Ejercicios de diseño de transferencia de calor y masa

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FISICAS Y NATURALES












Transferencia de calor y masa

Ejercicios de diseño y ensayos



AÑO: 2014CARRERA: Ingeniería mecánica

ALUMNOS:

Ejercicio de diseño: Conducción de calor en estado estacionario
En el diseño de componentes electrónicos, resulta muy conveniente sujetar la circuiteríaelectrónica a un material de sustrato que sea muy buen conductor térmico pero también un aislador eléctrico muy eficaz. Si el costo elevado no es una preocupación importante, ¿Cuál sería su propuestapara el sustrato?
Resolución
Para seleccionar el material debemos observar las propiedades físicas correspondientes a la conducción tanto eléctrica como térmica.
Para la conducción eléctrica:
Laconducción en los materiales está bien descrita por la Ley de Ohm, que establece que la corriente es proporcional al campo eléctrico aplicado. Se calcula la conductividad σ para caracterizar la facilidadcon la que aparece en un material una densidad de corriente (corriente por unidad de área) j, definida como:
j = σ E
o por su recíproco la resistividad ρ:
j = E / ρ

Siendo
E: campo eléctricoJ: flujo de corriente (corriente por unidad de área)
Para el caso del material a seleccionar debemos tener en cuenta que la resistividad debe ser alta ya que el mismo tiene que ser un buen aislanteeléctrico.
A continuación se presenta una tabla de materiales con sus respectivas resistividades:
Resistividad de algunas sustancias a 20 ºC
 
Sustancia
r (Ω·m)
Coeficiente de temperatura (K-1)Conductores
Plata
1.59·10-8
3.8·10-3

Cobre
1.67·10-8
3.9·10-3

Oro
2.35·10-8
3.4·10-3

Aluminio
2.65·10-8
3.9·10-3

Wolframio
5.65·10-8
4.5·10-3

Níquel
6.84·10-8
6.0·10-3Hierro
9.71·10-8
5·10-3

Platino
10.6·10-8
3.93·10-3

Plomo
20.65·10-8
4.3·10-3
Semiconductores
Silicio
4300
-7.5·10-2

Germanio
0.46
-4.8·10-2
Aislantes
Vidrio
1010 - 1014
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