Um modelo teórico para otimização de aletas em lâmpada led

Abstract

Um dos maiores percentuais de gasto de energia nos consumidores residenciais e industriais é proveniente da iluminação. Atualmente, a tecnologia fluorescente é dominante nos estabelecimentos, porém, a lâmpada LED está avançando no mercado por ser extremamente atraente e competitiva. As vantagens dessa inovação é sua maior vida útil e melhor eficiência (lumens por watt). Contudo, uma das dificuldades ainda encontrada é a dissipação do calor gerado internamente (70% da energia é perdida na forma de calor), que consequentemente diminui sua eficiência e vida útil. Dessa forma, para facilitar a transferência de calor com o ambiente, utilizam-se dissipadores de calor (aletas). Nesse sentido, o presente trabalho propõe um modelo teórico para otimização de aletas junto à geometria de uma lâmpada LED. O objetivo da otimização é determinar a geometria de dissipador de mínimo volume capaz de garantir que a temperatura do LED permaneça abaixo de um valor especificado. O modelo foi desenvolvido no software MATLAB, a partir do acoplamento de um modelo analítico com um algoritmo de otimização. Um estudo em volumes finitos também foi realizado para verificação dos resultados do modelo analítico. O dissipador ótimo apresenta um volume de material de 34,5 cm³, distribuído em 23 aletas retangulares, com comprimento de 30 mm e espessura de 1 mm, instaladas em base radial.

One of the highest percentages of energy expenditure in residential and industrial consumers comes from lighting. Currently, fluorescent technology is dominant in establishments; however, LED light is advancing in the market for being extremely attractive and competitive. The advantages of this innovation are its longer service life and better efficiency (lumens per watt). Nevertheless, one of the difficulties still encountered is the dissipation of the heat generated inside the LED (70% of the energy is lost in the form of heat), which consequently decreases its efficiency and useful life. In order to facilitate the heat transfer to the environment, heat sinks (fins) are used. In this sense, the present work proposes a theoretical model for optimization of fins next to the geometry of a LED lamp. The purpose of the optimization is to determine the minimum volume of the heat sink that can ensure that the LED temperature remains below a specified value. The model was developed in MATLAB software, by coupling an analytical model and an optimization algorithm. A finite volume study was also performed to verify the results of the analytical model. The optimum heat sink has a material volume of 34.5 cm³, which is distributed in 23 rectangular fins of 30 mm length and 1 mm thick, all installed in a radial base.