Problemas de transferencia de calor

10.20.- un chip silicio de espesor L=2.5mm y conductividad térmica de Ks=135W/m·Ks se enfría al hervir un liquido de flourocarbono saturado (Tsat=57ºC) en su superficie. Los circuitos electrónicos en la parte inferior del chip produce un flujo de calor uniforme q”=5x10^4 W/m² mientras los lados del chip están perfectamente aislado.

Las propiedades del flourocarbono saturado son: Cp=1100J/kg·K, hfg=84400J/kg, pl=1619.2 kg/m³ pv=13.4kg/m³ σ =8.1x10^-3 kg/s² µl=440x10^-6 kg/m·s y Prl=9.01.las constante de ebullición nucleada son Cs,f=0.005 Y n=1.7
a) ¿Cuál es la temperatura de estado estable Tu en la parte inferior del chip?csi durante la prueba del chip q” aumento a 90% del flujo critico de calor ¿Cuál es el nuevo valor de estado estable de Tu?
b) Calcule y grafique lastemperaturas de las superficie del chip (superior e inferior) como función del flujo de calor para 0.20<q”/q”mx<0.90. si la temperatura máxima permisible del chipes 80ºC¿Cuál es el valor máximo permisible de q”?
SABIDO: Lienhard-Dhir correlación de flujo de calor crítica para pequeños cilindros horizontales.
ENCUENTRE: Flujo de calor crítico para 1 mm y cilindros horizontales de 3 mm de diámetroen el agua en 1 atm.
ESQUEMÁTICO:

SUPOSICIONES: Nucleate hervor de fondo.

ANÁLISIS: La correlación Lienhard-Dhir el párrafo pequeños cilindros horizontales es:
……(1)
Donde qmax,Z es el flujo de calor crítico predicho por la correlación Zuber-Kutateladze para el calentador infinito (Eq. 10.6) y el número de Obligación es:
,…….(2)
Note que la longitud característica es el radio decilindro. De Ejemplo 10.1, usando Eq. 10.6,

y la substitución de la propiedad valora para el agua en 1 atm en Eq. (2),

Substitución de valores apropiados en Eqs. (1) (y 2),

Note que para el cilindro de 3 mm de diámetro, el flujo de calor crítico es 1.19/1.11 = 1.07 veces más grande que el valor para un cilindro muy grande horizontal.
COMENTARIOS: Para objetivos prácticos un cilindrohorizontal de diámetro mayor que 3 mm puede ser considerado como uno muy grande. El flujo de calor crítico para un cilindro de 1 mm de diámetro es 40 % más que esto para el cilindro grande.

10.21.- un dispositivo para realizar experimentos de ebullición consiste en una barra de cobre ( k = 400 W/m·K) que se expone a un liquido en ebullision en un extremo encierra un calentador eléctrico en el otroextremo y estaa bien aislado de sus alrededores excepto por la superficie expuesta. termopares insertados en la barra se usan para medir temperatura a distancia de x1=10mm y X2=25mm de la superficie.

a) Se lleva acabo un experimento para determinar las características de ebullición de un recubrimiento especial aplicado ala superficie expuesta. bajo condiciones de estado estables.se mantieneuna ebullición nucleada en agua saturada a precion atmosférica y se registran valores T1=133.7ºC y T2=156.6ºC si n=1 ¿Qué valor del coeficiente Cs,f se asocia con la correlacion de rohsenow?
b) Suponiendo la aplicabilidad de la correlacion de rohsenow con el valor de Cs,f determinando la parte (a) calcule y grafique el exceso de temperatura Δt como función del flujo de calor de ebullición10^5<q”s<10^6 W/m² ¿Cuáles son los valores correspondientes de T1 y T2 para q”=10^6 w/m²? ¿si se aumentara q”s a 1.5x10^6 W/m² se podrían extrapolar los resultados anteriores para inferir los valores correspondientes de Δt,T1 y T2?
SABIDO: El agua hirviendo en 1 atm presiona sobre la luna donde la gravedad es 1/6 él de la tierra.
ENCUENTRE: Flujo de calor crítico.
SUPOSICIONES: Nucleatefondo que hierve condiciones.

ANÁLISIS: La correlación modificada Zuber-Kutateladze para el flujo de calor crítico es Eq. 10.7.

La relación predice la dependencia de flujo crítica de la aceleración gravitacional como:

Se sigue que si gmoon = (1/6) gearth y reconocer q¢ max,e = 1.26 MW/m2 para aceleración de la tierra(mirar el Ejemplo 10.1),

COMENTARIOS: Note de la discusión en la...