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7/23/2019 capt2

http://slidepdf.com/reader/full/capt2 1/11

Nombre: Byron Ortiz

Curso: 5to Automotriz

Fecha: 11-12-20153-1C Considere conducción de calor unidireccional en una barra cilíndrica de diámetro Dy longitud L. ¿Cuál es el área de transferencia de calor de la varilla si a) su supercie

lateral está aislada y b) sus supercies superior e inferior están aisladas?

3-2C Considere la conducción de calor a través de una pared plana. ¿Cambia elcontenido de energía de la pared durante la conducción de calor en estado estacionario?¿Cómo cambia durante conducción transitoria? Epli!ue.

3-3C Considere la conducción de calor a través de una pared de espesor L y área A. ¿En!ué condiciones la distribución de temperatura en la pared será una recta?

3-4C ¿"ué representa la resistencia térmica de un medio?

3-5C ¿Cómo se dene el coeciente combinado de transferencia de calor? ¿"uéconveniencia ofrece en los cálculos de transferencia de calor?

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3-6C ¿#odemos denir la resistencia a la convección por unidad de área como la inversadel coeciente de transferencia de calor por convección?

3-7C ¿#or !ué las resistencias a la convección y a la radiación en una supercie estánen paralelo en lugar de en serie?

3-8C Considere una supercie de área A en la cual los coecientes de transferencia decalor por convección y por radiación son hconv y hrad$ respectivamente. Epli!ue cómo

determinaría a) el coeciente %nico e!uivalente de transferencia de calor y b) laresistencia térmica e!uivalente. &uponga !ue el medio y las supercies circundantesestán a la misma temperatura.

3-9C ¿En !ué diere la red de resistencias térmicas asociada con una pared plana deuna sola capa con respecto a una asociada con una pared compuesta de cinco capas?

3-10C Considere la transferencia unidimensional de calor en estado estacionario através de un medio de capas m%ltiples. &i se conoce la ra'ón de la transferencia decalor$ Q · $ epli!ue cómo determinaría la caída de temperatura a través de cada capa.

3-11C Considere la transferencia unidimensional de calor en estado estacionario através de una pared plana epuesta a convección desde ambos lados (acia medios !ueestán a las temperaturas conocidas T * y T +$ con coecientes de transferencia de calor

conocidos$ h* y h+. ,na ve' !ue se (a evaluado la ra'ón de la transferencia de calor$ Q· $epli!ue cómo determinaría la temperatura de cada supercie.

3-14C Considere la transferencia de calor en estado estacionario a través de la pared de

un cuarto en invierno. El coeciente de transferencia de calor por convección en lasupercie eterior de la pared es el triple !ue el de la supercie interior$ como resultado

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de los vientos. ¿&obre cuál de las dos supercies piensa el lector !ue la temperaturaestará más cercana a la del aire circundante? Epli!ue.

3-20 Considere una ventana de (o-a doble de *.+ m de alto y + m de anc(o !ue constade dos capas de vidrio k /.01 23m 4 5C) de 6 mm de espesor separadas por unespacio de aire estancado k /./+7 23m 4 5C) de *+ mm de anc(o. 8etermine la ra'ónde transferencia de calor estacionaria a través de esta ventana de (o-a doble y latemperatura de su supercie interior para un día durante el cual el cuarto se mantiene a+95C en tanto !ue la temperatura del eterior es de :;5C. <ome los coecientes detransferencia de calor por convección sobre las supercies interior y eterior de laventana como h* */ 23m+ 4 5C y h+ +; 23m+ 4 5C y descarte cual!uier transferencia decalor por radiación. Respuestas: **9 2$ *=.+5C

3-

3-23I Considere una casa de ladrillos calentada eléctricamente k /.9/ >tu3( 4 ft 4 5)

cuyas paredes tienen = ft de alto y * ft de espesor. 8os de las paredes tienen ;/ ft delargo y las otras tienen 6; ft. @a casa se mantiene a 0/5 en todo momento$ en tanto!ue la temperatura del eterior varía. En cierto día$ se mide la temperatura de lasupercie interior de las paredes y resulta ser de ;;5$ en tanto !ue se observa !ue latemperatura promedio de la supercie eterior permanece en 9;5 durante el día por */($ y en 6;5 en la noc(e por *9 (. 8etermine la cantidad de calor perdido por la casaese día. <ambién determine el costo de esa pérdida de calor para el propietario$ si elprecio de la electricidad es de /./= dólar3A2(.

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3-25 Considere un transistor de potencia !ue disipa /.+ 2 de potencia en un medio a6/5C. El transistor tiene /.9 cm de largo y un diámetro de /.; cm. &i se supone !ue elcalor se transere de manera uniforme desde todas las supercies$ determine a) lacantidad de calor !ue este transistor disipa durante un periodo de +9 ($ en A2B b) el

u-o de calor sobre la supercie del transistor$ en 23m+$ y c) la temperatura supercialdel transistor para un coeciente combinado de transferencia de calor por convección yradiación de *1 23m+ 4 5C.

