4. La ropa hecha de varias capas delgadas de tela con aire atrapado entre ellas, con frecuencia llamada ropa para esquiar, es de uso común en los climas fríos porque es ligera, elegante y un aislador térmico muy eficaz. De modo que no es sorprendente que esa ropa ha ya reemplazado en gran parte los antiguos abrigos gruesos y pesados. Considere una chaqueta hecha de cinco capas de tela sintética ( k _ 0.13 W/m · °C) de 0.1 mm de espesor con un espacio lleno de aire ( k _ 0.026 W/m · °C) de 1.5 mm de espesor entre ellas. Si la temperatura de la superficie interior de la chaqueta es de 28°C y el área superficial es de 1.25 m 2, determine la razón de la pérdida de calor a través de ella cuando la temperatura en el exterior es de 0°C y el coeficiente de transfer encia de calor en la superficie exterior es de 25 W/m 2 · °C. ¿Cuál sería su respuesta si la chaqueta estuviera hecha de una sola capa de tela sintética de 0.5 mm de espesor? ¿Cuál sería el espesor de una tela de lana ( k _ 0.035 W/m · °C) si la persona debe lograr el mismo nivel de comodidad térmica usando un grueso abrigo de lana en lugar de una chaqueta para esquiar de cinco capas?
Una capa está hecha de 5 capas de tela sintética de 0,1 mm de espesor separadas por un espacio de aire de 1,5 mm de espesor. La velocidad de pérdida de calor a través de la camisa debe determinarse y el resultado debe compararse con la pérdida de calor a través de una camisa sin el espacio de aire. También, se determinará el espesor equivalente de un revestimiento de lana. Suposiciones 1 La transferencia de calor es estable ya que no hay indicación de cambio con el tiempo. 2 La transferencia de calor a través de la camisa es unidimensional. 3 Las conductividades térmicas son constantes. 4 Los coeficientes de transferencia de calor son responsables de la transferencia de calor por radiación. Propiedades Las conductividades térmicas se dan para ser k = 0,13 W / m ⋅ ° C para la tela sintética, k = 0,026 W / m⋅ ° C para el aire y k = 0,035 W / m ⋅ ° C para la tela de lana. Análisis La red de resistencia térmica y las resistencias térmicas individuales son
5. Un horno de 5 m de ancho, 4 m de alto y 40 m de largo usado para curar tubos de concreto está hecho con paredes y techo de concreto ( k _ 0.9 W/m · °C). El horno se mantiene a 40°C por la inyección de vapor de agua caliente en él. Los dos extremos del horno, con un tamaño de 4 m _ 5 m, están hechos de lámina metálica de 3 mm de espesor cubierto con espuma de estireno ( k _ 0.033 W/m · °C) de 2 cm de espesor. Los coeficientes de transferencia de calor por convección sobre las superficies interior y exterior del horno son de 3 000 W/m 2 · °C y 25 W/m 2 · °C, respectivamente. Si se descarta cualquier pérdida de calor a través del piso, determine la razón de la pérdida de calor del horno cuando el aire ambiente está a – 4°C.
Un horno está hecho de paredes de hormigón de 20 cm de espesor y techo. Los dos extremos del horno están hechos de chapa fina cubierta con espuma de espuma de 2 cm de espesor. Para temperaturas interiores y exteriores especificadas, se debe determinar la velocidad de transferencia de calor del horno. Suposiciones 1 La transferencia de calor es estable ya que no hay indicación de cambio con el tiempo. 2 La transferencia de calor a través de las paredes y el techo es unidimensional. 3 Las conductividades térmicas son constantes. 4 Los coeficientes de transferencia de calor son responsables de la transferencia de calor por radiación. 5 La pérdida de calor a través del suelo es insignificante. 6 La resistencia térmica de la chapa es insignificante. Propiedades Las conductividades térmicas se dan para ser k = 0,9 W / m ⋅ ° C para el hormigón y k = 0,033 W / m⋅ ° C para el aislamiento de espuma de poliestireno. Análisis En este problema hay una cuestión de qué área de superficie utilizar. Usaremos el área superficial externa para la resistencia de convección externa, el área de superficie interna para la resistencia de convección interna y el área promedio para la resistencia de conducción. O podríamos utilizar las superficies interiores o exteriores en el cálculo de todas las resistencias térmicas con poca pérdida de precisión. Para la parte superior y las dos superficies laterales:
