100 PROBLEMAS Transferencia de Calor

Universidad Técnica de Oruro
Facultad Nacional de Ingeniería
Ingeniería Mecánica-Electromecánica

100

PROBLEMAS RESUELTOS
DE TRANSFERENCIA DE
CALOR

1   i T  g 1 T
 q
  
i
q q  q  k  
Q.z 

d
Q.z  dz
dz

Q.r 



Q. 

d
Q.r  dr
dr

d
Q.  d
d ( r )

POR:
Univ. ERWIN A. CHOQUE CONDE

Octubre-2007
ORURO BOLIVIA

INDICE
PROBLEMAS RESUELTOS
Transferencia de calor enrégimen permanente………………………………….…….…….…….2
Sistemas con generación interna……………………………………………………….….…………14
Espesor técnico económico……………………………………………………………………………31
Aletas…………………………………………………………………………………………….…………40
Flujo bidimensional…………………………………………………………………….……….………..52
Conducción en régimen transitorio………………………………………………………….………..55
Convección………………………………………………………………………………………..……….62Intercambiadores………………………………………………………………………………..….…….70
Radiación…………………………………………………………………………….………………..……86

ANEXOS
Anexo A. FORMULARIO………………………………………………………….…103
Anexo B. TABLAS Y GRAFICAS
B.-1

TABLA 1. ……………………….……………….………………. 106

B.-2

GRAFICA 1. PARA PLACAS…………………….………….….107

B.-3

GRAFICA 2. PARA CILINDROS………………….…………….108

B.-4

GRAFICA 3. PARA ESFERAS…………………………………..109

Anexo C. PROPIEDADES DE LOSMATERIALES……………………...………..110
Anexo D. UNIDADES Y TABLAS DE CONVERSIÓN Y EQUIVALENCIA……..138
Anexo E. BIBLIOGRAFÍA:……………………………………………………………156

Univ. Erwin Choque Conde

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PROBLEMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Transferencia de calor en régimen permanente
1. Se determina que el flujo de calor a través de una tabla de madera de 50[ mm ] de espesor es de 40[
W / m 2 ] cuyas temperaturas sobre la superficie interna y externa son40 y 20ºC respectivamente ¿Cuál
es la conductividad térmica de la madera?
Qa  40

T2  40C

DATOS:

T1

W
m

T2

T1  20C
Q

km 
L

2

L1  50mm

Qa  L1

k m  0.1 

T2  T1

W
m C

2. Compare las velocidades de transferencia de calor a través de una muestra de madera de pino blanco
cuando la transferencia es transversal a la fibra y cuando es paralela a la fibra. La conductividad
térmicapara el primer caso es 0.15 W / m º C  y para el segundo caso 0.35 W / m º C .
SOLUCIÓN Para:

T  1C

Pino transversal

k t  0.15

Pino paralelo

k p  0.35

W
m C
W
m C

Qt  k t  T

J
Qt  0.15 
m s

Qp  k p  T

J
Qp  0.35 
m s

Existe mayor transferencia de calor con el pino de fibra en paralelo

3. Un chip cuadrado isotérmico tiene un ancho w=5[ mm ] de lado y esta montado enun sustrato de
modo que sus superficie lateral e inferior están bien aisladas, mientras que la superficie frontal se
expone a la corriente de un fluido refrigerante a 15ºC. A partir de consideraciones de confiabilidad,
la temperatura del chip no debe exceder de 85ºC. Si el fluido refrigerante es aire y el coeficiente de
2
convección correspondiente es h=200 W / m º C a) ¿Cuál es la potencia máximaadmisible del
chip? b) Calcule y elabore una gráfica de la potencia admisible como función de h para el rango
W / m2 º C .
200 h









DATOS:

T

w  5mm

circuitos

T1  85C

T  15C

T1
w

h  200

w

W
2

m C

SOLUCIÓN a)

El área de transferencia



Qadm  A w  h  T1  T

La potencia máxima admisible
b)



Aw  2.5  10

Aw  w  w

Qad ( h)  Aw  h  T1  T



h 200

ºC

W
2

m C



300

5

m

2

Qadm  0.35 W

W
2

m C

 2000

W
2

m C

4

W

3
Qad ( h) 2
1
0
0

110

3

210

3

h

W/m2

Univ. Erwin Choque Conde

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4. Un fluido refrigerante de una unidad de refrigeración construida de acero (k=40 W / mº C ) con

diámetro externo de 1.5 m espesor de ¼¨ y 2 m de altura, debe ser mantenido a una temperatura
constante de -16ºC El tanqueesta localizado en un ambiente de aire acondicionado a 22ºC y esta
aislado con 2´´ de poliestireno (k=0.026 W / mº C ) cuya temperatura externa debe ser mantenida
constante e igual a 21ºC. El operador a notado que hubo un aumento de temperatura en el ambiente,
debido a un defecto del termostato del aire acondicionado, ocasionando una variación de 10ºC en la...

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