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Taller de Transferencia de Calor: Ejercicios Resueltos, Schemes and Mind Maps of Hydromechanics

Este taller de transferencia de calor presenta una serie de ejercicios resueltos que abarcan conceptos clave como la radiación térmica, la resistencia térmica y la transferencia de calor por convección. Los ejercicios son ideales para estudiantes de ingeniería que buscan practicar y comprender los principios de la transferencia de calor.

Typology: Schemes and Mind Maps

2023/2024

Uploaded on 09/29/2024

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Taller segundo corte
Transferencia de Calor
8BN
Estudiante 1
Oscar Fabián Rojas Millán.
Código
26409
Estudiante 2
Diego Alexander Pabon Amaya
Código
52870
Estudiante 3
Stiven Sotelo.
Código
49027
Estudiante 4
________________________________________________
Código
________
Profesor
Ariel Amaya Avila
Período
2021-2
Fecha
7 de Octubre de 2021
Calificación
________
El siguiente debe ser desarrollado a mano en hojas examen (o en hojas cuadriculadas, o en hojas
blancas, en grupos de 3 a 4 personas y se debe entregar el lunes 7 de octubre 6:00pm a través de
ClassRoom
Se puede apoyar con alguno de los siguientes libros:
Transferencia de calor y masa: Un enfoque práctico. Yunus A. Çengel. McGraw Hill. Tercera
edición
Fundamentos de transferencia de calor. Frank P. Incropera, David P. DeWitt. Pearson. Cuarta
edición.
1. Defina emisividad y absortividad.
La emisividad es la medición de la capacidad de un objeto de emitir energía infrarroja. El
valor de la emisividad se calcula por la proporción de radiación térmica emitida por una
superficie u objeto debido a una diferencia de temperatura con su entorno. La energía
emitida indica la temperatura del objeto.
la absorvidad es la medida de la cantidad de luz absorbida por una disolución, definida como
la unidad de absorbancia por unidad de concentración por unidad de longitud de la
trayectoria de luz. De acuerdo con la Ley de Beer-Lambert, la absortividad es proporcional a
la concentración del soluto absorbente.
2. ¿Qué es un cuerpo negro? ¿En qué difieren los cuerpos reales de los negros?
Un cuerpo negro es un objeto teórico parecido a un agujero negro que absorbe toda la luz y
toda la energía radiante que incide sobre él, constituyendo un sistema físico idealizado para
el estudio de la emisión de radiación electromagnética.
Los objetos reales nunca se comportan como cuerpos negros ideales. En su lugar, la
radiación emitida a una frecuencia dada es una fracción de la emisión ideal. La emisividad
de un material especifica cuál es la fracción de radiación de cuerpo negro que es capaz de
emitir el cuerpo real.
3. ¿Qué representa la resistencia térmica de un medio?
La resistencia térmica de un material representa la capacidad del material de oponerse al
flujo de temperatura. En el caso de materiales homogéneos es la razón entre el espesor y la
conductividad térmica del material; en materiales no homogéneos la resistencia es el inverso
de la conductancia térmica.
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Transferencia de Calor

8BN

Estudiante 1 Oscar Fabián Rojas Millán. Código 26409 Estudiante 2 Diego Alexander Pabon Amaya Código 52870 Estudiante 3 Stiven Sotelo. Código 49027 Estudiante 4 ________________________________________________ Código ________ Profesor Ariel Amaya Avila Período 2021 - 2 Fecha 7 de Octubre de 2021 Calificación ________ El siguiente debe ser desarrollado a mano en hojas examen (o en hojas cuadriculadas, o en hojas blancas, en grupos de 3 a 4 personas y se debe entregar el lunes 7 de octubre 6 :00pm a través de ClassRoom Se puede apoyar con alguno de los siguientes libros:

  • Transferencia de calor y masa: Un enfoque práctico. Yunus A. Çengel. McGraw Hill. Tercera edición
  • Fundamentos de transferencia de calor. Frank P. Incropera, David P. DeWitt. Pearson. Cuarta edición.
  1. Defina emisividad y absortividad. La emisividad es la medición de la capacidad de un objeto de emitir energía infrarroja. El valor de la emisividad se calcula por la proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto debido a una diferencia de temperatura con su entorno. La energía emitida indica la temperatura del objeto. la absorvidad es la medida de la cantidad de luz absorbida por una disolución, definida como la unidad de absorbancia por unidad de concentración por unidad de longitud de la trayectoria de luz. De acuerdo con la Ley de Beer-Lambert, la absortividad es proporcional a la concentración del soluto absorbente.
  2. ¿Qué es un cuerpo negro? ¿En qué difieren los cuerpos reales de los negros? Un cuerpo negro es un objeto teórico parecido a un agujero negro que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él, constituyendo un sistema físico idealizado para el estudio de la emisión de radiación electromagnética. Los objetos reales nunca se comportan como cuerpos negros ideales. En su lugar, la radiación emitida a una frecuencia dada es una fracción de la emisión ideal. La emisividad de un material especifica cuál es la fracción de radiación de cuerpo negro que es capaz de emitir el cuerpo real.
  3. ¿Qué representa la resistencia térmica de un medio? La resistencia térmica de un material representa la capacidad del material de oponerse al flujo de temperatura. En el caso de materiales homogéneos es la razón entre el espesor y la conductividad térmica del material; en materiales no homogéneos la resistencia es el inverso de la conductancia térmica.

