Fisica Tecnica per Elettronica

Prof.ssa Matilde Pietrafesa – Prof. A. Nucara

Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica

Curriculum Energia

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Raffreddamentodelleapparecchiatureelettroniche

Per la continua miniaturizzazione dei sistemielettronici la potenza da essi generata per unità divolume ha raggiunto valori così elevati che i lorocomponentipossonoesseresoggettiatemperaturedifunzionamentotalmenteelevatedadanneggiarliefarperdereaffidabilitàatuttoilsistema.Essi devono pertanto dissipare adeguatamente lapotenzatermicasviluppatapernonesseresoggettiaduneccessivoriscaldamento.

EffettodellatemperaturaLa probabilità di guasto dei componenti elettroniciaumentaesponenzialmenteconlatemperatura.Levariazioniditemperaturasonoanchecausadistresstermici nelle giunzioni saldate dei componentielettronicisuicircuitistampati.E’ evidentequindi il ruolo semprepiù importante chehailcontrollodellatemperaturanellaprogettazioneene l funz ionamento de l le apparecch iatureelettroniche, che consiste nella rimozione dellapotenzatermicagenerataallorointerno.

TecnichediraffreddamentoLe tecniche di raffreddamento comunementeutilizzatenelleapparecchiatureelettronichesono:a)  perconduzioneb)  perconvezionenaturalec)  perconvezioneforzata(ariaforzata)d)  perirraggiamentoe)  aliquidof)  adimmersioneg)  mediantetubidicalore

Il corso fornisce le nozioni di base relative aidiversi meccanismi di trasmissione del calore(conduzione, convezione ed irraggiamento), inregime stazionario e transitorio, ed alle loroapplicazioni nel l ’ambito del l ’elettronica,soffermandosi in particolare sulle tecniche ed isistemi di raffreddamento delle apparecchiatureelettronicheedeisistemifotovoltaici.

Obiettiviformativi

Trasmissionedelcaloreinregimestazionario

a)Conduzione

§  LeggediFourier§  Equazionegeneraledellaconduzione§  Conduzionemonodimensionaleinregimestazionario-conducibilitàtermicacostanteovariabileconlatemperatura

§  Analogiaelettrica

b)Convezione

§  Convezioneforzata,naturaleemista§  Equazionifondamentalidelmotononisotermo§  Analisidimensionaleeraggruppamentiadimensionali(numeridiNusselt,Prandtl,GrashofeReynolds)

c)Irraggiamento

§  Radiazionitermiche§  Grandezzeeleggifondamentali(Planck,Stefan-Boltzmann,Wien)

§  Riflessione,trasmissioneedassorbimento§  Corpineri,grigiereali§  Radiosità§  Scambiotermicofrasuperficinereegrigie

Trasmissionedelcaloreinregimetransitorio

§  Sistemiaparametriconcentrati(conresistenzainternatrascurabile)

§  Conduzionetermicainregimevariabile§ Metodinumericidisoluzionedell’equazionediscambiotermicointransitorio

§ Metododelledifferenzefinite:formulazioneesplicitaedimplicita

Raffreddamentodelleapparecchiatureelettroniche

§  Caricotermiconelleapparecchiatureelettroniche§  Raffreddamento:

a)  perconduzioneb)  adaria(inconvezionenaturaleedirraggiamento;in

convezioneforzata)c)  aliquidod)  adimmersione

§  Sistemidiraffreddamento:–  Aletteepiastrediraffreddamento–  Ventilatori

§  Sistemidirilevamentodellatemperatura(termocamere).

Raffreddamentodeisistemifotovoltaici

§  Energiasolare§  Sfruttamentodell’energiasolareperlaproduzionedienergiaelettricaetermica

§  RaffreddamentodeisistemifotovoltaicimediantescambiatoridicaloreMetododelladifferenzaditemperaturamedialogaritmicaMetododell’efficienza

§  Pannellifotovoltaicitermici(SistemiPVT)§  Sistemidiaccumuloenergetico

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