Resfriamento por convecção natural de placas de circuito impresso formando um canal vertical

Foi realizada uma modelagem teórica com verificação experimental do resfriamento por convecção natural de placas de circuito impresso, dispostas na vertical e contendo componentes protuberantes. A análise térmica de placas de circuito impresso (PCB) serve para estimar, o mais preciso quanto possível, a temperatura de cada componente. Ela é importante para otimizar os projetos térmicos e verificar o desempenho de placas existentes. O experimento foi realizado com resistores simulando componentes reais; cada placa tinha 25 resistores distribuídos em 4 fileiras com 4 componentes e 3 fileiras intermediárias com 3 componentes. Termopares foram colados na placa de epoxi e nos resistores. A temperatura do ar entre as placas também foi medida por termopares localizados no canal. O gradiente de temperatura através da placa de epoxi (direção z) foi desprezado devido à pequena espessura da placa. A equação de transferência de calor em coordenadas cartesianas (bidimensionais) e em condições de regime permanente foi resolvida numericamente para a placa de epoxi. O fluxo de massa no canal e os coeficientes de transferência de calor por convecção natural para a placa de epoxi foram calculados por correlações de convecção natural para placas paralelas verticais. O conceito de convecção forçada induzida pelo empuxo foi aplicado nos resistores, onde foi empregado um coeficiente de transferência de calor por convecção forçada. A transferência de calor do resistor para a placa foi representado através do conceito de resistência térmica e o problema foi resolvido iterativamente. o objetivo principal do trabalho é apresentar um modelo teórico simples, para determinar o campo de temperatura na placa de circuito impresso. Uma boa concordância entre o modelo teórico e os resultados experimentais foi observadaExperiments and theoretical modeling were carried out on the cooling by natural convection of an array of vertical parallel printed circuit boards. The thermal analysis of printed circuit boards (PCB) for predicting, as accurately as possible, the temperature of each component is important to obtain an optimal thermal design and to check the performance of an existing PCB. Experiments were performed with power resistors simulating real components; each PCB comprises 25 resistors arranged in 4 rows of 4 elements and 3 staggered rows of 3 elements. Thermocouples were applied to the epoxy and to the resistors. The temperature of the air between the boards was also measured by means of thermocouples placed in the channel. Due to its relatively small thickness, the temperature gradient across the epoxy board was neglected. The heat diffusion equation in two-dimensional Cartesian coordinates under steady state conditions was solved numerically for the epoxy board. Mass flow rate in the channel and natural convection heat transfer coefficients for the epoxy board were calculated by natural convection correlations for an array of vertical parallel plates. The concept of "buoyancy induced forced convection" was applied to the resistors where forced convection heat transfer coefficients were employed. Resistors were linked to the epoxy board by thermal resistances and the problem was solved iterativelly. The main objective of the work is to present a simple theoretical model for determining the temperature field on the printed circuit board. Good agreement between this theoretical model and the experimenta results was observe