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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.
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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.
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TecnichediraffreddamentoLe tecniche di raffreddamento comunementeutilizzatenelleapparecchiatureelettronichesono:a) perconduzioneb) perconvezionenaturalec) perconvezioneforzata(ariaforzata)d) perirraggiamentoe) aliquidof) adimmersioneg) mediantetubidicalore
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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
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Trasmissionedelcaloreinregimestazionario
a)Conduzione
§ LeggediFourier§ Equazionegeneraledellaconduzione§ Conduzionemonodimensionaleinregimestazionario-conducibilitàtermicacostanteovariabileconlatemperatura
§ Analogiaelettrica
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b)Convezione
§ Convezioneforzata,naturaleemista§ Equazionifondamentalidelmotononisotermo§ Analisidimensionaleeraggruppamentiadimensionali(numeridiNusselt,Prandtl,GrashofeReynolds)
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c)Irraggiamento
§ Radiazionitermiche§ Grandezzeeleggifondamentali(Planck,Stefan-Boltzmann,Wien)
§ Riflessione,trasmissioneedassorbimento§ Corpineri,grigiereali§ RadiositৠScambiotermicofrasuperficinereegrigie
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Trasmissionedelcaloreinregimetransitorio
§ Sistemiaparametriconcentrati(conresistenzainternatrascurabile)
§ Conduzionetermicainregimevariabile§ Metodinumericidisoluzionedell’equazionediscambiotermicointransitorio
§ Metododelledifferenzefinite:formulazioneesplicitaedimplicita
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Raffreddamentodelleapparecchiatureelettroniche
§ Caricotermiconelleapparecchiatureelettroniche§ Raffreddamento:
a) perconduzioneb) adaria(inconvezionenaturaleedirraggiamento;in
convezioneforzata)c) aliquidod) adimmersione
§ Sistemidiraffreddamento:– Aletteepiastrediraffreddamento– Ventilatori
§ Sistemidirilevamentodellatemperatura(termocamere).
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Raffreddamentodeisistemifotovoltaici
§ Energiasolare§ Sfruttamentodell’energiasolareperlaproduzionedienergiaelettricaetermica
§ RaffreddamentodeisistemifotovoltaicimediantescambiatoridicaloreMetododelladifferenzaditemperaturamedialogaritmicaMetododell’efficienza
§ Pannellifotovoltaicitermici(SistemiPVT)§ Sistemidiaccumuloenergetico
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TestiConsigliatiF.Kreith–PrincipidiTrasmissionedelCalore–LiguoriY.Cengel–Termodinamicaetrasmissionedelcalore–McGraw-HillG.Guglielimini,C.Pisoni–Elementiditrasmissionedelcalore–Veschi