Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 72
72. Uma técnica passiva para o resfriamento de circuitos integrados (CIs) que dissipam calor envolve a submersão dos CIs em um fluido dielétrico com baixo ponto de ebulição. O vapor gerado no resfriamento dos circuitos é condensado sobre placas verticais suspensas na câmara de vapor acima do líquido. A temperatura das placas é mantida abaixo da temperatura de saturação e, durante a operação em regime estacionário, um equilíbrio é estabelecido entre a taxa de transferência de calor para as placas do condensador e a taxa de dissipação de calor pelos circuitos integrados (CIs).
Considere condições nas quais a área superficial de cada CI, com 25 mm2, encontra-se submersa em um fluorocarboneto líquido para o qual Tsat =50°C, ρl = 1700 kg/m3, cp,l = 1005 J/(kg · K), μl = 6,80 × 10–4 kg/(s · m), kl= 0,062 W/(m · K), Prl = 11,0, σ = 0,013 kg/s2, hfg = 1,05 × 105 J/kg, Cs,f =0,004 e n = 1,7. Se os circuitos integrados operam com uma temperatura superficial Ts = 75°C, qual é a taxa de dissipação de calor em cada circuito? Se as placas do condensador possuem uma altura H = 50 mm e são mantidas a uma temperatura Tc = 15°C por um refrigerante interno, qual quantidade de área superficial para a condensação deve ser disponibilizada para equilibrar o calor gerado por 500 circuitos integrados?
Passo 1
A partir da correlação de ebulição de nucleados de Rohsenow, o fluxo de calor pode ser expresso como
Onde, o excesso de temperatura para as condições prescritas é expresso como
Ao substituir os valores dos parâmetros em (1), temos o fluxo de calor como
A taxa de transferência de calor pode ser expressa em termos de fluxo de calor como
Assim, temos de (2)
Portanto, a taxa de dissipação de calor de cada circuito é
Passo 2
Para filmes fervendo em uma placa plana de comprimento 
, o número médio de Nusslet pode ser expresso como
O calor latente corrigido pode ser expresso como
Ao substituir os valores dos parâmetros na relação acima, temos
A substituição dos parâmetros em (3) produz o número médio de Nusselt como
A taxa de transferência de calor de um circuito integrado é expressa como
A taxa total de transferência de calor para a placa do condensador é expressa como
Nesse sentido, temos
Ao realizar um balanço energético, temos
Assim, temos
Portanto, é necessária a área superficial do condensador para equilibrar o calor gerado por 500 circuitos integrados