Taller 3 de Transferencia de Calor
Profesor: Julián Jaramillo
Fecha de Entrega: 25 de Octubre de 2016
Ejercicio uno Un cono truncado solido sirve de soporte de un sistema que mantiene la cara superior (trunca) del cono a una temperatura , mientras que la base del cono está a una temperatura <
Una conductividad térmica del solido depende de la temperatura de acuerdo con la relación k = ka — aT, aT, donde a es una constante positiva, y los lados del cono están bien aislados. Las siguientes cantidades ¿aumentan, disminuyen o permanecen igual con el aumento en x; la velocidad de transferencia de calor el flujo de calor , la conductividad termica k y el gradiente de temperatura dT/dx? ,
Ejercicio 2 Una casa tiene una pared compuesta de madera, aíslante de fibra de vidrio y tablero de yeso, como se indica en el esquema. En un día frío los coeficientes de transferencia de calor por convección son h_o= 60 W/m^2*k y h_i=30 W/m^2*K. El área total de la superficie es 350 m^2.
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 pérdida total de calor a través de la pared. c) Si el viento soplara de manera violenta, elevando ℎ = 300
∗
, determine el
porcentaje de aumento en la pérdida de calor. d) ¿Cuál es la resistencia controladora que determina la cantidad de flujo de calor a través de la pared? Ejercicio tres Una persona que toma un baño de sol en la playa absorbe el 70% de la radiación proveniente del sol que es de 1000
. La epidermis (piel externa), con conductividad térmica k=0.62
W/mK, se considera de espesor 0.5 cm, y su emisividad igual a 0.95. El coeficiente de transmisión de calor por convección entre la epidermis y la sangre en el torrente capilar adyacente a la epidermis es de 430
2
. El coeficiente de transferencia de calor entre la
superficie de la epidermis y el aire es de 15
2
. Si la temperatura de la sangre es de 37.0 °C,
la temperatura del aire es de 32 °C, y la pérdida de calor por evaporación es de 150 W/m2, calcular: a) La temperatura de la superficie externa (en contacto con el aire) de la epidermis. b) El calor neto perdido a través de la epidermis. Ejercicio cuatro El vapor que fluye a través de un tubo largo de pared delgada mantiene la pared del tubo a una temperatura uniforme de 500 K. El tubo está cubierto con una manta aislante compuesta con dos materiales diferentes, A y B. Se supone que la interfaz entre los dos materiales tiene una resistencia de contacto infinita, y que toda la sup erficie externa está expuesta al aire, para el cual ⧞ = 300K y ℎ = 25
. 2 ∗
(a) Dibuje el circuito térmico del sistema. Usando los símbolos precedentes, marque todos los nodos y resistencias pertinentes. (b) Para las condiciones que se establecen, ¿Cuál es la pérdida total de calor del tubo? ¿Cuáles son las temperaturas de la superficie externa , , ? Ejercicio cinco Una pared plana de espesor 0.1 y conductividad térmica 25 calor volumétrica uniforme de 0.3
∗
, con una generación de
se aísla en uno de sus lados mientras que el otro lado
se expone a un fluido a 92°C El coeficiente de transferencia de calor por convección entre la pared y el fluido es 500
2 ∗
Determine la temperatura máxima en la pared.
Ejercicio seis Un reactor nuclear de altas temperaturas enfriado por gas consiste en una pared cilíndrica compuesta para la que un elemento de combustible de torio ( = 5 7
∗
) se encapsula en
grafito (k =3 W/m K) y para la cual fluye helio gaseoso por un canal anular de enfriamiento. Considere condiciones para las que la temperatura del helio es ⧞ = 600 y el coeficiente de convección en la superficie externa del grafito es ℎ = 2000 ∗ . •
