1.- Un calentador de resistencia eléctrica se encapsula en un cilindro largo de 30 mm de diámetro.Cuando fluye agua con una temperatura de 25ºC y velocidad de 1 m/s cruzando el cilindro, la potencia por unidad de longitud que se requiere para mantener la superficie a una temperatura uniforme de 90ºC es de 28 kW/m. Cuando fluye aire, también a 25ºC, pero con una velocidad de 10 m/s, la potencia por unidad de longitud que se requiere para mantener la misma temperatura superficial es de 400 W/m. Calcule y compare los coeficientes de convección para los flujos de agua y aire. 2.- Un calentador eléctrico de cartucho tiene forma cilíndrica de longitud L = 200 mm y diámetro exterior D = 20 mm. En condiciones de operación normal el calentador disipa 2 kW, mientras se sumerge en un flujo de agua que está a 20ºC y provee un coeficiente de transferencia de calor por convección de h = 5000 W/m2K. Sin tomar en cuenta la transferencia de calor de los extremos del calentador, determine la temperatura superficial Ts. Si el flujo de agua cesa sin advertirlo mientras el calentador continúa operando, la superficie del calentador se expone al aire que también está a 20ºC, pero para el que h = 50 W/m2K. ¿Cuál es la temperatura superficial correspondiente? ¿Cuáles son las consecuencias de tal evento? 3.- Un objeto de 0,5 m2 de área, emisividad 0,8 y 150ºC de temperatura se coloca en una cámara grande al vacío cuyas paredes se mantienen a 25ºC. ¿Cuál es la rapidez a la que la superficie emite radiación? ¿Cuál es la rapidez neta a la que se intercambia radiación entre la superficie y las paredes de la cámara? acero al cromo (18 % Cr. es interceptada por la otra.7.196 “C.10.5.5 cm. estímese la cantidad de nitrógeno evaporado por día para un espesor de aislante de 2. 1. La pared está construida con un vidrio especial que tiene las siguientes propiedades: k = 0.-En una capa de fibra de vidrio de 13 cm de espesor se impone una diferencia de temperaturas de 85 “C.5cm de espesor y cuya conductividad térmica puede tomarse igual a 0. Calcúlese la transferencia de calor entre las superficies. “C). Calcúlese el calor transferido a través del material por hora y por unidad de área.3. El coeficiente de convección en el exterior del oleoducto es 12 W/(m’ “C). 1. Un aislante especial de polvo de 5 cm de espesor y de conductividad térmica 7 mW/(m . “C). cobre..5 cm y una temperatura ambiente de 21 “C. magnesio.2..Un oleoducto de 50 cm de diámetro transporta.. Calcúlese el calor transferido a través de la capa. Estímese la pérdida de energía del oleoducto por unidad de longitud.Un aislante tiene una conductividad térmica de 10 W/(m .7 W/(m’ . 1.. “C) se utiliza para aislar un depósito de nitrógeno líquido que se mantiene a . Suponiendo el flujo decalor unidimensional. Suponiendo que el depósito es una esfera que tiene un diámetro interior (DI) de 0. c = 0. dar los otros materiales según el tanto por ciento respecto a ese: aluminio.5 tiene lugar por convección natural con un coeficiente de convección de 2. ¿Cuál es el flujo de calor através de la pared :n condiciones estacionarias? 1.1.Dos placas infinitas y negras a 500 y 100 “C intercambian calor por radiación.. petróleo a 30 “C y está expuesto a una temperatura ambiente de -20°C.. Calcúlese el flujo de calor por unidad de área. p = 2. 1. se mantienen a 1.Dos superficies perfectamente negras están dispuestas de tal manera que toda la energía radiante que sale de una de ellas. 1..11. calcúlese la diferencia de temperaturas entre la cara exterior de la esfera y el ambiente. ¿Qué se concluye de esta clasificación? 