Enunciado

28 - Um dissipador de calor de alumínio ( k   =   240   W / ( m   ·   K ) ) , usado para resfriar uma série de chips eletrônicos, é constituído por um canal quadrado de dimensão interna w   =   25   m m , no qual pode-se supor que um escoamento de um líquido mantenha uma temperatura superficial interna uniforme T 1 = 20   ℃ . A largura externa e o comprimento do canal são W = 40 mm e L   =   160   m m , respectivamente. S e N = 120 chips fixados à superfície externa do dissipador de calor mantêm uma temperatura superficial aproximadamente uniforme de T 2 = 50 ℃ e supondo-se que todo calor dissipado nos chips seja transferido para o refrigerante, qual é a dissipação de calor em cada chip? Sendo a resistência de contato entre cada chip e o dissipador de calor igual a R t , c   = 0,2   K / W , qual é a temperatura do chip?

Passo 1

Calcule a proporção da largura externa do canal quadrado  ( W ) para a largura interna do canal quadrado  ( w ) .

W w = 40 25

= 1,6 > 1,4

Aqui,  W é a largura externa do canal quadrado e  w é a largura interna do canal quadrado.

Passo 2

Para a relação  W w > 1,4 :

Obtenha a relação do fator de forma  ( S ) para o canal quadrado da tabela 4.1 do caso 11 (fatores de forma de condução e taxas de calor de condução sem dimensão para sistemas selecionados):

S = 2 π L 0,930 ln ⁡ W w - 0,050

Aqui, L é o comprimento do canal quadrado.

S = 2 π 160 0,930 ln ⁡ 40 25 - 0,050

= 1005,3 0,930 × 0,47 - 0,050

= 2597   m m

Passo 3

Calcule a resistência de condução bidimensional da parede do canal quadrado.

R t , c o n d 2 D = 1 S k

Aqui, a  W é a largura de um dissipador de calor, w é a largura do chip, L é o comprimento e  k é a condutividade térmica.

R t , c o n d ( 2 D ) = 1 2597   m m × 10 - 3 m 1   m m × 240 W m ⋅ K

= 1 2,597 × 240 K W  

= 0,00160     K / W

Passo 4

Agora vamos calcular a dissipação de calor por chip.

q c = T 2 - T 1 N R t , c o n d ( 2 D )

Aqui,  T 1 é a temperatura da superfície interna do canal,  T 2 é a temperatura da superfície externa do dissipador de calor e N é o número de chips.

= 950 + 273 - 20 + 273 120 × ( 0,0016 )

= 30 0,192

= 156,3   W

Portanto, a dissipação de calor por chip é  156,3   W .

Passo 5

Vamos calcular a temperatura do chip.

q c = T c - T 2 R t , c

T c = T 2 + R t , c q c

Aqui,  T 2 é a temperatura da superfície externa do dissipador de calor, R t , c é a resistência de contato entre cada chip e o dissipador de calor e  q c é a dissipação de calor por chip.

T c = 50 + 0,2 × 156,3

= 50 + 31,26

= 81,26   ℃

Portanto, a temperatura do chip é  81,26   ℃ .

Resposta

A dissipação de calor por chip é  156,3   W e a temperatura do chip é  81,26   ℃ .

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