Problemas Conduccion Estado Estacionario.pdf

Conducción Unidimensional en Estado Estacionario Dr.. Ing Edg Dr Edgar ar Robles Robles Falcón Falcón

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?

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 °C y para el segundo caso 0.35 W/m°C  .

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 convección correspondiente correspondiente es h=200 2 W/m °C a) ¿Cuál es la potencia potencia máxima máxima admisible admisible del chip? chip? b) Calcul Calcule e y elabor elabore e una gráfic gráfica a de la potencia potencia admisi admisible ble como función función de h para para el 2 rango 200
Datos

4.Un fluido refrigerante de una unidad de refrigeración construida de acero (k=40 4.Un W/m°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 tanque esta localizado en un ambiente de aire acondicionado a 22ºC y esta es ta aislado con 2´´ de poliestireno (k=0.026   W /m /m°C  °C ) cuya temperatura externa debe ser mantenida cons consta tant nte e e igua iguall a 21ºC. 21ºC. El oper operad ador ora a nota notado do que que hubo hubo un aume aument nto o de temp temper erat atur ura a en el ambi ambien ente te,, debi debido do a un defe defect cto o del del term termos osta tato to del del aire aire acondicionado, ocasionando una variación de 10ºC en la temperatura de la superficie externa del aislamiento térmico Calcule: a) La razón de variación de T.C.a través del tanque b) b) El espesor espesor del aislante para para las nuevas nuevas condiciones ambientales ambientales

6.Se requiere calcularla pérdida de calor de un hombre en un ambiente donde la temperatura de la paredes 27ºC y del ambiente es de 20ºC si el ser  humano tiene una temperatura superficial de 32ºC y un coeficiente de transferencia de calor por convección entre el hombre y el ambiente y emisividad de 3 W /m2 °C  y ε   =0.9   respectivamente, se sabe que un ser humano normal tiene una superficie corporal de1.5m2, despreciar  la resistencia térmica de la ropa. Calcular también la energía perdida en 24h.

10. Una casa tiene una pared compuesta de madera (Lm=10 mm, k=0.109 W/m°C , aislante de fibra de vidrio (Lf=100 mm, k=0.035W /m°C  y tablero de yeso (Ly=20 mm, k=0.814 W/m°C), como se indica en el esquema. En un día frio de invierno los coeficientes de transferencia de calor por  convección son hi=60 W/m2°C y he=30   W/m2°C  el área total de la superficie es de 350 m2 si el aire interior se mantiene a 20ºC a) Determine una expresión simbólica para la resistencia térmica total de la pared incluyendo los efectos de convección interior y exterior para las condiciones establecidas. b) Determine la expresión para la perdida de calor a través de la pared. c) Grafique la potencia disipada en función del tiempo. d) Calcule la energía calorífica transmitida del interior al exterior para un día. Si las condiciones mas realistas en las que el aire exterior se caracteriza por una temperatura que varia con el día (tiempo), de la forma

11.Por un tubo de material (AISI 304) de 2 ”  de diámetro interior y ½”  de espesor, circula vapor a 5 Bar   y esta expuesto al medio ambiente de 30ºC con un coeficiente de convección de 10 W/m 2°C ,calcular el flujo de calor por la tubería por metro de longitud.

12.Una mezcla química se almacena en un contenedor esférico (k=50   W/m°C ) cuyo radio exteriores de 208 mm y un espesor de 20 mm En la pared interna de la esfera la temperatura se mantiene constante a 150ºC. Calcular la transferencia de calor si este esta expuesto al medioambiente de 15ºC y un h=12.25W /m2 °C . Se propone cubrir con una capa de aislante  “lana de vidrio” de espesor  10 mm  para reducir las perdidas de calor; en que porcentaje disminuye la T.C.con el aislante.   DATOS

1) Una chimenea de hormigón armado con diámetro interior D 2  = 800

mm, diámetro exterior D3 = 1300 mm, debe ser revestida por dentro con refractario. Determinar el espesor del revestimiento y la temperatura T 3  de la superficie exterior de la chimenea, partiendo de la condición de que las pérdidas de calor de un metro de la chimenea no excedan de 2000 W/m, y de que la temperatura T 2 de la superficie interior de la pared de hormigón armado no supere 200 °C. La temperatura de la superficie interior del revestimiento es de T1= 425 °C; el coeficiente de conductividad térmica de revestimiento es K1   = 0.5 W/m°C; el coeficiente de conductividad térmica del hormigón es K2 = 1.1 W/m°C.

2) Calcular las pérdidas de calor de 1m de una tubería no aislada con diámetro d1/d2 = 150/165 mm tenía al aire libre cuando por el interior de ésta corre agua con una temperatura media T1 = 90°C y la temperatura ambiente Ta  = -15°C. El coeficiente de conductividad térmica del material del tubo es K = 50 W/m°C. El coeficiente de transferencia de calor para el agua y el tubo es 1000 W/m2°C y el del tubo y el ambiente es 12 W/m2°C. Determinar también las temperaturas en las superficies interior y exterior del tubo.

2 (Conductividad variable)

2 (Generación)

Problema 03

4 (Aletas)

Problema 5

B:

Problema.- Una aleta anular de aluminio de perfil rectangular se une a un tubo circular que tienen un diámetro externo de 25mm y a una temperatura superficial de 250 °C. La aleta es de 1mm de espesor y 10mm de longitud y la temperatura y el coeficiente de convección asociados con el fluido adyacente son 25°C y 2 5 W/m2K, respectivamente. a) ¿Cuál es la perdida de calor por la aleta? b) Si 200 de estas aletas están espaciadas en incrementos de 5mm a lo largo de la longitud del tubo. c) ¿Cuál es la perdida de calor por metro de longitud del tubo?

Problema  Unas aletas anulares de aluminio de perfil rectangular están unidas a un tubo circular que tiene un diámetro externo de 50 mm y una temperatura de superficie externa de 200°C. Las aletas tienen 4 mm de espesor y 15 mm de longitud. El sistema esta en contacto con aire ambiental a una temperatura de 20°C y el coeficiente de transferencia por convección es 40 W/m2K. k = 240 W/m.K a) ¿Cuáles son la eficiencia y la efectividad de la aleta? b) Si hay 125 de estas aletas por metro de longitud de tubo, ¿Cuál es la transferencia de calor por unidad de longitud del tubo?