Universidad Catlica del NorteFacultad de Ingeniera y Ciencias GeolgicasEscuela de Ingeniera Industrial

3 GUA DE TRABAJO. 1 PartePRINCIPIOS CONDUCCIN-CONVECCIN.

C O N D U C C I N E S T A C I O N A R I A U N I D I M E N S I O N A L

I. Desarrolle los siguientes ejercicios.

1. Una aleta de aluminio de 1,6 mm de espesor est colocada sobre un tubo circular de 2,5 cm de dimetro exterior (DE). La aleta tiene 6,4 mm de largo. La pared del tubo se mantiene a 15OC, la temperatura del ambiente es 15 C, y el coeficiente de transferencia de calor por conveccin es 23 W/m2 C. Calclese el calor perdido por la aleta.2. Una aleta triangular de acero inoxidable (18 % Cr, 8 % Ni) est sujeta a una pared plana que se mantiene a 460 C. El espesor de la aleta es 6,4 mm, y la longitud es 2,5 cm. El ambiente est a 93 C, y el coeficiente de transferencia de calor por conveccin es 28 W/m2 C. Calclese el calor perdido por la aleta.3. Un tubo de 2,5 cm de dimetro tiene aletas anulares de perfil rectangular, longitudinalmente espaciadas en incrementos de 9,5 mm. Las aletas son de aluminio, de 8 mm de espesor y 12,5 mm de longitud. La temperatura de la pared del tubo se mantiene a 200 C, y la temperatura del ambiente es 93 C. El coeficiente de transferencia de calor es 110 W/m2 C. Calclese la prdida de calor del tubo por metro de longitud.4. Una aleta anular de perfil rectangular rodea un tubo de 2,5 cm de dimetro. La longitud de la aleta es 6,4 mm, y el espesor es de 3,2 mm. La aleta est fabricada con acero templado. Si se sopla aire sobre la aleta de modo que se alcance un coeficiente de transferencia de calor de 28 W/m2 C, y las temperaturas de la base y el aire son 260 y 93 C, respectivamente, calclese la transferencia de calor desde la aleta.5. Una aleta recta rectangular de 2,0 cm de espesor y 14 cm de longitud est fabricada en acero y colocada en el exterior de una pared mantenida a 200C. La temperatura del ambiente es de 15 C, y el coeficiente de transferencia de calor por conveccin es 20 W/m2 C. Calclese el calor perdido por la aleta por unidad de anchura.6. Una aleta de aluminio de 1,6 mm de espesor rodea un tubo de 2,5 cm de dimetro. La longitud de la aleta es 12,5 mm. La temperatura de la pared del tubo es 200C, y la temperatura del ambiente es 20C. El coeficiente de transferencia de calor es 60 W/m 2 C. Cul es el calor perdido por la aleta?7. Una aleta anular de perfil rectangular est fabricada en acero inoxidable (18 % Cr, 8 % Ni). El espesor de la aleta es de 2,0 mm, el radio interior es 2,0 cm, y la longitud es 8,0 cm. La temperatura de la base se mantiene a 135 C y la aleta est expuesta a un entorno convectivo a 15 C con h = 20 W/m2 C. Calclese el calor perdido por la aleta.8. Una varilla de acero inoxidable tiene una seccin transversal cuadrada que mide 1 por 1 cm. La longitud de la varilla es 8 cm, y k = 18 W/m C. La temperatura de la base de la varilla es 300 C. La varilla est expuesta a un entorno convectivo a 50C con h = 45 W/m2 C. Calclese el calor perdido por la varilla y el rendimiento de la aleta.9. Dos barras de acero inoxidable [k = 17 W/m C] de 2,54 cm de dimetro se ponen en contacto por sus extremos de modo que nicamente el 0,1 por 100 del rea de la seccin recta transversal est en contacto en la unin. Las barras tienen 7,5 cm de longitud y estn sujetas a una diferencia de temperatura axial de 300C. Se estima que la profundidad de la rugosidad de cada barra, (Lg/2), es de 1,3 m. El fluido circundante es aire, cuya conductividad trmica se puede tomar como 0,035 W/m C en este problema. Estmese el valor de la resistencia de contacto y del flujo de calor axial. Cul sera el flujo de calor para una barra entera de 15 cm de acero inoxidable? 10. Dos placas de aluminio de 5 mm de espesor con una rugosidad de rectificado de 100 m se atornillan una con otra con una presin de contacto de 20 atm. La diferencia global de temperatura a travs de las placas es de 80C. Calclese el salto de temperatura a travs de la superficie de contacto.11. Sobre un tubo de 1,0 m de largo, que tiene 2,5 cm de dimetro, estn montadas cien aletas de alumino anulares con perfil rectangular. Las aletas tienen 1 cm de longitud y 2,0 mm de espesor. La temperatura de la base es 180C, y el ambiente convectivo est a 20 C con h = 50 W/m2 C. Calclese el calor total perdido por 1 m de tubo con aletas.12. Un elemento tubular est construido en cobre con un dimetro interior de 1,25 cm, un espesor de pared de 0,8 mm, y aletas anulares en la periferia. Las aletas tienen un espesor de 0,3 mm y una longitud de 3 mm, y estn espaciadas 6 mm. Si el coeficiente de transferencia de calor por conveccin del tubo y las aletas hacia el aire circundante es 50 W/m 2C, calclese la resistencia trmica para un conjunto tubo-aletas de 30 cm de longitud. Cul es el rendimiento de la aleta para este dispositivo? Si la temperatura interior del tubo es 100 C y la temperatura del aire ambiente es 20C. Cul es el calor perdido por metro de longitud de tubo? Qu fraccin se pierde por las aletas?