3-27 Considere una persona parada en un cuarto a +/5C con un área supercial

epuesta de *.0 m+. @a temperatura en la profundidad del organismo del cuerpo(umano es 605C y la conductividad térmica de los te-idos cercanos a la piel es alrededorde /.6 23m 4 5C. El cuerpo está perdiendo calor a ra'ón de*;/ 2$ por convección natural y radiación (acia los alrededores.&i se toma como 605C la temperatura del cuerpo a /.; cm por deba-o de la piel$determine la temperatura de la epidermis de la persona. Respuesta: 6;.;5C

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3-30 El tec(o de una casa consta de una losa de concreto k + 23m 4 5C) de 6 cm deespesor$ !ue tiene *; m de anc(o y +/ m de largo. @os coecientes de transferencia decalor por convección sobre las supercies interior y eterior del tec(o son ; y *+ 23m+ 45C$ respectivamente. En una noc(e clara de invierno$ se informa !ue el aire ambienteestá a */5C$ en tanto !ue la temperatura nocturna del cielo es de *// D. @a casa y lassupercies interiores de la pared se mantienen a una temperatura constante de +/5C.@a emisividad de las dos supercies del tec(o de concreto es /.=. &i se consideran lastransferencias de calor tanto por radiación como por convección$ determine la ra'ón dela transferencia de calor a través del tec(o y la temperatura de la supercie interior deeste %ltimo. &i la casa se calienta mediante un (ogar en el !ue se !uema gas naturalcon una eciencia de 1/ y el precio de ese gas es de *.+/ dólar3t(erm * t(erm F */;;// AG de contendido de energía)$ determine el dinero perdido a través del tec(o esanoc(e durante un periodo de *9 (.

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3-38 &e debe conducir calor a lo largo de un tablero de circuito !ue tiene una capa decobre sobre uno de sus lados. El tablero tiene *; cm de largo y *; cm de anc(o y losespesores de la capa de cobre y del material epóico son de /.* mm y *.+ mm$respectivamente. &i se descarta la transferencia de calor desde las supercies laterales$determine los porcenta-es de conducción de calor a lo largo de las capas de cobre k 617 23m 4 5C) y del material epóico k /.+7 23m 4 5C). 8etermine también laconductividad térmica efectiva del tablero.Respuestas: /.1$ ==.+ y +=.= 23m 4 5C

3-39I ,na placa de cobre k ++6 >tu3( 4 ft 4 5) está comprimida entre dos tableros dematerial epóico k /.*; >tu3( 4 ft 4 5) de /.* in de espesor y un tamaHo de 0 in = in.8etermine la conductividad térmica efectiva del tablero a lo largo de su lado de /.= in.

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¿"ué fracción del calor conducido a lo largo de ese lado es conducido a través delcobre?

Resistencia térmica por contacto3-40C ¿"ué es la resistencia térmica por contacto? ¿Cómo está relacionada con laconductancia térmica por contacto?

3-41C ¿@a resistencia térmica por contacto será mayor para las supercies planas lisaso las rugosas?

3-42C ,na pared consta de dos capas de aislamiento comprimidas una contra la otra.¿Iecesitamos preocuparnos por la resistencia térmica por contacto en la interfase en unanálisis de transferencia de calor o sencillamente podemos ignorarla?

3-43C ,na placa consta de dos capas metálicas delgadas comprimidas una contra la

otra. ¿Iecesitamos preocuparnos por la resistencia térmica por contacto en la interfaseen un análisis de transferencia de calor o sencillamente podemos ignorarla?

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3-44C Considere dos supercies comprimidas una contra la otra. J(ora se etrae el aireen la interfase. Como resultado$ ¿la resistencia térmica por contacto en la interfaseaumentará o disminuirá?

3-45C Epli!ue cómo se puede minimi'ar la resistencia térmica por contacto.

3-48 8os barras de aluminio k *07 23m 4 5C) de ; cm de diámetro y *; cm de largo$con las supercies esmeriladas$ se comprimen una contra la otra con una presión de +/atm. @as barras están encerradas en un manguito de aislamiento y$ por tanto$ la

transferencia de calor desde las supercies laterales es despreciable. &i las superciessuperior e inferior del sistema de dos barras de mantienen a las temperaturas de *;/5Cy +/5C$ respectivamente$ determine a) la ra'ón de la transferencia de calor a lo largo delos cilindros en condiciones estacionarias y b) la caída de temperatura en la interfase.Respuestas: a) *9+.9 2$ b) 7.95C