1. “C) cubre la superficie del oleoducto. La temperatura de esta última superficie se mantiene a 250 “C. iQué espesor será necesario para que haya una caída de temperatura de 500 “C para un flujo de calor de 400 W/m’? 1. 1. 1.700 kg/m3. “C).100 y 425 OC. Si otra placa perfectamente negra se coloca entre las dos primeras.Clasificar los materiales siguientes según a) la respuesta transitoria y b) la conducción estacionaria. 8 % Ni). Calcúlese el calor transferido entre los planos por unidad de tiempo y por unidad de área.4. calcúlese la diferencia de temperaturas entre las caras del material.Suponiendo que la transferencia de calor de la esfera del Problema 1..8.61 m.12.2 W/(m “C).-Una capa de 5 cm de asbesto. plata.Un cono truncado de 30 cm de alto está hecho de aluminio. El diámetro de la superficie superior es 7.78 W/(m . icuál es el flujo de calor en vatios? 1. respectivamente.84 kJ/(kg .035 W/(m . 2.6.13. La superficie lateral está aislada.. Len qué cantidad se reduce el flujo de calor? ¿Cuál será la temperatura de la placa del centro? . La conductividad térmica de la fibra de vidrio es 0.9.PROBLEMAS 1.Un material super-aislante cuya conductividad térmica es 2 x lo4 W/(m .5 cm y el de la inferior es 12. plomo. “C). hierro. está colocada entre dos placas a 100 y 200°C. poco compacta. Eligiendo el material mejor clasificado.Dos planos paralelos y muy grandes. en el Ártico. La superficie inferior se mantiene a 93 “C y la superior a 540°C. por hora y por unidad de área de la superficie que se mantiene a 800°C. cuyas condiciones superficiales se aproximan a las de un cuerpo negro.. 1.“C). que se encuentra a 8OO”C. Supóngase que la temperatura exterior del aislante es 21 “C. para evaporar 1 kg de nitrógeno a esa temperatura se necesitan 199 kJ.Las temperaturas de las caras de una pared plana de 15 cm de espesor son 370 y 93°C.Si por conducción se transfieren 3 kW a través de un material aislante de 1 m2 de sección recta. 22..T. Calcúlese el flujo de calor a través de la pared.25. 1. 1.600 W de calor a una habitación a 25”C.Un cilindro de 5 cm de diámetro se calienta hasta una temperatura de 200°C mientras que una corriente de aire. Calcúlese el valor del coeficiente de transferencia de calor por convección que hay que mantener en la cara exterior del aislante para asegurar que la temperatura de esta cara no supere los 41 “C. El coeficiente de transferencia de calor por convección en la placa es ll W/m2 . = 100 “C) de modo que se condensan 3.. Calcúlese el calor total perdido por ambas caras de la placa. 1.Una pared lisa está expuesta a la temperatura ambiente de 38 “C.350 W/m2. de modo que la temperatura en la pared del tubo es 40°C mayor que la temperatura del agua. ..T2’ = l/h.5 kg/s de agua. La emisividad de la superficie de las tiras es 0.21.5 cm de espesor y que tiene la misma diferencia de temperatura T. y T. Muéstrese que el flujo de calor a través de la pared es: Tl .14.Una esfera de 4 cm de diámetro se calienta hasta una temperatura de 150 “C y se coloca en una habitación muy grande que se encuentra a 20 “C.. de 30 cm de lado. La placa se halla colocada en una gran habitación cuyas paredes están a 30°C.Por un tubo de 2.18.4 W/m “C...27. los correspondientes coeficientes de transferencia de calor.. 1. El agua está presurizada de manera que no tenga lugar la ebullición. 