Pf - Transcal 2021-2

1) (3,0 pontos) A superfície superior de um chip de silício delgado é encapsulada por uma placa de alumínio, de 20mm de espessura e condutividade térmica de 235 W/mK, enquanto sua superfície inferior é conectada a uma placa de circuito impresso, de 4 mm de espessura e condutividade térmica de 35W/mK. A superfície superior é exposta a um fluido dielétrico a temperatura T∞,1 e coeficiente de transferência de calor h1 e a parte inferior é exposta ao ar ambiente, a temperatura T∞,2 e coeficiente de transferência de calor h2. Despreze a resistência de contato entre o chip e as placas e considere a lateral do sistema adiabática. Em estado estacionário, a temperatura de operação do chip é 60°C. T∞,1 = [15 + DD/3, em que DD é o dia do seu aniversário] °C T∞,2 = [20 + XX/10, em que XX é o número formado pelos últimos 2 algarismos do seu DRE] °C h1 = [850 + DD.MM, em que DD/MM é a data do seu aniversário] W/m²K h2 = [30 + MM, em que MM é o mês do seu aniversário] W/m²K Figura para Questão 1 T∞1, h1 placa de alumínio chip placa de circuito impresso T∞2, h2 Digitalizado com CamScanner 1a) (0,3 pontos) Esboce o circuito térmico pertinente ao sistema, indicando a taxa ou fluxo de calor, as resistências e as temperaturas relevantes. * Sua resposta 1b) (1,4 ponto) Calcule o fluxo de calor dissipado pelo chip. * Sua resposta 1c) (0,5 pontos) Se você quisesse diminuir a temperatura de operação do chip, recomendaria a aplicação de aletas? Se sim, em qual (ou quais) das superfícies? Justifique. * Sua resposta 1d) (0,3 pontos) Esboce abaixo como seria o circuito térmico do sistema caso o chip não fosse delgado e explique. * Sua resposta 1e) (0,5 pontos) Qual a resistência limitante nesse sistema? Se uma resistência de contato de 0,0001 m2K/W fosse adicionada entre o chip e cada placa, haveria impacto na temperatura do chip? Responda sem fazer contas. * Sua resposta 2) (2,0 pontos) Esferas de 30 mm de diâmetro, condutividade térmica de 1,5 W/mK, calor específico de 1500 J/kgK e 500 kg/m³ de densidade, inicialmente a temperatura Ti, são colocadas para resfriar em um meio, onde a temperatura é T∞, e o coeficiente de transferência de calor é 60 W/m²K. Deve-se deixar as esferas no ambiente até que X% de sua energia interna inicial seja removida. Ti = [600 + DD*MM, em que DD/MM é a data do seu aniversário] °C T∞ = [150 + XX, em que XX é o número formado pelos últimos 2 algarismos do seu DRE] °C X = [30 + DD, em que DD é o dia do seu aniversário] % 2a) (0,5 pontos) É possível utilizar o método da capacidade concentrada? Justifique. * Sua resposta 2b) (1,0 ponto) Determine o tempo que as esferas devem permanecer no banho. * Sua resposta 2b) (1,0 ponto) Determine o tempo que as esferas devem permanecer no banho. Sua resposta 2c) (0,5 ponto) Qual a maior temperatura nas esferas nesse instante? Sua resposta Anexe aqui a sua resolução digitalizada. Adicionar arquivo Digitalizado com CamScanner Seja um trocador de calor tubitubular, cujo comprimento total é de L = 70 m, no qual o tubo interno tem diâmetro de 0,02 m e o tubo externo tem diâmetro de 0.045 m. Ambos tubos têm paredes que podem ser consideradas delgadas (espessura nula). A resistência de depósito no lado da água é igual a 0,001 m2ºC/W e no lado do óleo é de 0,0005 m2ºC/W, e as perdas térmicas para o ambiente também podem ser desprezadas. Água escoa no interior do tubo central com velocidade média igual a 1,5 m/s, sendo alimentada a 20ºC. Óleo escoa na região anular com uma vazão de 1,5 kg/s, alimentado a 160ºC, e o coeficiente de transferência de calor médio no escoamento do óleo pode ser considerado igual a 400 W/(m2.K). A configuração de escoamento nesse tubitubular é em contracorrente. Com base nas informações fornecidas acima e considerando as propriedades físicas constantes e iguais as fornecidas, determine: i) o coeficiente de transferência de calor médio no lado do escoamento da água (1,0 ponto); ii) o coeficiente global de transferência de calor no equipamento nas condições indicadas (0,5 ponto); iii) a área de transferência de calor do equipamento (1,5 ponto); iv) a temperatura de saída da água (1,0 pontos). v) Qual seria o comprimento deste sistema bitubular para ele operar com a mesma carga térmica, porém em configuração paralelo. justifique sua resposta no formulário a seguir (1,0 pontos).Propriedades físicas: água: densidade: 1000 kg/m3; calor específico: 4100 J/(kg K); viscosidade: 0,001 kg/(m.s); condutividade térmica: 0.60 W/(m.K); Pr = 6.8; óleo: densidade: 800 kg/m3; calor específico: 2000 J/(kg K); viscosidade: 0,0725 kg/(m.s); condutividade térmica: 0,14 W/(m.K); Pr = 1035.7. NO ESPAÇO PARA RESPOSTA, RESPONDA O ITEM (V), JUSTIFICANDO SUA RESPOSTA. * T_óleo = 160ºC m_óleo = 1,5 kg/s 400 W/(m2 K) T_água = 20ºC 1,5 m/s água Sua resposta Digitalizado com CamScanner Algumas expressões: Algumas expressões: NUT= \frac{\Delta T_{\text{m}}}{\Delta T_{\text{max}}} C = \frac{\dot{m}}{C_p}\n UA = \frac{1}{\sum R_t} R_{\text{cond}} = \frac{\delta}{kA}\nR_{\text{conv}} = \frac{1}{hA}\nR_{\text{depósito}} = \frac{F_{\text{depósito}}}{A} Nu = \frac{h}{k}\nRe = \frac{\rho v \phi}{\mu} \text{(círculo)} \nA_r = \frac{\pi \phi^2}{4} Escoamento Laminar: \text{(Re} \leq 2100)\nNu = 1,86 \left(\frac{RePr}{L/\phi}\right)^{\frac{1}{3}} \left( \frac{\mu}{\mu_} \right)^{0,14} \text{e} \nNu = 3,66\text{ deve ser utilizado para a condição de escoamento estabelecido, que pode ser considerada quando a previsão da expressão anterior prevê um Nu < 3,66.} Escoamento Turbulento: \text{(Re > 2100)}\nNu = 0,027 Re^{0,8} Pr^{\frac{1}{3}} \left( \frac{\mu}{\mu_} \right)^{0,14} Sua resposta A disponibilização desses gráficos não obriga o uso do método da efetividade. Use o método que você achar mais adequado. contracorrente Sua resposta Digitalizado com CamScanner