Abstract:
|
En el present projecte es realitza un disseny de refrigeració de LEDs d’alta potència
mitjançant tecnologia heat pipe: un dispositiu que utilitza el canvi de fase d’un fluid que
circula pel seu interior per transmetre la calor i la capil·laritat per fer-lo circular. Aquest
sistema ha de mantenir els LEDs a una temperatura adequada per garantir-ne les
prestacions i correcte funcionament.
Els heat pipes es caracteritzen per una gran conductivitat tèrmica efectiva que els permet
extreure la calor concentrada de la superfície reduïda dels LEDs i transportar-la amb un salt
tèrmic petit a un dissipador de gran superfície ubicat a una zona adequada. Es tracta d’una
tecnologia força desconeguda i relativament complicada. En aquest projecte, se n’analitzen
els aspectes teòrics, el càlcul de les limitacions operacionals, les característiques tèrmiques i
el procés de disseny i fabricació.
El projecte inclou la realització d’un software de càlcul de heat pipes que sintetitza el
coneixement adquirit durant el projecte i en facilita el disseny en aquest cas particular i
similars. El procés proposat és iteratiu i requereix un gran nombre de càlculs. El software
realitzat permet automatitzar aquest procés per tal de trobar els paràmetres més adequats.
El disseny realitzat consta de 2 LEDs d’alta potència amb un total de 60 W tèrmics, la
refrigeració opera per convecció natural i utilitza tecnologia heat pipe per transportar la calor.
La solució proposada permet mantenir la temperatura de junció dels LEDs per sota dels
80ºC amb una temperatura ambient de 30ºC. D’aquesta manera s’aconsegueix obtenir una
vida útil del LED superior a les 100.000h de funcionament i una eficiència màxima de
69,82lm/W. El heat pipe dissenyat té una conductivitat tèrmica efectiva de 225060
, 571
vegades major a la del coure, i una resistència tèrmica de 0,011 K/W.
Per tal de poder implementar aquesta tecnologia al disseny de refrigeració de LEDs es
realitza el disseny dels diferents elements necessaris, així com un estudi alternatiu d’un
sistema de refrigeració convencional que opera per convecció forçada, necessària per
obtenir un resultat similar amb unes dimensions comparables. L’ús del ventilador en l’estudi
alternatiu augmenta el consum en 1,32 W i requereix la substitució d’aquest al cap de
50.000h de funcionament.
També es realitza un pressupost per a la fabricació mensual de 1000 conjunts del disseny
proposat, obtenint un preu de venta al públic de 96,57 €. En l’estudi de viabilitat realitzat
s’observa que el retorn de la inversió és al cap de 3.000 h de funcionament aconseguint un
estalvi de més de 3.000 € al final de la vida útil dels LEDs, en comparació amb una làmpada
halògena de lluminositat similar.
Finalment es realitza un estudi de l’impacte ambiental associat al projecte que inclou l’estalvi
d’emissions de l’ús del dispositiu en comparació amb una làmpada halògena. |