Problemas de transferencia de calor
Del libro que les di, vayan resolviendo los siguientes problemas: 1-68, 1-
62,1-73, 1-83,1-89, 1-120 y 1-121 estan fáciles solo es de sustituir.
1-62 Una manera de medir la conductividad térmica de un material es colocar
como en un emparedado un calentador eléctrico de lámina térmica entre dos
muestras rectangulares idénticas de ese material y aislar profusamente los
cuatro bordes exteriores, como se muestra en la figura. Los termopares
sujetos
a las superficies interiores y exteriores de las muestras registran las
temperaturas.
1-68 Se sopla aire caliente a 80°C sobre una superficie plana de 2 m & 4 m
que está a 30°C. Si el coeficiente promedio de transferencia de calor por
convección es 55 W/m2 · °C, determine la razón de transferencia de calor
del aire a la placa, en kW. Respuesta: 22 kW
1-73 Un tubo de agua caliente con un diámetro exterior de 5 cm y de 10 m de
largo, a 80°C, está ardiendo calor hacia el aire circundante, a 5°C, por
convección natural con un coeficiente de transferencia de calor de 25 W/m2
· °C. Determine la razón de la pérdida de calor del tubo por convección
natural, en W. Respuesta: 2945 W
1-83 Considere una persona cuya área superficial expuesta es de 1.7 m2, su
emisividad es 0.5 y su temperatura superficial es de 32°C. Determine la
razón de la pérdida de calor por radiación de esa persona en un cuarto
grande que tiene paredes a una temperatura de a) 300 K y b) 280 K.
Respuestas: a) 26.7 W, b) 121 W
1-89 Un cable eléctrico de 2.1 m de largo y 0.2 cm de diámetro es extendido
a través de una habitación que se mantiene a 20°C. En el cable se genera
calor como resultado de la disipación de la energía eléctrica; al medirse
la temperatura de la superficie del cable, resulta ser de 180°C en
condiciones de operación estacionaria. Asimismo, al medirse el voltaje y la
corriente eléctrica en el cable, resultan ser de 110 V y 3 A,
respectivamente. Si se ignora cualquier transferencia de calor por
radiación, determine el coeficiente de transferencia de calor por
convección para la transferencia entre la superficie externa
del cable y el aire de la habitación. Respuesta: 156 W/m2 · °C
1-120 Se sabe bien que el viento hace que el aire frío se sienta mucho más
frío como resultado del efecto de enfriamiento por el viento, que se debe
al aumento en el coeficiente de transferencia de calor por convección junto
con el aumento en la velocidad del aire. El efecto de enfriamiento por el
viento suele expresarse en términos de factor de enfriamiento por el
viento, el cual es la diferencia entre la temperatura real del aire y la
temperatura equivalente del aire en calma. Por ejemplo, un factor de
enfriamiento por el viento de 0°C, para una temperatura real del aire de
5°C, significa que el aire ventoso a 5°C se siente tan frío como el aire en
calma a $15°C. En otras palabras, una persona desprenderá tanto calor hacia
el aire a 5°C, con un factor de enfriamiento por el viento de 20°C, como el
que perdería en aire en calma a $15°C. Para los fines de la transferencia
de calor, un hombre de pie se puede modelar como un cilindro vertical de 30
cm de diámetro y 170 cm de largo, con las superficies tanto de arriba como
de abajo aisladas y con la superficie lateral a una temperatura promedio de
34°C. Para un coeficiente de transferencia de calor por convección de 15
W/m2 · °C, determine la rapidez de la pérdida de calor de este hombre, por
convección, en aire en calma a 20°C. ¿Cuál sería su respuesta si el
coeficiente de transferencia de calor por convección se incrementara hasta
30 W/m2 · °C como resultado de los vientos? ¿Cuál es el factor de
enfriamiento por el viento en este caso? Respuestas: 336 W, 672 W, 6°C
1-121 Una placa metálica delgada tiene aislada la parte posterior y la
superficie del frente expuesta a la radiación solar. La superficie expuesta
de la placa tiene una absortividad de 0.7 para la radiación solar. Si la
radiación solar incide sobre la placa a razón de 550 W/m2 y la temperatura
del aire circundante es de 10°C, determine la temperatura superficial de la
placa cuando la pérdida de calor por convección es igual a la energía solar
absorbida por dicha placa. Tome el coeficiente de transferencia de calor
por convección como 25 W/m2 · °C y descarte cualquier pérdida de calor por
radiación.
3-20 Considere una ventana de hoja doble de 1.5 m de alto y 2.4 m de ancho
que consta de dos capas de vidrio (k " 0.78 W/m · °C) de 3 mm de espesor
separadas por un espacio de aire estancado (k " 0.026 W/m · °C) de 12 mm de
ancho. Determine la razón de transferencia de calor estacionaria a través
de esta ventana de hoja doble y la temperatura de su superficie interior
para un día durante el cual el cuarto se mantiene a 21°C en tanto que la
temperatura del exterior es de –5°C. Tome los coeficientes de transferencia
de calor por convección sobre las superficies interior y exterior de la
ventana como h1 " 10 W/m2 · °C y h2 " 25W/m2 · °C y descarte cualquier
transferencia de calor por radiación. Respuestas: 154 W, 16.7°C
3-56 Una pared de 4 m de alto y 6 m de ancho consiste en ladrillos con una
sección transversal horizontal de 15 cm # 25 cm (k " 0.72 W/m · °C)
separados por capas de mezcla (k " 0.22 W/m · °C) de 3 cm de espesor.