1..1. La pared se cubre con una capa de 2.Una placa de metal está perfectamente aislada por una de sus caras y por la otra absorbe el flujo radiante del sol de 700 W/m”.. calcúlese la pérdida total de calor por unidad de longitud si las paredes de la habitación en la que está colocado el cilindro están a 10 “C. Consúltense las tablas del vapor de agua para las propiedades que se precisen.17. de diámetro y 3 m de largo fluyen 0.. a 30°C y con una velocidad de 50 mis. son las temperaturas del fluido en cada una de las caras de la pared y h..Una placa cuadrada vertical de 30 X 30 cm que está fría se expone al vapor de agua a una presión de 1 atm (T.Si el flujo radiante del sol es 1. “C y la temperatura del ambiente 30 “C. 1. “C y un espesor de 40 cm.A + Ax/kA + l/h.78 kg/h. La emisividad de la superficie es 0.5 cm de espesor de un aislante cuya conductividad térmica es 1..15..8. Calcúlese la temperatura de la placa en condiciones de equilibrio. La pared pierde calor al ambiente por convecci6n.000 “C. siendo h= lOW/m2 .Una placa vertical y cuadrada. 1.24..16.Considérese una pared que se calienta por convección por una cara y que se enfría también por convección por la otra..Sobre una placa negra de 20 x 20 cm hay una corriente de aire a 0 “C con una velocidad de 2 mjs. Si la emisividad de la superficie es 0.6 W/m. Coméntense los cálculos.20. 1.23.Un pequeño calentador radiante tiene tiras de metal de 6 mm de anchura con una longitud total de 3 m.65.26. Se impone un flujo de calor constante en la pared del tubo.2. 1..Calcúlese la energía emitida por un cuerpo negro a 1. siendo la temperatura de la interfaz pared-aislante de 315°C. Calcúlese la pérdida de calor por radiación si la emisividad de la superficie de la esfera es 0.85.7. Calcúlese el flujo de calor y estímese el incremento de temperatura del agua. se mantiene a 50°C y está expuesta al aire de una habitación â 20°C.. LA qué temperatura habrá que calentar las tiras si tienen que disipar 1.Una de las caras de una pared plana se mantiene a 100 “C mientras que la otra se expone al ambiente que está a lO”C.A donde T. 1. La otra cara de .Compárese el flujo de calor por convección natural desde una placa vertical con la conducción pura a través de una capa de aire vertical de 2.. “C el coeficiente de convección. y h. Lcuál sería su temperatura equivalente de cuerpo negro? 1. 1. 1. Calcúlese la temperatura de la placa.5 cm.19. Hágase uso de la información de la Tabla 1. le sopla transversalmente. La pared tiene una conductividad térmica k = 1. Hágase el balance energético del sistema y determínense las temperaturas de las placas. (1.28. estímese la temperatura de una superficie en la que la pérdida de calor por convección natural sea exactamente igual a la pérdida ..32. Btu.3a)] obténgase la ecuación general de la conducción de calor en coordenadas cilíndricas [Ec.la placa se encuentra perfectamente aislada.2. Hágase uso de la información de la Tabla 1. En la cara exterior de una de las placas existe convección al ambiente que está a 80°C siendo h = 100 W/m ’ .2.5 consígase una expresión para convertir a) julios a unidades térmicas británicas.Partiendo de la ecuación de la conducción de calor tridimensional en coordenadas cartesianas [Ec. c) unidades térmicas británicas Btu a calorías. Tómese F.Haciendo uso de las definiciones básicas de unidades y dimensiones dadas en la Sección 1. Calcúlese la temperatura de la placa resultante del equilibrio entre la convección y la radiación.29.30.. b) dinascentímetro a julios. 1.Entre dos grandes placas negras se ha hecho el vacío. = 1..36)].. 1. = F. mientras que la cara exterior de la otra placa está expuesta a 20 “C y h = 15 W/m2.. $orprende el resultado? 1.Escríbase la ecuación simplificada de la conducción del calor para a) flujo de calor unidimensional y estacionario en coordenadas cilíndricas en la dirección azimutal (4) y b) flujo de calor unidimensional y estacionario en coordenadas esféricas en la dirección azimutal (4).Haciendo uso de los valores aproximados del coeficiente de transferencia de calor por convección dados en la Tabla 1. (1. 1. 1.31. “C.OC.