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PROBLEMAS PROPUESTOS

In document Transferencia de Calor (página 63-70)

3.8 En la barra de sección transversal cuadrada que se muestra en la figura,

determinar la temperatura en el punto x = 0.2 m , y = 0.2 m.

100oC

0oC 0.3 m 0oC

0oC

3.9 Determine la temperatura en el centro de la figura.

Y X 100oC 50oC 50oC 200oC

Y X 80oC 0oC 0oC 0oC 2 1

3.11 Una tubería de 6 cm de diámetro cuya superficie se mantiene a 210ºC pasa por el centro de una losa de hormigón de 45 cm de espesor. Las temperaturas exteriores de la losa se mantienen a 15ºC. Utilizando la tabla 3.1, calcular las pérdidas de calor por unidad de longitud en la tubería.

3.12 Un cubo de 35 cm de lado exterior está construido de ladrillo refractario. El

espesor de la pared es 5 cm. La temperatura de la superficie interior es 500ºC y la temperatura de la superficie exterior es 80ºC. Calcular el flujo de calor en vatios.

3.13 Dos cilindros largos de 8 y 3 cm de diámetro están completamente

rodeados por un medio de k = 1.4 W/m oC. La distancia entre los centros es 10 cm y los cilindros se mantienen a 200oC y 35oC. Calcular el calor transferido por unidad de longitud.

3.14 Una esfera de 1 m de diámetro que se mantiene a 30ºC está enterrada en un lugar donde k = 1.7 W/m oC. La profundidad del centro es 2.4 m y la temperatura de la superficie de la tierra es 0oC. Calcular el calor perdido por la esfera.

3.15 Un gran tanque esférico de almacenaje de 2 m de diámetro, está

enterrado en la tierra en un lugar donde la conductividad térmica es 1.5 W/m oC. El tanque se utiliza para almacenar agua y hielo a 0oC, y la temperatura del ambiente de la tierra es 20ºC. Calcular la pérdida de calor del tanque.

3.16 Dos largos cilindros excéntricos de 15 y 4 cm de diámetro

respectivamente se mantienen a 100ºC y 20ºC separados por un material de k = 3 W/m oC. La distancia entre centros es 4.5 cm. Calcular el calor transferido por unidad de longitud entre los cilindros.

3.17 Dos tuberías enterradas se mantienen a las temperaturas de 300ºC y 125ºC. Sus diámetros son 8 y 16 cm y la distancia entre centros es 40 cm. Calcular el flujo de calor por unidad de longitud si la conductividad térmica de la tierra en ese lugar es k = 0.7 W/m oC.

3.18 Una esfera caliente de 1.5 m de diámetro se mantiene a 300ºC inmersa en un material de k = 1.2 W/m oC cuya superficie exterior está a 30ºC. La profundidad del centro de la esfera es 3.75 m. Calcular la pérdida de calor.

3.19 Dos tuberías están inmersas en un material aislante de k = 0.8 W/m oC. Una de las tuberías tiene 10 cm de diámetro y lleva un fluido caliente a 300ºC, mientras que la otra tiene 2.8 cm de diámetro y lleva un fluido frío a 15ºC. Las tuberías son paralelas y sus centros están separados 12 cm. Calcular el flujo de calor por metro de longitud entre las tuberías.

3.20 En cierto lugar la conductividad térmica de la tierra es k = 1.5 W/m oC. En este lugar, una esfera isoterma que tiene una temperatura de 5ºC y cuyo diámetro es 2 m se encuentra enterrada, estando su centro a una profundidad de 5 m. La temperatura de la tierra es 25ºC. Calcular el calor ganado por la esfera.

3.21 Dos tuberías de 5 cm y 10 cm de diámetro están totalmente rodeadas de

asbesto poco compacto. La distancia entre los centros de las tuberías es 20 cm. Una de las tuberías lleva vapor a 110ºC, mientras que la otra lleva agua fría a 3ºC. Calcular el calor por unidad de longitud perdido por la tubería caliente.