Transferencia de Calor

8BN

RADIACIÓN

  1. Un paquete de instrumentación tiene una superficie exterior esférica de diámetro D = 100 mm y emisividad ε = 0,25. El paquete se coloca en una cámara de simulación espacial grande cuyas paredes se mantienen a 77 K. Si la operación de los componentes electrónicos se restringe al rango de temperaturas 40 ≤ T ≤ 55°C, ¿cuál es el rango de disipación aceptable de calor para el paquete? Muestre el efecto de las variaciones en la emisividad al considerar valores de 0,20 y 0 , 30? (𝐴 = 𝜋𝐷^2 )

Transferencia de Calor

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  1. Un sistema al vacío, como los que se usan para la deposición eléctrica por sublimación catódica de películas delgadas conductoras en microcircuitos, consta de una placa base sostenida por un calentador eléctrico a 300 K y un recubrimiento dentro del recinto que se mantiene a 77 K mediante un circuito refrigerante de nitrógeno líquido. La placa base, aislada en el lado inferior, tiene 0,3 m de diámetro y una emisividad de 0,25. ¿Qué potencia eléctrica debe proporcionarse al

calentador de la placa base? (𝐴 =

𝜋𝐷^2 4 ) (problema 1.22, solución 1.32)

Transferencia de Calor

8BN

  1. 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 m^2 , 0,95 y 32°C, respectivamente.

Transferencia de Calor

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11.Considere la transferencia de calor entre dos placas paralelas a las temperaturas constantes de T = 290 K y T2 = 150 K y con una separación L = 2 cm. Suponiendo que las superficies son negras (emisividad = 1) y tienen un área 1m^2 , determine la razón de la transferencia de calor entre las placas (k=0,01979W/m·K). (A = L x L).

Transferencia de Calor

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12.Una sonda interplanetaria esférica de 0,5 m de diámetro contiene dispositivos electrónicos que disipan 150 W. Si la superficie de la sonda tiene una emisividad de 0,8 y la sonda no recibe radiación de otras superficies como, por ejemplo, del Sol, ¿cuál es la temperatura de la superficie (𝐴 = 𝜋𝐷^2 )

Transferencia de Calor

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RESISTENCIAS TÉRMICAS

15.Considere una pared de ladrillos de 3 m de alto, 6 m de ancho y 0,3 m de espesor cuya conductividad térmica es k = 0,8 W/m·K. En cierto día, se miden las temperaturas de las superficies interior y exterior de la pared y resultan ser de 14°C y 2°C, respectivamente. Determine la razón de la pérdida de calor a través de la pared en ese día.

Transferencia de Calor

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16.Una ventana de hoja doble, de 1,0 m x 1,5 m, está formada por dos capas de vidrio de 4 mm de espesor (k = 0,78 W/m·K) que están separadas por un espacio de aire de 5 mm (kaire = 0,025 W/m·K). Se supone que el flujo de calor a través del espacio de aire se da por conducción. Las temperaturas interior y exterior del aire son de 20°C y - 20°C, respectivamente, y los coeficientes interior y exterior de transferencia de calor son 40 y 20 W/m^2 ·K, también respectivamente. Determine a) la pérdida de calor diaria a través de la ventana en estado estacionario de transferencia de calor y b) la diferencia de temperatura debida a la resistencia térmica más grande.

Transferencia de Calor

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Transferencia de Calor

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18.Un tablero de circuito de 12 cm x 18 cm aloja sobre su superficie 100 chips lógicos con poco espacio entre ellos, disipando cada uno 0,06 W en un medio a 40°C. La transferencia de calor desde la superficie posterior del tablero es despreciable. Si el coeficiente de transferencia de calor sobre la superficie del tablero es de 10 W/m^2 ·K, determine a) el flujo de calor sobre la superficie del tablero de circuito, en W/m^2 ; b) la temperatura superficial de los chips, y c) la resistencia térmica entre la superficie del tablero y el medio de enfriamiento, en K/W.

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20.Considere una ventana de hoja doble de 1,2 m de alto y 2 m de ancho que consta de dos capas de vidrio (k = 0,78 W/m·K) de 3 mm de espesor separadas por un espacio de aire estancado (k = 0, 026 W/m·K) de 12 mm de ancho. Determine la razón de transferencia de calor a través de esta ventana de hoja doble y la temperatura de la superficie externa de la primera capa de vidrio para un día durante el cual el cuarto se mantiene a 22°C en tanto que la temperatura del exterior es de – 11°C. Tome los coeficientes de transferencia de calor por convección sobre las superficies interior y exterior de la ventana como h1 = 10 W/m2·K y h2 = 25 W/m2·K.

Transferencia de Calor

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Transferencia de Calor

8 BN

23.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 por convección de 30 W/m^2 ·K. 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. (𝐴𝑠 =

𝜋𝐷𝐿+𝜋𝐷^2 4