Guia de ejercicios transferencia de calor

Nafarroako Unibertsitatea

Universidad de Navarra

Ingeniarien Goi Mailako Eskola

Escuela Superior de Ingenieros

PROBLEMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Juan Carlos Ramos González Dr. Ingeniero Industrial Febrero de 2006

CAMPUS TECNOLÓGICO DE LA UNIVERSIDAD DE NAVARRA Paseo de Manuel Lardizábal 13. 20018 Donostia-San Sebastián. SPAIN Tel.: (34) 943 219 877 Fax: (34) 943 311 442www.esi.unav.es informacion@tecnun.com

Problemas Tema 1

Transferencia de Calor

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Transferencia de Calor

Problemas Tema 1

PROBLEMAS TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA TRANSFERENCIA DE CALOR Y A LA CONDUCCIÓN
1. (2.7 del Incropera; Ley de Fourier) En el sistema mostrado en la figura se produce una conducción de régimen estacionario unidimensional sin generación de calor. La conductividadtérmica es 25 W/m·K y el espesor L es 0,5 m.

T1

T2

L

x

Determine las cantidades desconocidas para cada caso de la tabla siguiente y dibuje la distribución de temperatura indicando la dirección del flujo de calor. Caso T1 T2 dT/dx (K/m) q ′′ x (W/m2)

1 400 K 300 K 2 100 ºC -250 3 80 ºC 200 4 -5 ºC 4.000 5 30 ºC -3.000 Solución: 1) 200 K/m, -5.000 W/m2 ; 2) 498 K, 6.250 W/m2 ; 3) -20 ºC,-5.000 W/m2 ; 4) -85 ºC, -160 K/m; 5) -30 ºC, 120 K/m. 2. (1.13 del Incropera; Convección) Un chip cuadrado isotérmico de lado 5 mm está montado en un sustrato de manera que sus superficies laterales e inferior están bien aisladas, mientras que la superficie frontal se expone a la corriente de un fluido refrigerante a 15 ºC. La temperatura del chip no debe sobrepasar los 85 ºC. Si el fluidorefrigerante es aire (h = 200 W/m2·K), ¿cuál es la potencia máxima admisible del chip? Si el fluido refrigerante es un líquido dieléctrico (h = 3.000 W/m2·K), ¿cuál es la potencia máxima admisible del chip? Solución: 0,35 W y 5,25 W. 3. (Radiación y balance de energía) Un antiguo alumno de la Escuela que trabaja en la ESA (Agencia Espacial Europea) nos ha transmitido la siguiente cuestión: Una sonda deexploración espacial cuyas placas de energía fotovoltaica tienen una superficie Ap y una temperatura de fusión Tp = 2.000 K es enviada en dirección al Sol. Calcular el radio de la órbita solar mínima (Ro) a la que se podrá acercar la sonda al Sol. Datos: constante de Stefan-Boltzmann σ = 5,67·10-8 W/m2·K4; temperatura de la superficie solar Ts = 6.000 K; radio del Sol Rs = 7·108 m; suponer quetanto el Sol como las placas se comportan como cuerpos negros (ε = α = 1). 1

Problemas Tema 1 Solución: Ro = Rs (Ts/Tp) . 4.
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Transferencia de Calor

(Convección y radiación) Una persona desvestida tiene una superficie de 1,5 m2 expuesta a un ambiente y a unos alrededores de 27 ºC. La temperatura de su piel es de 33 ºC y se puede considerar un emisor de radiación perfecto. Si elcoeficiente de transferencia de calor por convección es de 9 W/m2·K, hállese: a) Las pérdidas de calor por convección y por radiación. b) El gasto energético en kcal/día.
& & Solución: a) qconv = Qconv = 81 W, qrad = Qrad = 56,8 W; b) 2.846 kcal/día.

5.

(2.6 del Incropera; Ley de Fourier) Para determinar el efecto de la dependencia de la temperatura de la conductividad térmica sobre la distribuciónde temperatura en un sólido, considere un material para el que esta dependencia puede representarse como k = ko + aT donde ko es una constante positiva y a es un coeficiente que puede ser positivo o negativo. Dibuje la distribución de temperatura de régimen estacionario asociada con la transferencia de calor en una pared plana para tres casos que corresponden a a > 0, a = 0 y a < 0.

6.

(2.11del Incropera; Ley de Fourier) En el cuerpo bidimensional que se muestra en la figura se encuentra que el gradiente en la superficie A es ∂T/∂y = 30 K/m. ¿Cuánto valen ∂T/∂y y ∂T/∂x en la superficie B?

Solución: ∂T/∂y = 0; ∂T/∂x = 60 K/m. 7. (1.27 del Incropera; Balance de energía) Una placa de aluminio de 4 mm de espesor se monta en posición horizontal con su superficie inferior bien...