Estudio experimental y análisis de la refrigeración de componentes electrónicos mediante la combinación de un flujo cruzado y un chorro incidente

Resumo

Resumen En la presente tesis se presenta un estudio experimental sobre la refrigeración de componentes electrónicos mediante la combinación de un flujo cruzado (CF) y un chorro incidente (IJCF) empleando aire como fluido refrigerante. Para el análisis de la refrigeración, se ha diseñado y construido un banco de ensayos que representa el canal formado por dos PCB en la cual se montan los componentes electrónicos y se realizan los experimentos. Dichos componentes se han representado mediante unos prismas construidos de manera que simulan elementos disipadores de calor. Se ha caracterizado el campo de flujo alrededor de un componente. Para ello se ha empleado la técnica experimental de Velocimetría de Imágenes de Partículas con el objetivo de medir la velocidad instantánea del flujo alrededor del componente. El flujo principal mostró un patrón complejo con diferentes estructuras. Para la caracterización del proceso de trasferencia de calor se empleó la técnica de Termografía Infrarroja para medir las distribuciones de temperatura superficial en cada una de las caras del componente. A partir de estas mediciones fue posible determinar las características de la refrigeración del componente. De los estudios llevados a cabo, se ha realizado uno sobre la configuración básica de flujo IJCF para un componente de altura igual a mitad del canal. En este se ha analizado y discutido diferentes características que poseen las estructuras del campo de flujo alrededor del componente y su influencia sobre los fenómenos de la transferencia de calor. Además se ha una comparación desde el punto de vista energético entre el método de refrigeración CF y el IJCF. Por último se ha realizado un estudio paramétrico mediante el empleo del Diseño de Experimentos con el objetivo de analizar la influencia de los principales parámetros geométricos y de sobre la transferencia de calor y las características del campo de flujo en el componente. A través de este estudio se ha podido obtener la configuración de flujo óptima mediante la cual la refrigeración del componente alcanza una eficiencia superior en comparación a la que se puede obtener a través del CF. Abstrac This thesis presents an experimental study on the electronic cooling by combining cross flow (CF) and impinging jet (IJCF) using air as coolant. For the analysis of the cooling has been designed and build a test rig representing the channel consists of two PCB on which electronic components are mounted and the experiments are performed. These components have been represented by a prism constructed to simulate heat dissipation elements. The flow field was characterized using the experimental technique of Particle Image Velocimetry with the aim of measuring the instantaneous velocity around the component. The main flow showed a complex pattern with different structures. To characterize the heat transfer process was used the infrared thermography for measure the surface temperature distributions in each face of the component. From these measurements it was possible to determine the cooling characteristics of the component. Studies carried out, one has been performed on the basic flow configuration IJCF for a component with height is equal to half the channel. This has been analysed and discussed the different features that having the structures of the flow field around the component and its influence on the phenomena of heat transfer. Further a comparison from the energetic point of view between the conventional cooling CF and IJCF have been made. Finally, a parametric study has conducted using the design of experiments to analyse the influence of the main geometrical and operational parameters on the heat transfer and flow field characteristics in the component. Through this study it was possible to obtain the optimal flow configuration in which the cooling of the component reaches a higher efficiency compared to that obtainable through the CF.