Transistores de potência que são comumente usados em dispositivos eletrônicos consomem grandes quantidades de energia elétrica. A taxa de falha de componentes eletrônicos aumenta quase exponencialmente com a temperatura de funcionamento. Como regra, a taxa de falha de componentes eletrônicos é reduzida pela metade a cada
de redução na temperatura de funcionamento. Por isso, a temperatura de funcionamento dos componentes eletrônicos é mantida abaixo do nível seguro para minimizar o risco de falha. Os circuitos eletrônicos sensíveis de um transistor de potência são protegidos por um invólucro, uma cápsula rígida de metal. As características de transferência de calor do transistor de potência são normalmente especificadas pelo fabricante em relação à resistência térmica do invólucro para o ambiente, que representa tanto a transferência de calor por convecção, quanto por radiação. A resistência térmica do invólucro para o ambiente do transistor de potência que tem potência máxima de 10 W é de
. Considerando que a temperatura do invólucro do transistor não deve ser superior a
, determine a potência em que o transistor pode funcionar com segurança em um ambiente a
.
Resp. q=3W
Resp. q=3W
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que a questão está nos dizendo. Estamos falando sobre transistores de potência usados em dispositivos eletrônicos que precisam manter a temperatura abaixo de um certo nível para evitar falhas. A temperatura do invólucro do transistor não deve exceder
, e a resistência térmica desse invólucro para o ambiente é de
. Queremos descobrir qual é a potência máxima que o transistor pode dissipar com segurança em um ambiente de
.
Passo 2
Vamos calcular a diferença máxima de temperatura que o transistor pode ter em relação ao ambiente sem exceder o limite seguro. Isso significa que a temperatura do invólucro (
) deve ser, no máximo,
e a temperatura ambiente (
) é
. A diferença de temperatura (
) é:
Passo 3
Sabemos que a resistência térmica (
) relaciona a diferença de temperatura com a potência dissipada (
) pela fórmula:
Queremos encontrar a potência segura (
), então rearranjamos a equação:
Resposta
A potência segura em que o transistor pode funcionar é de 3 W.
Exercícios relacionados
Considere um tubo sólido longo, isolado no raio externo
resfriado no raio interno
, com geração uniforme de calor
no interior do sólido. Para sistema unidimensional em r e estado estacionário obtenha a expressão para a distribuição de temperaturas no tubo;
Resp:
Resp:
Uma esfera oca com raios interior e exterior de
e
, respectivamente, é revestida com uma camada de isolamento tendo um raio exterior de
. Derive uma expressão para a taxa de transferência de calor pela esfera isolada em termos dos raios, das condutividades térmicas, dos coeficientes de transferência de calor e das temperaturas do interior e do meio circundante da esfera.
Resp.:
Resp.:
Vapor a
e a uma pressão de
está escoando a uma velocidade de
por um tubo de aço carbono (
) com 2,5 cm de diâmetro interno
e 3,0 cm de diâmetro externo
. O coeficiente de transferência de calor na superfície interna (
) é
. Uma película de sujeira na superfície interna adiciona uma resistência térmica unitária de
. Além disso, a temperatura do ambiente externo é de
e o coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície externa (
) é de
.
a) (3) Estime a taxa de perda de calor por unidade de comprimento (m) da tubulação se o tubo não é isolado; Resp. 26,2318 W/m
b) (4) Estime a taxa de perda de calor por unidade de comprimento (m) da tubação se o tubo é coberto com uma camada de 5 cm de espessura de isolamento de magnésia 85% (kmagnesia 0,065 W/m K). Resp. 14,0354 W/m
c) (6) Na situação proposta a aplicação de isolante poderia levar ao aumento da taxa de transferência de calor e, com isso, não atingindo o objetivo da aplicação do isolamento térmico? Justifique sua resposta a partir do cálculo e conceito do raio crítico de isolamento.
a) (3) Estime a taxa de perda de calor por unidade de comprimento (m) da tubulação se o tubo não é isolado; Resp. 26,2318 W/m
b) (4) Estime a taxa de perda de calor por unidade de comprimento (m) da tubação se o tubo é coberto com uma camada de 5 cm de espessura de isolamento de magnésia 85% (kmagnesia 0,065 W/m K). Resp. 14,0354 W/m
c) (6) Na situação proposta a aplicação de isolante poderia levar ao aumento da taxa de transferência de calor e, com isso, não atingindo o objetivo da aplicação do isolamento térmico? Justifique sua resposta a partir do cálculo e conceito do raio crítico de isolamento.
Uma aleta plana fabricada com a liga de alumínio 2024 (
W/m K) tem uma espessura t de 3 mm e comprimento de 15 mm . Sua temperatura na base é
e ela está exposta a um fluido a
e com coeficiente convectivo igual a
. Considerando largura unitária, calcule:
a) A eficiência da aleta. Resp.: 98,4%
b) A taxa de transferência de calor na aleta. Resp.: 118,32 W
Há duas formas de resolver este exercício: com e sem aproximação. Um futuro engenheiro deve saber quando as aproximações são válidas. Assim te oriento a calcular das duas formas e comparar os resultados.
a) A eficiência da aleta. Resp.: 98,4%
b) A taxa de transferência de calor na aleta. Resp.: 118,32 W
Há duas formas de resolver este exercício: com e sem aproximação. Um futuro engenheiro deve saber quando as aproximações são válidas. Assim te oriento a calcular das duas formas e comparar os resultados.