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¿Influye el tamaño de la fuente de calor en la temperatura que alcanza un disipador?

Publicado por Leonardo Moreno Urbieta en

Fig. 1 Disipador que usé para este estudio. Longitud de 9cm de ancho y anodizado Negro.

OMEGA_RESISTANCE_DIFFERENT_SIZES_TEST

Fig. 2 Muestra la forma en la que se instalan las 2 resistencias para esta prueba sobre un disipador de 7.6cm x 9cm (Fig. 1). 

OMEGA_RESISTANCE_SIDE_VIEW

Fig. 3. Foto que muestra los disipadores y la manera en la que se instalaron las resistencias.

DIFF_SIZE_HEATER_EXPERIMENTAL_ARRAY

Fig. 4 Foto que muestra como coloco el disipador y resistencia para realizar las pruebas


Para poder tener medidas de eficiencia en los led que he probado, decidí estudiar si el tamaño de la fuente de calor influye en la temperatura que alcanza un disipador, dado un mismo flujo total de calor.

Si la temperatura alcanzada es mas o menos la misma entre las 2 resistencias, esto significa que puedo usar las medidas obtenidas para estimar que porcentaje de potencia se pierde en los leds en forma de calor. Como los leds tienen tamaños diferentes, este estudio es importante.

Para este análisis, tomé 2 resistencias de tamaños diferentes y las instalé en disipadores de 7.6cm de ancho x 9cm de largo (Fig 2). El tipo de disipación es pasiva (convección natural)

El objetivo es estudiar si a pesar de que entregan la misma cantidad de calor al disipador, la temperatura sería diferente debido a la diferencia de tamaño.

A continuación los resultados [todas las temperaturas normalizadas a una temperatura ambiente de 25ºC]:

Resistencia de 7.6cm x 7.6cm

    • Voltaje: 8.03 V
    • Corriente: 1.02 A
    • Potencia calculada de V * I = 8.19W
      • Zona A: 51.2 ºC
      • Zona B: 51.1 ºC
  • Voltaje: 5.33 V
  • Corriente: 0.67 A
  • Potencia calculada de V * I = 3.57W
    • Zona A: 38.5 ºC
    • Zona B: 38.7 ºC
  • Voltaje: 2.9 V
  • Corriente: 0.36 A
  • Potencia calculada de V * I = 1.04W
    • Zona A: 29.4 ºC
    • Zona B: 29.6 ºC

Resistencia de 5.08cm x 1.27cm

  • Voltaje: 27.30 V
  • Corriente: 0.30 A
  • Potencia calculada de V * I = 8.19W
    • Zona A: 51.0 ºC
    • Zona B: 51.3 ºC
  • Voltaje: 17.82 V
  • Corriente: 0.20 A
  • Potencia calculada de V * I = 3.56W
    • Zona A: 38.3 ºC
    • Zona B: 38.8 ºC
  • Voltaje: 9.54 V
  • Corriente: 0.11 A
  • Potencia calculada de V * I = 1.05W
    • Zona A: 29.6 ºC
    • Zona B: 29.9 ºC

[La intención de usar los colores iguales en los datos que puse arriba es mostrar que esas medidas son de potencias equivalentes]

A continuación la diferencia en temperaturas:

  • Calor Entregado: 8.19W
  • Dif. Zona A: 0.2 ºC
  • Dif. Zona B: -0.2 ºC
  • Calor Entregado: 3.57W (la diferencia real es de 0.01W, pero la tomo como el mismo valor para fines prácticos)
  • Dif. Zona A: 0.2 ºC
  • Dif. Zona B: -0.1 ºC
  • Calor Entregado: 1.04W (la diferencia real es de 0.01W, pero la tomo como el mismo valor para fines prácticos)
  • Dif. Zona A: -0.2 ºC
  • Dif. Zona B: -0.3 ºC

Para todos los casos la diferencia de temperaturas no supera los 0.3ºC y esto entra dentro de cualquier margen de error que pudiera tener el termómetro que mide la temperatura ambiente.

Para fines prácticos, puedo concluir que para cantidades de calor menores a 10W, el tamaño de la fuente no influye en la temperatura alcanzada por el disipador.

Este resultado me permitiría presentar con mayor respaldo valores de eficiencia de los led que he probado.

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