También se tienen capas de mezcla de 2 cm de espesor sobre cada lado de la
pared y una es-puma rígida (k " 0.026 W/m · °C) de 2 cm de espesor sobre el
lado interior de la misma. Las temperaturas en el interior y el exterior
son de 22°C y –4°C y los coeficientes de transferencia de calor por
convección sobre los lados interior y exterior son h1 " 10 W/m2 · °C y h2 "
20 W/m2 · °C, respectivamente. Si se supone una transferencia
unidimensional de calor y se des-carta la radiación, determine la razón de
la transferencia de calor a través de la pared.
3-61 Considere una pared de 5 m de alto, 8 m de largo y 0.22 m de espesor
cuya sección transversal representativa se da en la figura. Las
conductividades térmicas de los diversos materiales usados, en W/m · °C,
son kA " kF " 2, kB " 8, kC " 20, kD " 15 y kE " 35. Las superficies
izquierda y derecha de la pared se mantienen a las temperaturas uniformes
de 300°C y 100°C, respectivamente. Si la transferencia de calor a través de
la pared es unidimensional, determine a) la razón de la transferencia de
calor a través de ella; b) la temperatura en el punto en el que se
encuentran las secciones B, D y E, y c) la caída de temperatura a través de
la sección F. Descarte cualesquiera resistencias por contacto entre las
interfaces.
NOMBRE: ANTONIO DE JESUS HERNANDEZ HERNANDEZ
MATRICULA: 700408
MATERIA: TARNSFERENCIA DE CALOR
MAESTRO: Ing. MARIO ALADRO
FECHA:31/08/16
ESCUELA: UNIVERSIDAD REGIOMONTANA
LUGAR: MONTERREY
*TAREA: REALIZAR DE PROBLEMAS
*TAREA: LINEA DE TIEMPO
*TAREA: REALIZAR DE PROBLEMAS 2° GUNDA PARTE
LINE DEL TIEMPO
Antoine Lavoisier 1789 Teoria do Calórico
las moléculas de todos los cuerpos de la
naturaleza están en un estado de
equilibrio, entre la atracción que tiende
a aproximarlas, y la acción del calórico,
que tiende a separarlas. Según su mayor o
menor cantidad de calórico, los cuerpos
son gas, líquido o sólido
Benjamin Thompson 1798
Thompson descubre que el calor es una forma de
movimiento y postula la idea de que la energía
mecánica puede convertirse en calor. Como
encargado de la fabricación de cañones en
Baviera, Thompson observa que el supuesto fluído
calórico que se debe desprender por la acción de
los taladros sobre los bloques de metal es
excesivo. Dicha observación lo lleva a concluir
que la energía mecánica es la que se transforma
en calor.
Sadi Carnot 1824
Escribió su trabajo cumbre en 1824 a los 23
años, su famosa obra "Reflexiones sobre la
potencia matriz del fuego y sobre las máquinas
adecuadas para desarrollar esta potencia" en la
que introduce el concepto de transformaciones
cíclicas, aplica a ellas el concepto de
reversibilidad y enuncia lo que hoy conocemos
con el nombre de ciclo de Carnot (ciclo
reversible ditermo, compuesto por dos
transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas),
demostrando que tal ciclo, que no puede ser
realizado por una máquina ideal, presenta un
rendimiento que sólo depende de la temperatura
de las fuentes (caldera y refrigerante) entre
las que evoluciona el sistema.
Enuncia la imposibilidad del móvil perpetuo, concluyendo que no puede
existir una máquina real que tenga un rendimiento mayor que una máquina
reversible, funcionando ambas entre las mismas fuentes caloríficas.
Estos trabajos, poco comprendidos por sus contemporáneos, fueron más tarde
reconocidos en Alemania por Rudolf Clausius (quien los difundió) y por Lord
Kelvin en el Reino Unido. Como reconocimiento, el principio de Carnot se
rebautizó como "Principio de Carnot-Clausius".
James Prescott Joule 1840
En 1840 Joule publicó Producción de calor por la
electricidad voltaica, en la que estableció la
ley que lleva su nombre y que afirma que el
calor originado en un conductor por el paso de
la corriente eléctrica es proporcional al
producto de la resistencia del conductor por el
cuadrado de la intensidad de la corriente. En
1848 ya había publica un articulo referente a la
teoría cinética de los gases.
Rudolf Clausius 1850
La tesis de Clausius sobre la refracción de la
luz propuesta que vemos un cielo azul durante el
día, y varios tonos de rojo al amanecer y al
atardecer (entre otros fenómenos), debido a la
reflexión y refracción de la luz. Más tarde,
Lord Rayleigh demostraría que se trataba en
realidad debido a la dispersión de la luz, pero
a pesar de Clausius utiliza un enfoque mucho más
matemático que sus predecesores.
Su papel más famoso, "Über die der Kraft
bewegende Wärme"("En la fuerza motriz del calor
y las Leyes de calor que puede ser dedujo") se
publicó en 1850 y se refería a la teoría
mecánica del calor.
En este trabajo, demostró que existía una contradicción entre Carnot
(principio) y el concepto de conservación de la energía. Clausius reiteró
las dos leyes de la termodinámica para superar esta contradicción la
tercera ley de la termodinamica fue desarrollado por Walther Nernst,
durante el año 1906-1912. Este trabajo lo hizo famoso entre los
científicos.
Durante 1857, Clausius contribuyó al campo de la teoría cinética. En este
mismo trabajo introdujo el concepto de libre recorrido medio de una
partícula.
Clausius deduce la Relación de Clausius-Clapeyron de termodinámica. Esta
relación, que es una manera de caracterizar la fase de transición entre dos
estados de la materia, tales como sólido y líquido, había sido desarrollado
originalmente en 1834 por Émile Clapeyron.