Extracción de Calor a Través de Aletas: Dependencia en la Geometría y la Radiación

Abstract

La evacuación de calor de zonas de alta temperatura es de vital importancia tantoen grandes escalas (motores) como en pequeñas escalas (microelectrónica). Una manera sencilla de hacerlo es a través de aletas metálicas que conducen bien el calor, y ampliando la superficie expuesta al ambiente, el calor puede ser evacuado por convección y radiación. En este trabajo se modeliza una aleta conductora de área transversal variable, expuesta a una atmósfera de temperatura constante, mientras que uno de sus extremos está conectado a una fuente de calor. Para resolver el mapa de temperaturas y la potencia extraída, se utiliza la ecuación de calor dentro del sólido, combinada con pérdidas de calor por convección y radiación en las paredes laterales y el extremo libre. Las ecuaciones diferenciales no son resolubles analíticamente por lo que se utiliza un método numérico por diferencias finitas. El término radiativo introduce una no-linealidad por lo que la temperatura en los nodos se resuelve de forma iterativa utilizando el método de Newton-Raphson, implementado con un código propio en C++. Finalmente se analiza la potencia extraída en función de los parámetros del material, del ambiente y de la geometría.