Una cacerola de aluminio cuya conductividad térmica es 237 W/m · °C tiene un fondo plano con un diámetro de 15 cm y un espesor de 0.4 cm. Se transfiere calor de manera estacionaria a través del fondo, hasta hervir agua en la cacerola, con una razón de 800 W. Si la superficie interior del fondo de la cacerola está a 105°C, determine la temperatura de la superficie exterior de ella. 1-58
Solución:
Un medidor de flujo de calor sujeto a la superficie interior de la puerta de un refrigerador que tiene 3 cm de espesor indica que se tiene un flujo de 25 W/m2 a través de esa puerta. Asimismo, se miden las temperaturas de las superficies interior y exterior de la puerta y resultan ser 7°C y 15°C, respectivamente. Determine la conductividad térmica promedio de la puerta del refrigerador. 1-63
Solución:
Considere una persona que se encuentra parada en un cuarto que se mantiene a 20°C en todo momento. Se observa que las superficies de las paredes, pisos y techo de la casa están a una temperatura promedio de 12°C en el invierno y 23°C en el verano. Determine las razones de la transferencia de calor entre esta persona y las superficies circundantes, tanto en el verano como en el invierno, si el área superficial expuesta, la emisividad y la temperatura promedio de la superficie exterior de esa persona son 1.6 m2, 0.95 y 32°C, respectivamente. 1-64
1-60
En cierto experimento se usan muestras cilíndricas con un diámetro de 4 cm y una longitud de 7 cm (véase la figura 1-30). Los dos termopares en cada una de las muestras se colocan con 3 cm de separación. Después de los transitorios iniciales, se observa que el calentador eléctrico consume 0.6 A a 110 V y los dos termómetros diferenciales dan como lectura una diferencia de temperatura de 10°C. Determine la conductividad térmica de la muestra.
Solución:
Solución:
Para los fines de la transferencia de calor, un hombre de pie se puede considerar como si fuera un cilindro vertical de 30cm de diámetro y 170 cm de longitud, con las superficies superior e inferior aisladas y con la superficie lateral a una temperatura promedio de 34°C. Para un coeficiente de transferencia de calor por convección de 20 W/m2 · °C, determine la ra zón de la pérdida de calor de este hombre, por convección, en un medio ambiente a 18°C. 1-66
El calor generado en la circuitería sobre la superficie de un chip de silicio ( k _ 130 W/m · °C) se conduce hasta el sustrato de cerámica al cual está sujeto. El chip tiene un tamaño de 6 mm _ 6 mm y un espesor de 0.5 mm y disipa 3 W de potencia. Descartando cualesquiera transferencias de calor a través de las superficies laterales de 0.5 mm de altura, determine la diferencia de temperatura entre las superficies del frente y posterior del chip operando en estado estacionario. 1-69
Solución:
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.
Solución:
1-67
Solución:
Un calentador a base de resistencia eléctrica, con diámetro de 0.5 cm y temperatura superficial de 120ºC, está inmerso en 75 kg de agua cuya temperatura inicial es de 20ºC. Determine cuánto tiempo tomará a este calentador elevar la temperatura del agua a 80ºC. Asimismo, determine los coeficientes de transferencia de calor por convección al principio y al final del proceso de calentamiento. 1-70
Solución:
Un tubo de agua caliente con un diámetro exterior de 5 cm y de 10 m de largo, a 80°C, está perdiendo 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. 1-71
Solución:
Un transistor con una altura de 0.4 cm y un diámetro de 0.6 cm está montado sobre un tablero de circuito. El transistor se enfría por aire que fluye sobre él con un coeficiente promedio de transferencia de calor de 30 W/m2 · °C. Si la temperatura del aire es de 55°C y la temperatura de la caja del transistor no debe ser mayor de 70°C, determine la cantidad de potencia que este transistor puede disipar con seguridad. Descarte toda transferencia de calor desde la base del transistor. 1-78
Solución:
1-77
Una hielera cuyas dimensiones exteriores son 30 cm _40 cm _ 40 cm está hecha de espuma de estireno (k _ 0.033 W/m · °C). Inicialmente la hielera está llena con 28 kg de hielo a 0°C y la temperatura de la superficie interior se puede tomar como 0°C en todo momento. El calor de fusión del hielo a 0°C es 333.7 kJ/kg y el aire ambiente circundante está a 25°C. Descartando toda transferencia de calor desde la base de 40 cm _ 40 cm de la hielera, determine cuánto tiempo transcurrirá para que el hielo que está dentro de ella se derrita por completo, si las superficies exteriores de la misma están a 8°C.
Solución:
Considere una caja electrónica sellada de 20 cm de alto, cuyas dimensiones de la base son 40 cm _ 40 cm, colocada en una cámara al vacío. La emisividad de la superficie exterior de la caja es 0.95. Si los componentes electrónicos que están en la caja disipan un total de 100 W de potencia y la temperatura de la superficie exterior de ella no debe de sobrepasar 55°C, determine la temperatura a la cual deben mantenerse las superficies circundantes si esta caja se va a enfriar sólo por radiación. Suponga que la transferencia de calor desde la superficie inferior de la caja hacia el pedestal es despreciable. 1-86
Solución:
En el verano, las superficies interna y externa de una pared de 25 cm de espesor se encuentran a 27°C y 44°C, respectivamente. La superficie exterior intercambia calor por radiación con las superficies que la rodean a 40ºC, y por convección con el aire del ambiente, también a 40ºC, con un coeficiente de transferencia de 8 W/m2 · °C. La radiación solar incide sobre la superficie a razón de 150 W/m2. Si tanto la emisividad como la capacidad de absorción de la superficie exterior son de 0.8, determine la conductividad térmica efectiva de la pared. 1-97
Se deja una plancha de 1 000 W sobre una tabla de planchar con su base expuesta al aire a 20°C. El coeficiente de transferencia de calor por convección entre la superficie de la base y el aire circundante es 35 W/m2 · °C. Si la base tiene una emisividad de 0.6 y un área superficial de 0.02 m2, determine la temperatura de la base de la plancha. 1-101
La superficie exterior de una nave en el espacio tiene una emisividad de 0.8 y una absortividad solar de 0.3. Si la radiación solar incide sobre la nave espacial a razón de 950 W/m2, determine la temperatura superficial de esta última cuando la radiación emitida es igual a la energía solar absorbida. 1-102
