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UNIVERSIDAD TCNICA FEDERICO SANTA MARA

DEPARTAMENTO DE FSICA

GUIA DE EJERCICIOS N8 FISICA GENERAL III (FIS 130)

Transferencia de calor y ecuaciones de estado.

1- En muchas construcciones se ocupan paredes de diferentes materiales como mecanismo de aislacin. Si el

calor se propaga a travs de varias paredes que poseen un buen contacto trmico, el flujo de calor estacionario

a travs de todas las secciones es el mismo.

La figura muestra tres paredes en contacto, con sus respectivos coeficientes de conductividad trmica, 1, 2 y 3

a) Considerando que todas las paredes tienen la misma rea y espesor 1, 2 y 3, respectivamente, demuestre que el flujo de calor est dado por:

=14

(1

1) + (

22

) + (3

3)

b) La pared de un horno de 0.244 [] de espesor, se construye con un material que tiene una conductividad trmica de 1.30 [/]. La pared estar aislada en el exterior con un material que tiene una conductividad promedio de 0.346 [/], de tal manera que las prdidas de calor en el horno sean iguales o inferiores a 1830[/2]. La temperatura de la superficie interior es 1588 [] y la de la externa es 299 []. Calcule el espesor del aislante necesario.

2- La figura muestra una chimenea de hormign armado con dimetro interior 2 = 800 [] y dimetro

exterior3 = 1300 []. Para su correcto funcionamiento la chimenea debe ser revestida por dentro con un

material aislante. Determinar el espesor de este revestimiento "" y la temperatura 3 de la superficie exterior

de la chimenea, partiendo de la condicin de que las prdidas de calor de un metro de chimenea no excedan

los 2000 [/], y que la temperatura 2 de la superficie interior de la pared de hormign armado no supere

los 200 []. La temperatura de la superficie interior del revestimiento es 1 = 425 []; el coeficiente de

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conductividad trmica de revestimiento 1 = 0.5 [ ]; el coeficiente de

conductividad trmica del hormign es 2 = 1.1 [ ].

Ayuda: Si el calor se propaga a travs de varias paredes que poseen un buen contacto trmico, el flujo de calor estacionario a travs de todas las secciones es el mismo.

3- Un cooler semiesfrico es ocupado para guardar hielo a 0 [C] en un da

soleado. El cooler tiene radio interior igual a 20[cm] y exterior a 21[cm] , su composicin tiene una conductividad trmica . El cooler es colocado a las 14:00 en un parque, el cual posee una temperatura ambiente constante de 30 [C]. Se observa que a las 17:00 todo el hielo es convertido en agua a 0 [C]. Considere que el calor latente de fusin del agua es = 3,33 10

5[ ].

a) Encuentre la conductividad trmica del aislante trmico que cubre la carpa. b) Encuentre la composicin dentro del cooler a las 15:00 , es decir , la cantidad de hielo y agua.

4- Una superficie de area 0.5 2, emisividad 0.8, y temperatura 150C es ubicada en una gran

cmara vaca cuyas paredes se mantienen a 25C a) Cul es el flujo de calor que es emitido por la superficie? b) Cul es el flujo neto de calor entre la superficie y las paredes de la cmara?

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2

3

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5- Una placa de Cobre de 2 [mm] de espesor, en forma de trapecio como muestra la figura 8.6, eta en contacto en su lado derecho con un bao trmico a 50 [C] . Se quiere soldar el lado izquierdo de la placa, utilizando un cautn.(medidas en mm)

a) Suponiendo que las prdidas de energa trmica por radiacin emitida por la placa son despreciables determine la mnima potencia que debe suministrar el cautn para mantener la temperatura del lado izquierdo a 350 [C].

b) Determine la temperatura de equilibrio para el lado izquierdo, suponiendo que la potencia suministrada por el cautn es 20 [W].

6- Un contenedor metlico de pared delgada esfrica se utiliza para almacenar nitrgeno lquido a 80 K. El recipiente tiene un dimetro de 0,5 m, y est cubierto con un aislamiento de polvo de slice. El aislamiento es de 25 mm de espesor, y su superficie externa se expone a aire ambiente a 310K. El calor latente de vaporizacin y la densidad del nitrgeno lquido son 2 x 105[J/kg] y 804 [kg/3], respectivamente. La conductividad trmica de aislante de polvo de slice (300 K) es 0,0017 W / mK a)Cul es la tasa de transferencia de calor al nitrgeno lquido?

b)Cul es la tasa de lquido de evaporacin?

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RESPUESTAS

1-

a- Demostracin.

b- 0.179[]

2-

= 119[] ; 3 = 59.51[]

3-

a- = 0,65[ ]

b- = 11,17 [] ; = 5,59 []

4-

a- 726 [W]

b- 547 [W]

5-

a- 166,6 []

b- 86,01 []

6-

a- 13,51 [W]

b- 5,82 [kg/dia]