3. Dos barras de aluminio (k 176 W/m · °C) de 5 cm de diámetro y 15 cm de largo, con las superficies esmeriladas, se comprimen una contra la otra co n una presión de 20 atm. Las barras están encerradas en un manguito de aislamiento y, por t anto, la transferencia de calor desde las superficies laterales es despreciable. Si las superficies superior e inferior del sistema de dos barras de mantienen a las temperaturas de 150°C y 20°C, respectivamente, determine a) la razón de la transferencia de calor a lo largo de los cilindros en condiciones estacionarias y b) la caída de temperatura en la interfase. Solucion
Dos barras cilíndricas de aluminio con superficies rectificadas se presionan entre sí en un aislamiento manga. Para temperaturas de superficie superior e inferior especificadas, la velocidad de transferencia de calor a lo largo de los cilindros y Se determinará la caída de temperatura en la interfase. Supuestos 1 Existen condiciones de funcionamiento constantes. 2 La transferencia de calor es unidimensional en la dirección axial Ya que las superficies laterales de ambos cilindros están bien aisladas. 3 Las conductividades térmicas son constantes. La Propiedades conductividad térmica de las barras de aluminio Se da para ser k = 176 W / m⋅ ° C. El contacto Conductancia en la interfaz de aluminio-aluminio Placas para el caso de superficies de tierra y de 20 a tm ≈ 2 MPa de presión es hc = 11.400 W / m2 ºC Análisis (a) La red de resistencia térmica en este Caso consta de dos resistencias de conducción y la Resistencia de contacto, y están determinados:
Entonces la velocidad de transferencia de calor es
Por lo tanto, la velocidad de transferencia de calor a través de las barras es de 142,4 W. (B) Se determina que la caída de temperatura en la interfase es:
4.
Una placa de cobre (386 W / m · ° C) de 1 mm de espesor Está comprimido entre dos tableros de material epóxico (k 0,26 W / m · ° C) de 5 mm de espesor y tienen un tamaño de 15 Cm 20 cm. Si es que la conducta térmica sobre Dos lados de la placa de cobre es de 6 000 W / m · ° C, determine El error en el que se incurre en la resistencia térmica total De la placa y se desconocen las conductas térmicas por contacto.
Solucion
Una delgada placa de cobre está intercalada entre dos placas de epoxi. El error implicado en el total térmico Se debe determinar la resistencia de la placa si se ignoran las conductancias del contacto térmico. Supuestos 1 Existen condiciones de funcionamiento constantes. 2 La transferencia de calor es unidimensional ya que la placa es
grande. 3 Las conductividades térmicas son constantes. Propiedades Las conductividades térmicas se dan para ser k = 386 W / m ⋅ ° C para las placas de cobre yk = 0.26 W / m⋅ ° C para tableros epoxi. La conductancia de contacto en la interfase de capas de cobre-epoxi se da para ser Hc = 6000 W / m2 ºC. Análisis Las resistencias térmicas de diferentes capas para superficie unitaria de 1 m2 son:
La resistencia térmica total es
Entonces se determina que el porcentaje de error implicado en la resistencia térmica total de la placa si se omiten las resistencias de contacto térmico es
6. }Considere una lámina de vidrio epóxico ( k _ 0.10 Btu/h · ft · °F) de 6 in _ 8 in cuyo espesor es de 0.05 in. Con el fin de reducir la resistencia térmica a través de su espesor, se van a plantar en todo el tablero rellenos cilíndricos de cobre (k _ 223 Btu/h · ft · °F) de 0.02 in de diámetro, con una distancia de centro a centro de 0.06 in. Determine el nuevo valor de la resistencia térmica del tablero de vidrio epóxico para la conducción del calor a través de su espesor como resultado de esta modificación.
La resistencia térmica de un laminado de vidrio epoxídico a través de su espesor se reduce mediante la plantación de rellenos de cobre cilíndricos a lo largo. Debe determinarse la resistencia tér mica de la placa epoxídica para la conducción de calor a través de su espesor como resultado de esta modificación. Supuestos 1 Existen condiciones de funcionamiento constantes. 2 La transferencia de calor a t ravés de la placa es unidimensional. 3 Las conductividades térmicas son constantes. Propiedades Las conductividades térmicas se dan para ser k = 0,10 Btu / h ⋅ft⋅ ° F para laminado de vidrio epoxi y k = 223 Btu / h⋅ft⋅ ° F para rellenos de cobre. Análisis Las resistencias térmicas de los rellenos de cobre y la placa epoxi están en paralelo. El número de rellenos de cobre en el tablero y el área
