Questão:
Como determino a resistência térmica de uma caixa de metal?
Stephen Collings
2015-02-17 02:34:29 UTC
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Suponha que eu tenha um gabinete selado, digamos este da Hoffman:

A caixa é 16 "x12" x6 ", feita de aço galvanizado com uma espessura de parede de. 0635 "ou 0,0785" (calibre 16 ou 14). Estou planejando colocar alguns eletrônicos nesta caixa, o que vai gerar uma quantidade arbitrária de calor. Como posso usar essas informações para estimar quanto o ar dentro da caixa vai aquecer acima do ambiente fora da caixa?

Você pode usar a forma integral da Lei de Fourier para determinar a taxa de transferência de calor. $$ \ frac {\ delta Q} {\ delta t} = -k_sA \ frac {\ delta T} {\ delta x} $$ Onde $ Q $ é fluxo de calor, $ t $ é tempo, $ -k_s $ é a condutividade térmica do seu material, $ A $ é a área da seção transversal (no seu caso, a área da superfície de cada um de seus painéis), $ T $ é a mudança de temperatura (interna vs. externa) e $ x $ é a espessura de o material. Isso o ajudará a determinar se sua caixa dissipará o calor quando você souber quanto calor é gerado pelos componentes eletrônicos.
O aço por si só não é um isolante muito bom, então o calor será transferido com bastante rapidez. Dito isso, você já pensou em ventilar o gabinete pela parte inferior (com ou sem ventilador)? Existe um motivo pelo qual ele deve ser 100% selado?
Bem, é um gabinete NEMA 3R, então tenho medo de fazer furos extras nele e perder a classificação ambiental.
não sabendo sua aplicação específica ... um rápido google encontrou algumas [ventilações classificadas como NEMA 3R] (https://www.hammfg.com/electrical/products/climate/1481l3r). Acabei de pedir a alguém que construísse um gabinete para mim e eles decidiram ventilá-lo com algo semelhante (meu aplicativo é interno, mas o ar está sujo).
Um problema difícil que depende de muitos detalhes que você não forneceu. (Existem furos na caixa, quantidade de calor, orientação, aletas de calor ...) No passado, eu achava mais fácil medir o aumento de temperatura no "pior caso".
Dois respostas:
#1
+6
Floris
2015-02-17 09:33:24 UTC
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Isso vai depender muito do fluxo de calor ao redor do gabinete. Existe uma coisa chamada fator H que descreve as propriedades de transporte de calor entre uma superfície e um fluido. O valor de H varia com as propriedades da superfície e o fluxo.

Portanto, para fazer o cálculo, você precisa de algumas suposições diferentes. Vamos simplificar.

1) o ar na caixa é uniformemente aquecido2) o ar flui em torno dos cinco lados da caixa da mesma maneira; nenhuma transferência de calor ocorre pelo fundo

Agora podemos considerar a caixa como uma "resistência térmica" (as paredes) em série com um dissipador de calor (o fluxo de ar).

O a resistência térmica (K / W) das paredes é dada por

$$ R = \ frac {t} {kA} $$

Para sua caixa, t = 1,6 mm, A = 3,4E5 mm $ ^ 2 $, k = 17 K / W, então R = 2,8E-4 K / W: as paredes em si não apresentam muita resistência térmica. Portanto, precisamos olhar o ar ao seu redor.

O coeficiente de transferência de calor é uma função forte da taxa de fluxo de ar (é por isso que você tem ventiladores para resfriamento!). Vamos fazer uma suposição simples de que há algum fluxo de ar natural, mas nenhuma convecção forçada. O coeficiente de transferência de calor estará então na extremidade inferior da escala, ou cerca de 0,5 W / m ^ 2 / K. (Veja por exemplo esta referência). Com a área "usada" da caixa de 0,34 m $ ^ 2 $ (12x16 + (12 + 16 + 12 + 16) x6 em $ ^ 2 $), você obtém cerca de 1,5 K de aumento de temperatura dentro da caixa para cada Watt de potência dissipado. Um pequeno leque ao redor poderia facilmente reduzir isso em um fator 10 ...

Então, apenas para enfatizar explicitamente: esse cálculo é conservador e MUITO APROXIMADO ; o número calculado pode estar facilmente em uma ordem de magnitude fora do número que você obtém quando constrói sua caixa, porque existem tantos fatores que afetarão isso. Controlar o fluxo de ar explicitamente (em vez de confiar em "qualquer fluxo de ar que esteja ao redor") é realmente essencial para obter qualquer tipo de limite verossímil em sua resposta. Isso se reflete nos comentários acima ...

#2
+1
Stephen Collings
2015-09-15 02:49:29 UTC
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http://www.automationdirect.com/static/specs/encstratusheatexchangers.pdf

De acordo com este documento, a transferência de carga de calor através das paredes de um gabinete de metal é estimado em BTU / H como 1,25 x área de superfície (sq ft) x diferencial de temperatura (graus F).

Convertendo para W / degC, você obteria cerca de 0,66 vezes a área de superfície da caixa no quadrado pés, ou 7,1 vezes a área da superfície em metros quadrados.

Ou em degC / W, isso é 1,52 pés ^ 2, 218,9 in ^ 2 ou 0,14 m ^ 2. Divida pela área de superfície para obter a resistência térmica da caixa.



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