non ci sia aria forzata, ma convezione naturale, allora può contare anche l'irraggiamento; anche un 4% in più non fa male. Spesso, però, non si tiene conto che il rendimento dello scambio termico dipende essenzialmente dalla possibilità di esistenza della circolazione d'aria: installare un dissipatore alettato orizzontale o verticale, a contatto dello stampato o distanziato, all'esterno o all'interno di un case sono situazioni molto diverse.

Per ultimo, ma non certo meno importante, è che trattando teoricamente il problema, si perde di vista lo scopo, che è quello di passare il calore dal semiconduttore all'aria circostante.
E' inutile avere un dissipatore con una ridotta resistenza termica se poi l' accoppiamento termico tra semiconduttore e dissipatore è afflitto da resistenze termiche di cui non si tiene conto: il risultato sarà minore di quello atteso. In questo senso di può notare come esistano esempi in cui la superficie di contatto tra package e dissipatore venga fresata a specchio, asportando lo strato di ossido (mentre dovrebbe essere ben noto che compound termo conduttivi, applicati sensatamente, migliorano l'accoppiamento, mentre isolanti come miche e plastiche conduttive lo riducono).
In questo ambito va considerato anche l'eventuale depositarsi di sporco sul dissipatore, cosa che riduce lo scambio termico.

[ibra]

Ragazzi io non so come ringraziarvi

[tonnoto]

E scrivere le formule in latex? Viene molto meglio, sono piu` leggibili e meno soggette a incomprensioni. Ad esempio

Questo e` come leggo la prima formula, anche se mi sembra un po' strana.

Chiedo venia: si tratta di interazione infernale tra copia-incolla di vecchio programma opl (che pensavo di aver corretto) e richiesta pressante della moglie per la cena.

Le formulazioni risalgono a molti anni fa, ma si sono dimostrate sempre in buon accordo con i dati sperimentali;
peraltro le elaborazioni della letteratura più recente danno risultati analoghi.
Sottolineo che le formule valgono solo per superfici singole e in aria libera.

[wall87]

tonnoto ti ho sistemato le formule, controlla se sono giuste.