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ESCUELA TECNOLÓGICA INSTITUTO TÉCNICO CENTRAL LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA
INTRODUCCIÓN A LA TRANSFERENCIA DE CALOR
Fundamentos teóricos
- ¿Qué es la razón de transferencia de calor? ¿Flux de calor?
- ¿Qué relación existe entre la termodinámica y la transferencia de calor?
- ¿Qué es la conductividad térmica?
- ¿Cuáles son los mecanismos de transferencia de calor? De tres ejemplos
de cada uno que se puedan observar aplicados a la Ingeniería Mecánica.
- ¿Por qué no se puede determinar el coeficiente de transferencia de calor
convectivo (h) en tablas? ¿Por qué la conductividad y emisividad sí se
pueden determinar en tablas?
- ¿Cuál es mejor conductor de calor? Justifique la respuesta.
Agua o hidrógeno.
Madera o manganeso.
Diamante o plata.
Ejercicios
- Un bloque cúbico de hierro caliente de 20 cm de lado, se enfría a una tasa
promedio de 100 W. ¿Cuál es el flujo de calor en cada una de las caras?
- Se enfrían bolas de acero a 140°C con un calor específico de 0.4 kJ/kg*°C,
en un baño de aceite a una temperatura promedio de 85°C a razón de 35
bolas por minuto. Si la masa promedio de las bolas de acero es de 1.2 kg.
¿Cuál es la tasa de transferencia de calor de las bolas al aceite?
- Las superficies interior y exterior de un muro de ladrillos de 5 m x 8 m, con
espesor de 25 cm y conductividad térmica de 0.57 W/m*K, se mantienen a
las temperaturas de 18° C y 3°C, respectivamente. Determine la razón de la
transferencia de calor a través del muro, en W.
- Una olla de aluminio tiene un fondo con un diámetro de 20 cm y un espesor
de 0.8 cm. Se transfiere calor de manera estacionaria a través del fondo,
hasta hervir agua en la cacerola, con una razón de 700 W. Si la superficie
interior del fondo de la olla está a 105°C, determine la temperatura de la
superficie exterior de ella.
- Se sopla aire caliente a 90°C sobre una superficie plana de 3 m x 5 m que
está a 25°C. Si el coeficiente promedio de transferencia de calor por
convección es de 55 W/ m
2
*°C, determine la razón de transferencia de calor
del aire a la placa, en W.
- Entra amoniaco a 21°C a un tubo, a razón de 1.25 kg/s y se calienta hasta
55°C. ¿Cuál es la razón de la transferencia de calor?
- Se pierde calor a razón de 600 W a través de una pared de ladrillos, que
tiene 4 m de ancho por 4 m de largo y 25 cm de espesor. Si la superficie
interior de la pared está a 25°C, ¿Cuál es la temperatura en el plano
medio?
- Se puede hacer una aproximación de la cabeza de una persona como una
esfuerza de 30 cm de diámetro a 36°C, con una emisividad de 0.95. Se
pierde calor de la cabeza hacia el aire de los alrededores que se encuentra
a 25°C por convección con un coeficiente de transferencia de calor de 11
W/
m
2
*°C, y por radiación hacia los alrededores que están a 10°C. Si se
descarta el cuello, ¿Cuál es la razón total de la pérdida de calor desde la
cabeza?
- Una superficie negra de 3 m
2
, que está a 140°C, está perdiendo calor hacia
el aire de los alrededores que se encuentra a 35°C, por convección con un
coeficiente de transferencia de calor de 16 W/ m
2
*°C, y por la radiación hacia
los alrededores que están a 15°C. ¿Cuál es la razón total de la pérdida de
calor de la superficie?
- Determinar el flujo de calor transferido por un material cuyo espesor es 1,
pulgadas y que mantienen sus dos caras en una temperatura uniforme de
100 F y 70 F. La conductividad térmica del material es 0,11 Btu/h ft F.
- Se determina que el flujo de calor a través de una tabla de madera de 50
mm de espesor, cuyas temperaturas sobre las superficies interna y externa
son 40 C y 20 C, respectivamente, es 40 W/m
2
. Cuál es la conductividad
térmica del material?
- Sobre un cilindro largo, de 25 mm de diámetro con un calentador eléctrico
interno, fluye aire a 40 C. En una serie de ensayos, se realizaron
mediciones de la potencia por unidad de longitud, P, que se requiere para
mantener la temperatura superficial del cilindro a 300 C, a diferentes
velocidades de la corriente libre del aire. Los resultados son los siguientes:
Velocidad
aire (m/s)
Potencia
por unidad
de longitud
(W/m)
Determinar el coeficiente de convección para cada velocidad y muestre
gráficamente los resultados ( h Vs V).
