Nesta subsecção será descrito o processo de construção do equipamento dissipador de calor, de forma a simular o calor gerado e transferido pelos equipamentos de telecomunicações reais. Inicialmente serão justificadas as dimensões escolhidas para a construção, assim como a potência térmica considerada para o estudo.
3.3.2.1. Parâmetros de escolha para a construção da caixa dissipadora
Dentro do conjunto dos equipamentos de telecomunicações anteriormente descritos (subsecção 3.2.2.), o equipamento que mais calor dissipa é o Huawei BBU3900 ou o Ericsson
RBS6601, com uma potência térmica dissipada máxima de 295 W. A potência térmica máxima
proveniente do conjunto total dos equipamentos é de 475 W, contudo, a temperatura máxima admissível é de +55 ºC, como já foi referido anteriormente.
Face ao exposto, a construção da caixa dissipadora teve como modelo base de comparação, o equipamento da Huawei, cujas dimensões foram referidas anteriormente. Desta forma, as dimensões exteriores escolhidas para a caixa dissipadora foram: 90 mm de altura, 415 mm de largura e 312 mm de profundidade (figura 3.15). As medidas escolhidas para a caixa não são as medidas exatas do equipamento da Huawei, mas sim, uma aproximação das mesmas, pois a caixa dissipadora pretende simular, não só o funcionamento deste último equipamento, que possui um sistema de arrefecimento próprio constituído por ventiladores, mas também de alguns equipamentos de telecomunicações cujo arrefecimento se processa por convecção natural (embora não sejam tão comercializados).
No sentido de simular os dois tipos de equipamentos anteriormente mencionados, a perfuração da caixa para a passagem de ar pelo interior da mesma, foi efetuada não só lateralmente (situação presente no equipamento da Huawei, em que ambas as superfícies laterais possuem uma grelha de perfuração circular, semelhante ao formato em favo de abelha), mas também no topo e na base (situação presente nos equipamentos arrefecidos por convecção natural, potenciando o varrimento do interior do equipamento). Não existindo informação acerca do tamanho dos orifícios das grelhas, optou-se por uma perfuração de 6 mm de diâmetro, espaçada lateral e verticalmente de 1 cm, existindo um deslocamento lateral de 0,5 cm de uma linha de perfuração relativamente à outra. Para uma melhor compreensão do espaçamento entre os orifícios da perfuração, foi elaborada a esquematização presente na figura 3.16 abaixo.
Figura 3.16 - Esquematização do espaçamento existente entre os orifícios da perfuração, efetuada na caixa dissipadora.
Relativamente à perfuração existente no topo, esta situa-se na região mais posterior da caixa, enquanto que a perfuração existente na base se situa na região mais frontal da mesma, levando a que o ar varra o interior e entre em contacto com o elemento dissipador térmico. Quanto à perfuração lateral, foram instalados dois ventiladores axiais de pequenas dimensões na superfície exterior lateral esquerda, sendo neste local que os ventiladores do equipamento da Huawei se situam, estabelecendo-se assim um varrimento lateral do ar interior da caixa.
Na figura 3.17 podem observar-se os desenhos 3D para a caixa dissipadora, com a configuração de ventilação forçada: do lado esquerdo, pode observar-se a furação e geometria referente aos ventiladores; e do lado direito, a perfuração para permitir a entrada do ar na caixa, com a furação diferente alusiva ao elemento dissipador no centro.
Componente experimental
Figura 3.17 - Desenho 3D representativo da caixa dissipadora com configuração de ventilação forçada.
Na figura 3.18 podem observar-se os desenhos 3D para a caixa dissipadora com a configuração de ventilação natural: do lado esquerdo, pode observar-se a furação na região mais posterior do topo; e do lado direito, a perfuração na região mais frontal da base.
Figura 3.18 - Desenho 3D da caixa com configuração de ventilação natural.
Por fim, quanto ao elemento gerador de calor, por forma a simular a dissipação térmica do equipamento de telecomunicações considerado (295 W para o BBU3900 da Huawei), recorreu-se a uma resistência elétrica de aquecimento (figura 3.19). Esta possui uma resistência elétrica de 50 Ω, pelo que a tensão elétrica a fornecer é dada pela equação (6), considerando-se um rendimento térmico de 1, onde U representa a tensão elétrica fornecida e R representa a resistência elétrica (Silva, 2015).
𝑃 =𝑈
2
Figura 3.19 - Resistência elétrica de aquecimento utilizada como elemento dissipador de calor.
3.3.2.2. Procedimento de construção
Para a construção da caixa, representativa do equipamento de telecomunicações anteriormente referido, foi utilizada uma chapa de aço de 2 mm de espessura. Foram recortadas três chapas distintas para a construção da caixa, uma para a parte frontal e de fixação à rack, outra para o corpo central da caixa e por fim, uma para a construção de uma tampa posterior removível para o acesso ao interior. As chapas recortadas para o corpo central e a tampa posterior, foram dobradas a fim de dar a forma desejada à caixa, procedendo-se posteriormente à união das várias extremidades e chapas, através da soldadura por arco elétrico MIG-MAG. Adicionalmente soldou-se uma pega metálica à tampa posterior, para permitir a sua colocação e remoção. Na figura 3.20, encontra-se a caixa elaborada ainda sem o processo de furação concretizado.
Figura 3.20 - Caixa construída sem furação.
Após a elaboração da estrutura da caixa em si, procedeu-se à marcação dos locais a furar, tanto nas superfícies laterais, como no topo e na base da caixa. Os orifícios foram elaborados com recurso a um berbequim e uma broca para metal HSS constituída por uma liga de cobalto, com diâmetro de 6 mm (M6). Na figura 3.21, pode visualizar-se o processo de furação da caixa.
Componente experimental
Figura 3.21 - Realização da perfuração da superfície lateral da caixa.
Procedeu-se seguidamente à fixação de dois ventiladores axiais de pequenas dimensões, no exterior da superfície lateral esquerda. Ambos os ventiladores instalados, possuem a mesma geometria e a mesma potência e tensão de alimentação, para que o caudal varrido pelos mesmos seja idêntico. Foi considerada a divisão simétrica na vertical da superfície lateral esquerda, pelo que os ventiladores foram colocados no centro geométrico dessas divisões, com o intuito de potenciar uma distribuição de caudal igual por cada ventilador. Para a fixação dos mesmos à superfície exterior, utilizou-se fita-cola de alumínio, evitando assim qualquer deslocação posicional dos ventiladores, devido ao aumento da temperatura superficial da caixa, o que poderia ocorrer com a fita adesiva, utilizada no isolamento do armário. Consoante a escolha da configuração de arrefecimento a ensaiar experimentalmente, os orifícios que não correspondam a essa configuração são bloqueados, também com o recurso à fita-cola de alumínio. Nas figuras 3.22 e 3.23, poderá visualizar-se a caixa dissipadora com a configuração de ventilação forçada e de ventilação natural, respetivamente.
Figura 3.23 - Caixa finalizada com a configuração de ventilação natural.
No interior da caixa situa-se a resistência elétrica de aquecimento, de forma a simular a dissipação térmica dos componentes eletrónicos do equipamento de telecomunicações. Esta é alimentada externamente à caixa na superfície lateral direita da mesma, pela fonte de tensão alternada descrita acima. A região de contacto entre os terminais da resistência e a caixa foi protegida com fita isoladora (figura 3.24), evitando-se assim contactos elétricos que provocariam a danificação do fusível de segurança da fonte.
Figura 3.24 - Pormenor do isolamento da região de contacto entre os terminais da resistência e a caixa.