3.22 Un cilindro largo cuya superficie se mantiene a 135ºC está inmerso en un material cuya conductividad térmica es k = 15.5 W/m oC. El diámetro del cilindro es 3 cm y la profundidad de su eje es 5 cm. La temperatura de la superficie del material es 46ºC. Calcular el calor por metro de longitud perdido por el cilindro.

3.23 Una esfera de 3 m de diámetro contiene hielo y agua a 0oC y está inmersa en un medio semi-infinito que tiene una conductividad térmica k = 0.2 W/m oC. La superficie superior del medio es isoterma a 30ºC y el centro de la esfera está a una profundidad de 8.5 m. Calcular el calor perdido por la esfera.

3.24 Un calentador eléctrico con forma de placa de 50 por 100 cm, está situado

en la parte superior de una medio semi-infinito que tiene una conductividad térmica de k = 0.74 W/m oC. Toda la superficie del calentador se mantiene a 120ºC y la temperatura del material aislante a gran distancia del calentador es 15ºC. Calcular el calor transmitido por conducción al material aislante.

3.25 Las dimensiones interiores de un pequeño horno son 60 x 70 x 80 cm y su

espesor 5 cm. Calcular el factor de forma de esta configuración geométrica.

3.26 Una tubería de 15 cm de diámetro, que lleva vapor a 150ºC, está enterrada cerca de una tubería de 5 cm que lleva agua fría a 5ºC. La distancia entre los centros es 15 cm y la conductividad térmica de la tierra en este lugar puede tomarse como k = 0.7 W/m oC. Calcular el calor por unidad de longitud perdido por la tubería de vapor.

3.27 Si en el problema 3.6 la temperatura interna es 100ºC y la temperatura externa es 0oC en los cuatro lados, determine las temperaturas en los nodos a, b, c, d, e y f.

3.28 Calcular las temperaturas de los puntos 1, 2, 3 y 4. utilizando un método

numérico. 4 1 2 3 100oC 700oC 500oC 400oC

3.29 Calcular las temperaturas de los nodos 1 a 6 de la figura.

2o

C

3.30 Las superficies interior y exterior de una chimenea cuya sección

transversal se muestra en el esquema se encuentran a 100ºC y 0oC. Determine las temperaturas en los nodos 1, 2, 3, y 4.

3.31 El diagrama muestra la sección transversal de una barra. El material tiene

una conductividad térmica de 3 W/m oC y el coeficiente de transferencia

50oC 3 4 5 6 50oC T∞ = 15oC 50oC 1 2 h=12 W/m Δx = Δ y = 25 cm k = 1.5 W/m oC 100oC 0oC 4 3 1 2

de calor por convección es 10 W/m2 oC. Determine las temperaturas en los nodos 1 al 9. (Δx = Δy = 0.1 m)

500oC T∞ = 100oC 100oC 1 2 3 4 5 6 7 8 9

3.32 Dos superficies de una barra de sección transversal cuadrada como la

mostrada en la figura se mantienen a 100ºC mientras las otras dos se mantienen a 0oC. Determine las temperaturas en los nodos 1, 2, 3 y 4.

0oC 100oC 100oC 1 2 3 4 0oC

3.33 Calcular las temperaturas en los nodos 1 a 9.

h = 25 T∞ = 5oC

3.34 En la siguiente sección, la superficie 1-4-7 está aislada. El coeficiente de

transferencia de calor por convección en la superficie 1-2-3 es 28 W/m2

o

C. La conductividad térmica del material sólido es 5.2 W/m oC. Calcular las temperaturas de los nodos 1,2,4 y 5.

100oC 100oC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Aislado Δx = Δy = 25 cm k = 1.5 Aislada 1 3 4 7 2 5 8 6 9 30 cm T∞ = 0oC h = 28 T7 = T8 = T 9 = 38oC T3 = T6 = 10oC

CONDUCCION NO ESTACIONARIA

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