Estudo por simulação de resfriamento de componentes eletrônicos utilizando jatos sintéticos tangenciais

O avanço tecnológico da informática e dos componentes eletrônicos está exigindo uma constante pesquisa na busca de maiores eficiências no resfriamento de seus componentes. Os métodos convencionais de resfriamento, através de coolers, não estão suprindo a demanda necessária e vários outros métodos estão sendo testados e implementados. Dentre os métodos utilizados nas pesquisas se destaca o sistema com jatos sintéticos pulsados, onde estudos mostraram que, a eficiência na troca térmica é aumentada devido à turbulência associada e estes dispositivos. As principais vantagens do sistema com jatos sintéticos é a utilização do próprio fluido do meio circundante para efetuar o resfriamento, além da compactação física e diminuição considerável dos níveis de ruído. O estudo visa comparar e ampliar os dados obtidos em experimento prático realizado com placas aquecidas em diferentes posições ao longo do comprimento de um canal, utilizando o jato sintético para realizar o resfriamento. Para realizar a análise numérica realizada utilizando o método por volumes finitos, foi necessário criar um modelo virtual semelhante ao espaço ocupado pelo fluido durante o experimento e nele aplicar as condições reais utilizadas. Sendo assim foram utilizadas na simulação um modelo 3-D e fluido compressível. Estudos de convergência de malha foram realizados para obter a malha que apresenta o melhor benefício entre tempo de processamento e precisão dos resultados. Para maior estabilidade da solução numérica, utilizou-se uma equação que simula o efeito de velocidade do movimento cossenóide da membrana durante o ciclo de excitação. Diversas análises foram realizadas para estabelecer a mesma condição de velocidade média obtida no experimento. Para isso, simulações foram realizadas até a estabilização da velocidade média transiente e os valores obtidos serviram para elaborar uma curva e dela extrair uma equação que capaz de estimar o valor próximo da velocidade média obtida durante as medições do experimento prático para uma determinada condição de contorno de velocidade de membrana. Aplicando a condição de placa aquecida a 80ºC nas duas posições testadas de 50 e 150mm em relação à saída do orifício, verificou-se o aquecimento da placa não interfere nos campos de velocidade e vorticidade médias transientes e instantâneas. As simulações com resfriamento por jatos sintéticos apresentaram resultados significativos de aumento da capacidade de troca térmica em comparação com o regime permanente simulando o sistema convencional de resfriamento por cooler. Os resultados indicam que, com a placa aquecida em posições distintas, a melhora proporcionada pelo jato sintético fica na ordem de 25 a 40%. Já quando comparado o sistema com placa contínua e com variação da amplitude A0, os valores de resfriamento do jato sintético apresentaram aumento na ordem de 125%. Os resultados com alteração de frequência mostram que o coeficiente de transferência de calor por convecção aumenta até a frequência de 120 Hz, indicando que essa é a frequência de ressonância do sistema.