Considere um circuito integrado (CI)
que dissipa
de potência. O CI é resfriado por convecção natural com o ar ambiente a
. A superfície superior do CI é exposta ao ar, enquanto as outras cinco faces são isoladas. Se a temperatura da superfície do CI não pode exceder
, determine o coeficiente de transferência de calor por convecção para este CI.
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que temos:
Você tem um circuito integrado (CI) quadrado de 10 mm × 10 mm que está dissipando 1 W de potência. Ele está em convecção natural com o ar a 25 °C, mas só a face de cima troca calor (as outras cinco estão isoladas). A máxima temperatura permitida na superfície é 85 °C.
Conteúdo da matéria: transferência de calor por convecção natural, usando a Lei de Resfriamento de Newton.
O que vamos precisar:
Você tem um circuito integrado (CI) quadrado de 10 mm × 10 mm que está dissipando 1 W de potência. Ele está em convecção natural com o ar a 25 °C, mas só a face de cima troca calor (as outras cinco estão isoladas). A máxima temperatura permitida na superfície é 85 °C.
Conteúdo da matéria: transferência de calor por convecção natural, usando a Lei de Resfriamento de Newton.
O que vamos precisar:
- Entender que a potência dissipada por convecção vale
. - Calcular a área da face exposta em metros quadrados.
- Isolar o coeficiente
.
Passo 2
Listando os dados e o que falta descobrir:
Dados:
• Potência dissipado
• Temperatura da superfície
• Temperatura do ar ambiente
• Dimensões do CI: 10 mm × 10 mm
• Somente a face superior (área ) troca calor
Objetivo:
• Determinar o coeficiente de convecção .
Dados:
• Potência dissipado
• Temperatura da superfície
• Temperatura do ar ambiente
• Dimensões do CI: 10 mm × 10 mm
• Somente a face superior (área
Objetivo:
• Determinar o coeficiente de convecção
Passo 3
Teoria aplicada (Lei de Newton do Resfriamento):
A transferência de calor por convecção é dada por
A transferência de calor por convecção é dada por
onde
• é a potência transferida por convecção (W),
• é o coeficiente de convecção (W/m²·K),
• é a área de troca térmica (m²),
• e
são as temperaturas da superfície e do fluido (K ou °C, pois a diferença é a mesma).
Para achar , basta isolar:
•
•
•
•
Para achar
Passo 4
Calcular a área da face superior em unidades do SI:
Comprimento = 10 mm = 0,010 m
Largura = 10 mm = 0,010 m
Então
Comprimento = 10 mm = 0,010 m
Largura = 10 mm = 0,010 m
Então
Passo 5
Agora, basta colocar tudo na fórmula:
Resposta
O coeficiente de transferência de calor por convecção natural para esse CI é