Um transistor quadrado de lado
é resfriado por uma matriz de
por
, jatos de gás nitrogênio que saem de bocais circulares com velocidade
, temperatura
e pressão
. Os bocais estão distribuídos uniformemente de forma alinhada com relação ao transistor, tem diametro
e distam do transistor
. Sabendo-se que a temperatura da superficie do transistor não pode ultrapassar
, estime:
A potencia operacional máxima do transistor:
.
A potencia operacional máxima do transistor:
Passo 1
Beleza, o enunciado diz que temos um transistor quadrado de lado
que é resfriado por uma matriz
de jatos de nitrogênio saindo de bocais circulares (diâmetro
), com velocidade
, temperatura de entrada
e pressão
. Os bocais ficam
acima da superfície do transistor. A superfície não pode ultrapassar
.
Conteúdo da matéria: transferência de calor por convecção forçada (jato circular de fluido soprando em superfície).
Vamos precisar de:
Conteúdo da matéria: transferência de calor por convecção forçada (jato circular de fluido soprando em superfície).
Vamos precisar de:
- Temperatura de filme e propriedades do nitrogênio (densidade
, viscosidade , condutividade , número de Prandtl ). - Cálculo do número de Reynolds do jato.
- Correlação de Nusselt para jato circular impedido.
- Cálculo do coeficiente de transferência de calor
. - Cálculo da área do transistor e da potência máxima
.
Passo 2
Definindo a temperatura de filme entre a superfície (
) e o jato (
):
Nas tabelas, em
(313 K) o nitrogênio tem aproximadamente:
Passo 3
Calcula o número de Reynolds baseado no diâmetro do bocal
e na velocidade
. Primeiro a difusividade cinemática
:
Então
Passo 4
Para jato circular impedido numa distância
, usamos a correlação típica de Nusselt no ponto de estagnação:
Substituindo:
Passo 5
Com
em mãos, o coeficiente de convecção média no bocal é
Passo 6
A área total do transistor de lado
é
A diferença de temperatura é
Passo 7
Finalmente, a potência máxima removida pelos 36 jatos (supondo cobertura uniforme e mesmo
) é
Resposta
A potência operacional máxima estimada é de aproximadamente
(520 W).