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3-75 Considere un calentador eléctrico para agua de + m de alto !ue tiene un diámetrode 9/ cm y mantiene el agua a ;;5C. El tan!ue está ubicado en un pe!ueHo cuarto cuyatemperatura promedio es de +05C y los coecientes de transferencia de calor sobre las

supercies interior y eterior del calentador son ;/ y*+ 23m+ 4 5C$ respectivamente. El tan!ue está colocado en el interior de otro tan!ue delámina metálica$ de 97 cm de diámetro y espesor despreciable$ y el espacio entre losdos tan!ues está lleno con aislamiento de espuma k /./6 23m 4 5C). @as resistenciastérmicas del tan!ue de agua y del casco eterior de (o-a metálica delgada son muype!ueHas y se pueden despreciar. El precio de la electricidad es de /./1 dólar3A2( y elpropietario de la casa paga +1/ dólares al aHo para calentar el agua. 8etermine lafracción del costo de la energía para el agua caliente de esta casa !ue se puede atribuira la pérdida de calor del tan!ue.

3-82I El vapor !ue sale de la turbina de una planta

generadora a *//5 se condensa en un grancondensador$ por enfriamiento con agua !ue uye portubos de cobre k ++6 >tu3( 4 ft 4 5) con diámetrointerior de /.9 in y eterior de /.7 in a unatemperatura promedio de 0/5. El calor devapori'ación del agua a *//5 es * /60 >tu3lbm. @oscoecientes de transferencia de calor son de * ;//>tu3( 4 ft+ 4 5 en el lado del vapor$ y de 6; >tu3( 4 ft+ 45 en el lado del agua. 8etermine la longitud

re!uerida del tubo para condensar el vapor a ra'ón de *+/ lbm3(. Respuesta: * *91 ft

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3-117 El vapor de un sistema de calefacción uye por tubos cuyo diámetro eterior esde ; cm y cuyas paredes se mantienen a *1/5C. Jl tubo se le su-etan aletas circularesde la aleación de aluminio +/+9K<7 k *17 23m 4 5C)$ de diámetro eterior de 7 cm yespesor constante de * mm. El espacio entre las aletases de 6 mm y$ por tanto$ setienen +;/ aletas por metro de longitud del tubo. El calor se transere al airecircundante !ue está a T +;5C$ con un coeciente de transferencia de calor de 9/23m+ 4 5C. 8etermine el aumento en la transferencia de calor desde el tubo$ por metrode longitud$ como resultado de la adición de las aletas. Respuesta: + 76= 2

3-118I Considere una cuc(ara de acero inoidable k 1.0 >tu3( 4 ft 4 5) sumergidaparcialmente en agua (irviente a +//5$ en una cocina a 0;5. El mango de la cuc(aratiene una sección transversal de /./1 in /.; in y se etiende 0 in en el aire a partir dela supercie libre del agua. &i el coeciente de transferencia de calor en las superciesepuestas del mango de la cuc(ara es de 6 >tu3( 4 ft+ 4 5$ determine la diferencia de

temperatura a través de la supercie epuesta de ese mango. Eprese sus suposiciones.Respuesta: *+9.75

3-131 <ubos de agua caliente y fría de 1 m de largo están tendidos paralelos entre sí enuna capa gruesa de concreto. @os diámetros de los dos tubos son de ; cm y la distanciaentre las líneas centrales de los mismos es de 9/ cm. @as temperaturas superciales delos tubos son de 7/5C$ para el de agua caliente$ y de *;5C$ para el de fría. &i la

conductividad térmica del concreto es k /.0; 23m 4 5C$ determine la ra'ón de latransferencia de calor entre los tubos. Respuesta: 6/7 2

3-134 Jgua caliente a una temperatura promedio de ;65C y a una velocidad promediode /.9 m3s uye por una sección de ; m de un tubo de pared delgada !ue tiene undiámetro eterior de +.; cm. El tubo pasa por el centro de una pared de *9 cm deespesor llena con aislamiento de bra de vidrio k /./6; 23m 4 5C). &i las superciesde la pared están a *15C$ determine a) la ra'ón de la transferencia de calor del tubo(acia el aire en los cuartos y b) la caída de temperatura del agua caliente conformeuye por esta sección de ; m de largo de la pared. Respuestas: *=.7 2$ /./+95C

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3-146 8etermine el valor R y el factor U de verano de una pared con arma'ón demadera !ue está construida con montantes de madera de 61 mm *9/ mm con unadistancia centro a centro de 9// mm. @a cavidad de *9/ mm de anc(o entre losmontantes está llena con aislamiento de lámina de bra mineral. El interior estáacabado con un tablero de yeso de *6 mm y el eterior con lámina de bra de maderade *6 mm y tablas de forro ac(aanadas y traslapadas de madera de *6 mm +// mm.@a cavidad aislada constituye 1/ del área de transmisión de calor$ en tanto !ue losmontantes$ travesaHos y soleras superior e inferior constituyen un +/. Respuestas: 6.+*6m+ 4 5C32$ /.6** 23m+ 4 5C

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