¿Determinar si el chasis es un disipador térmico adecuado?

Recogí una pequeña y dulce caja de aluminio para un pequeño proyecto DAC alimentado por USB ...

... y al armarlo noté que los paneles laterales de la caja eran muy fríos al tacto y estaban hechos de aluminio grueso con un diseño prometedor:

Tengo un par de circuitos integrados potenciales que podrían necesitar enfriamiento, dependiendo de dónde me lleve el diseño / esquema, y ​​me preguntaba cómo podría determinarse si los paneles serían útiles o no como disipadores de calor. No espero que funcionen tan bien como un disipador térmico real, pero para circuitos integrados más pequeños (reguladores de voltaje y similares) sería útil saber que la opción está ahí.

¿Hay alguna manera de calcular matemáticamente la resistencia térmica de un panel como este , o es la mejor manera de ejecutar algunas pruebas de temperatura?

Usar la carcasa como disipador de calor es un método común, sin embargo, se deben entender algunas cosas.

1. Como Laptop2d menciona, es difícil modelar las características térmicas del caso, y una medición experimental puede ser prudente.

2. Los disipadores de calor dependen del flujo de aire para funcionar. Debido a que esas placas son planas, existe una buena posibilidad de que alguien instale la caja a tope contra algo aislado térmicamente ... por ejemplo, empujado contra el panel de yeso. Si esto es para algo propio, y puede controlar el flujo de aire, puede estar bien. De lo contrario, es posible que deba agregar características a la placa para evitar que ocurra y diseñarla para que funcione en las peores circunstancias, o las cosas pueden fallar o incluso incendiarse.

3. Qué tan caliente se pondrá el plato. Aunque el disipador de calor puede ser suficiente para mantener sus dispositivos electrónicos funcionando, la placa en sí puede estar muy caliente al tacto, incluso lo suficiente como para causar quemaduras en la piel. Es importante que cualquier superficie exterior se mantenga a temperaturas razonables.

4. La física dicta que la placa se expandirá bajo temperatura. Esto puede provocar efectos secundarios mecánicos desafortunados en algunos casos. (perdón por el juego de palabras ...)

Sus paneles laterales son ejemplos clásicos de la forma más simple de radiador: la placa plana. La ecuación simple para calcular su resistencia térmica (en W / K) es: donde:

$d$ - espesor de la placa en mm,

$\lambda$ - conductividad térmica (237 W / mK para aluminio),

$S$ - área de la placa, en cm - en su caso Debe suponer que solo un lado de la placa disipa el calor,$^2$

$C$ - coeficiente que depende de la superficie de la placa y el posicionamiento: 1.0 para placa cruda horizontal, 0.85 para crudo vertical, 0.50 para ennegrecido horizontal, 0.43 para ennegrecido vertical.

Por supuesto, como siempre que estamos hablando de transferencia de calor, no hay una respuesta simple, porque la mayoría de las ecuaciones en este campo son empíricas. Para una solución (probablemente) más precisa, busque, por ejemplo, en este artículo: http://www.heatsinkcalculator.com/blog/how-to-design-a-flat-plate-heat-sink/

El problema es que deberá modelar toda la caja y el aire para obtener una cifra razonable de cuánto calor puede purgar el chasis.

Simplemente puede modelarlo como un sumidero térmico infinito (a temperatura ambiente) y luego usar el coeficiente de unión térmica del paquete y la resistencia térmica de la pasta o almohadilla térmica que va a hundir en la caja.

O si el plan requiere disipar mucho calor, la caja podría modelarse como una resistencia térmica. El aluminio es 205.0 W / (m K), pero el problema es que el aire rodea toda la caja, por lo que para modelar esto realmente necesitaría resumir toda la resistencia térmica en muchos puntos diferentes porque el aire tiene una conductividad térmica de 0.024 W / (m K)

Por experiencia, probablemente sería más fácil conectar una resistencia a un lado y medirla.

El chasis puede ser adecuado desde un punto de vista térmico. Si es así, es posible que necesite aislar los dispositivos eléctricamente. Materiales como Beta Alumina, Mica, Silpad, etc.son aislantes de electricidad y conductores de calor. La conductividad térmica finita le dará una penalización térmica. en comparación con el empernado directo de metal. Recuerde que los semiconductores de desperdicio de energía están acoplados capacitivamente a la carcasa a pesar de estar aislados eléctricamente. El disipador de calor del chasis era más común con los circuitos lineales de la vieja escuela.