Disipadores refrigerados por aire: ¿aletas horizontales o verticales?

Question

Si tenemos un disipador de calor con aletas, por ejemplo así ¿cómo varía la eficiencia entre horizontal y con las aletas verticales en aire no forzado?

Answer 1

La diferencia debería ser bastante dramática, debido a las especificidades del flujo de aire por convección libre.

Cuando las aletas se colocan verticalmente, el aire fluye a lo largo de todas las superficies de las aletas, el aire caliente sube y proporciona el mejor intercambio de calor posible. La superficie activa estará en ambos lados de las aletas, y a lo largo de la superficie de la placa base. Por tanto, la superficie efectiva de intercambio de calor es toda la superficie de las aletas, que es 5-6 veces mayor que la superficie de la placa base del disipador.

Cuando las aletas están colocadas horizontalmente, el aire ascendente tiene que fluir a través de las aletas, con bolsas de aire estancado entre las aletas. Así que, efectivamente, la superficie activa del disipador será del tamaño de la placa base del disipador. Por supuesto, habrá algún escape de aire caliente de estos bolsillos, pero la tasa de movimiento es mucho más lenta que cuando las aletas son verticales, sin ninguna obstrucción para que el aire escape. Así que la impedancia térmica de un disipador con aletas verticales será 2-3 veces mejor (más pequeña) que cuando las aletas están horizontales.

También hay que tener en cuenta la distancia entre las aletas: las aletas están muy espaciadas, en comparación con los fregaderos de aire forzado. Esto se hace para que las capas límite alrededor de las superficies de las aletas no se superpongan a lo largo del espacio entre las aletas, y el intercambio de calor sea óptimo. Un disipador de calor con aletas muy espaciadas se comportaría como un ladrillo sólido en condiciones de aire no forzado y no sería muy eficiente.

ADICIÓN: El enlace proporcionado por Janka en los comentarios contiene datos de simulación en apoyo de mi explicación de la mano:

ADICIÓN2: Obsérvese que la diferencia anterior se ha modelado suponiendo que la superficie es metálica desnuda con una emisividad de 0,1. El efecto de la orientación de este disipador de calor con respecto al campo gravitatorio se verá compensado por el hecho de que aproximadamente 1/3 del flujo de calor se emitirá en forma de radiación si el disipador está anodizado o pintado de negro, lo que hará que la emisividad de la superficie sea superior a 0,9. Y la radiación es omnidireccional. El otro factor que disminuiría el efecto de la orientación es el material del disipador y la construcción de las aletas. Las aletas finas no conducen/transportan bien el calor de la placa base a los bordes, y los bordes tendrán menos diferencia de temperatura con el ambiente, serán menos efectivos. El cobre funcionará mejor y marcará más la diferencia. Hay varios factores en juego en diferentes direcciones, por lo que el efecto exacto de la orientación es difícil de calcular, y sólo un software sofisticado como FlowTherm o similar puede dar un resultado fiable. O un experimento. Sin embargo, un factor de 2 será una buena estimación aproximada.