Modelagem, simulação e validação de sistemas de gerenciamento térmico de equipamentos eletrônicos

Abstract

Resumo: Os dispositivos eletrônicos geralmente são protegidos por armários, para proteção eletrostática e climática do ambiente em que estão localizados, no entanto, tais equipamentos eletrônicos podem dissipar uma grande quantidade de calor devido ao efeito Joule, que é um fator agravante para a vida útil e eficiência do equipamento. Assim, existe a necessidade de um sistema de dissipação de calor. Uma das maneiras de melhorar a eficiência térmica deste sistema é a modelagem matemática e a simulação por computador, que podem ser usadas para analisar esse problema mesmo nas fases de projeto. Portanto, o objetivo deste trabalho é a modelagem matemática e a simulação de um armário de metal que contenha equipamentos eletrônicos. O modelo matemático consiste no equilíbrio energético transitório do sistema usando a primeira lei da termodinâmica. O sistema foi discretizado usando o Método do Elemento de Volume (MEV), que gera uma malha com um sistema de equações diferenciais ordinárias de primeira ordem, onde a variável independente é o tempo. As simulações do modelo descreveram os resultados esperados na prática. O objetivo é agregar informações para transformar essa metodologia como ferramenta de simulação e otimização do perfil térmico de sistemas de empacotamento de eletrônicos.

Abstract: Electronic devices are usually protected by cabinets, for electrostatic and weather protection of the environment in which they are located, however, such electronic equipment can dissipate a great amount of heat due to the Joule effect, which is an aggravating factor for the useful life and efficient equipment. Thus, there is a need for a heat dissipation system. One of the ways to improve the thermal efficiency of this system is mathematical modeling and computer simulation, which can be used to analyze this problem even in the design phases. Therefore, the objective of this work is the mathematical modeling and the simulation of a metal cabinet that holds electronic equipment. The mathematical model consists of the transient energy balance of the system using the first law of thermodynamics. The system was discretized using the Volume Element Method (VEM), which generates a mesh with a system of first order ordinary differential equations, where the independent variable is time. The simulations of the model described the expected results in practice. The objective is to aggregate information to transform this methodology as a tool for simulation and optimization of the thermal profile of electronic packaging systems.