¿Qué es la flotabilidad?
Ya eres muy consciente y experimentado en los efectos de la flotabilidad. La flotabilidad es lo que permite que los barcos floten y los globos aerostáticos vuelen. Es la razón por la que el agua en el océano está separada del aire en el cielo. Esto se debe a la variación en las densidades de estos diferentes fluidos.
Nos gusta moverlo, moverlo
La flotabilidad es la presión generada por la energía cinética de todas las moléculas fluidas que se mueven y chocan entre sí y con cualquier otro objeto en la vecindad. Mientras que esta energía cinética empuja en todas las direcciones, su mayor fuerza opuesta es la gravedad.
La ciencia pesada detrás de la fuerza de la flotabilidad
La cantidad de flotabilidad depende de la densidad del fluido. Los fluidos más densos o más fríos tienen menos energía cinética que los fluidos más excitados, por lo que ejercen menos presión contra otras moléculas circundantes. Dado que hay menos presión generada por este fluido, la fuerza de gravedad tiene más efecto sobre este fluido que los fluidos más calientes. Esta es la razón por la cual el aire frío cae y el aire caliente sube.
¿Por qué es importante la flotabilidad en la gestión térmica?
Convección natural
La flotabilidad es lo que impulsa la convección natural, donde el diferencial de presión entre el aire calentado por fuentes de calor y el aire ambiente circundante impulsa el aire caliente hacia arriba y lejos de la fuente de calor. El aire se eleva con la energía que absorbió y, por lo tanto, elimina esa energía del área alrededor de las fuentes de calor. El aire ambiente más frío se mueve y reemplaza el aire caliente que se movió hacia arriba. Este ascenso y reemplazo de aire caliente y frío genera un flujo constante sin la necesidad de ningún mecanismo activo para impulsarlo.
Beneficios de la convección natural
Uno de los puntos clave de la convección natural es permitir la transferencia de calor sin el costo adicional y el tiempo de montaje asociados con la adición de un ventilador en el producto. Los ventiladores o sopladores pueden disminuir la confiabilidad general del dispositivo, ya que son accionados por motores que se desgastan y pueden romperse con el uso prolongado del producto.
Uno de los puntos clave de la convección natural es permitir la transferencia de calor sin el costo adicional y el tiempo de montaje asociados con la adición de un ventilador en el producto. Los ventiladores o sopladores pueden disminuir la confiabilidad general del dispositivo, ya que son accionados por motores que se desgastan y pueden romperse con el uso prolongado del producto.
Cómo hacer que la flotabilidad y la convección natural funcionen para usted
Dado que la flotabilidad permite que los fluidos se eleven contra la gravedad, las superficies que disipan el calor deben orientarse en la misma dirección que el vector de gravedad. Por lo general, esta superficie es su disipador de calor. La dimensión más larga de las superficies del disipador de calor debe ser vertical, de modo que a medida que el aire frío entra en contacto con la parte inferior del disipador de calor, viaja hacia arriba y continúa calentándose y aumenta el diferencial de presión.
Convección natural y el efecto chimenea
Al optimizar la cantidad de aire que se puede introducir en los huecos de las aletas y la longitud del disipador de calor, puede usar fácilmente la convección natural para enfriar los dispositivos conectados a la superficie del disipador térmico. Por lo general, verá que los buenos disipadores de calor de convección natural tienen un espacio entre aletas de alrededor de 0.25 "o 6.35 mm. Esto permite suficiente espacio entre las aletas para acomodar las capas límite que se forman en cada una de las superficies de las aletas y aún así permitir el flujo ascendente de aire caliente.
Convección natural en Genie
Como ingenieros térmicos, estamos entusiasmados con la flotabilidad y cómo nos permite utilizar la convección natural como un método efectivo para la transferencia de calor. In Boyd Genie, we enable you to simulate natural convection with your heat sink design. Antes de simular, puede seleccionar la orientación de las aletas en su disipador de calor en relación con la gravedad.
Orientar un disipador de calor con la longitud de flujo de las aletas en la misma dirección que el vector de gravedad es la orientación ideal.
De lo contrario, al menos debe apuntar las puntas de las aletas hacia arriba. Otras orientaciones de su disipador de calor, como las puntas de las aletas y la longitud del flujo apuntando hacia los lados o incluso hacia abajo, inhiben el flujo de convección natural que se genera por la flotabilidad. El aire caliente entre estas aletas tiende a estancarse ya que tiene una dificultad para subir y alejarse ya que las aletas o la base del disipador de calor están en el camino.
Para recapitular, las mejores prácticas para los disipadores de calor de convección natural son apuntar la longitud del flujo de las aletas verticalmente y dar a sus aletas suficiente espacio para extraer aire de manera efectiva. ¡Prueba tu propio disipador de calor de convección natural en Genie!
Happy Designing
