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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    q q  q  k   i d Q.z  Q.z  dz dz d Q.r  Q.r  dr dr d Q.  Q.  d d ( r )  POR: Univ. ERWIN A. CHOQUE COND...

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PROBLEMAS RESUELTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Cesar Jair Grijalba Luna

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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

PROBLEMAS RESUELTOS

INDICE

Transferencia de calor en régimen permanente………………………………….…….…….…….2 Sistemas con generación interna……………………………………………………….….…………14 Espesor técnico económico……………………………………………………………………………31 Aletas…………………………………………………………………………………………….…………40 Flujo bidimensional…………………………………………………………………….……….………..52 Conducción en régimen transitorio………………………………………………………….………..55 Convección………………………………………………………………………………………..……….62 Intercambiadores………………………………………………………………………………..….…….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 LOS MATERIALES……………………...………..110 Anexo D. UNIDADES Y TABLAS DE CONVERSIÓN Y EQUIVALENCIA……..138 Anexo E. BIBLIOGRAFÍA:……………………………………………………………156

Univ. Erwin Choque Conde

Página 1

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 son 40 y 20ºC respectivamente ¿Cuál es la conductividad térmica de la madera? Qa  40

T2  40C

DATOS:

T1 T2

Q

W m

2

T1  20C

L1  50mm

km 

k m  0.1 

L

Qa  L1

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 térmica para 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

Qt  k t  T

W

Qp  k p  T

m C m C

J Qt  0.15  m s

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 en un 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 máxima admisible del chip? b) Calcule y elabore una gráfica de la potencia admisible como función de h para el rango W / m2 º C . 200...