Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la EducacinUNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per, Decana de Amrica)

FACULTAD DE CIENCIAS FISICASE.A.P. INGENIERIA MECANICA DE FLUIDOS

Curso: Transferencia de Calor y MasaProfesora: Salvador BeatrizAlumnos: Aliaga Azaa, Jos Antonio Chero Morales, Pier Oswaldo Hernndez Serna, Dennys Ral Jurado Yauyo, Roco Angela Montoya Sosaya, Edgar Issac Torres Tapia, Ral Miguel Ciclo: 8Aula: 301 Ciudad Universitaria 2015 TEMA: CONVERSIONPROBLEMA 1:Encontrar el calor especfico del aire en (BTU/lb.F) a 350K. SOLUCIN:Usaremos la Tabla de Holman

De aqu tenemos que el calor de especfico del cobre a una temperatura de 350 K es 1.009 KJ/kg.CConvirtiendo tenemos que1.009 x x x = 0.241 BTU/lb.F

TEMA: CONDUCCIONPROBLEMA 2:La conductividad trmica de materiales slidos, se mide como se muestra en la fig. a . Un pequeo disco, de espesor t, del material en estudio, se coloca entre dos cilindros del mismo dimetro, fabricados de un material de conductividad K conocida. El cilindro compuesto se ajusta dentro de una chaqueta diseada para evitar prdidas de calor desde las superficies curvas del cilindro. La chaqueta tambin dispone de una fuente y sumidero de calor, tal como se aprecia en la figura. Durante una prueba, se miden las temperaturas TA, TB y TC mediante termopares. Bosquejar la distribucin de temperatura a travs del cilindro, y deducir una expresin para la conductividad desconocida k, en trminos de las temperaturas medidas, sus localizaciones, a, b y c, y el valor de K.SOLUCIN:La distribucin de temperatura a travs del cilindro compuesto se aprecia en la fig. a . Debe notarse que esta distribucin presupone que se establecen las siguientes condiciones:(a) Condiciones de estado estacionario,(b) Prdidas de calor despreciables de las superficies curvas del cilindro, y(c) Ninguna resistencia de contacto entre los cilindros principales y el espcimen.En condiciones de estado estacionario, el flujo de calor a travs de del cilindro, de seccin transversal A, est dado por (2-1) (2-2) (2-3)Fig. ay para el espcimen (2-4)A partir de las ecuaciones 2-2 y 2-3 (2-5)A partir de la ecuacin 2-1 (2-6)De la ecuacin 2-4

Por tanto (2-7)Sustituyendo y de las ecuaciones 2-6 y 2-7, respectivamente, en la ecuacin 2-5

lo cual da como resultado

TEMA: CONVECCIN PROBLEMA 3:

Se hace pasar una corriente elctrica travs de un alambre de 1mm de dimetro y 10 cm de largo. Se sumerge el alambre en lquida a presin atmosfrica, y se incrementa la corriente hasta que el agua hierve. Para esta situacin h = 5000 , y la temperatura del agua ser 100 Cunta energa elctrica se necesitar enviar al alambre para mantener su superficie a 114?

ANALSIS DEL PROBLEMA

Nos percatamos hay una transformacin de energa elctrica en energa trmica el cual se da manifiesta por conduccin (alambre -agua) para que finalmente se d por conveccin (agua); con la cual nos pide determinar la energa elctrica que transfiere necesariamente para llegar a temperatura del fluido libre( .

SOLUCION:

FORMULAS A APLICAR

Ley de enfriamiento de Newton (1) (2)Donde:h:Coeficiente de conveccin.A: superficie de intercambio T: Temperatura superficial.: Temperatura del fluido libreD: Dimetro del alambre.L: Longitud del alambre

DATOSD=1.mm=0.001mL=10cm=0.1mh = 5000 T=100=114

Aplicando la ecuacin (2) en ecua. (1)

Se concluye que lo obtenido es igual a la potencia que debe suministrarse.

TEMA: RADIACIONPROBLEMA 4:

Considere una persona que est parada en un cuarto mantenido a 22C en todo momento. Se observa que las superficies interiores de las paredes, pisos y el techo de la casa se encuentran a una temperatura promedio de 10C, en invierno, y de 25C, en verano. Determine la razn de transferencia de calor por radiacin entre esta persona y las superficies circundantes, si el rea superficial expuesta y la temperatura promedio de la superficie exterior de ella son de 1,4 m2 y 30C, respectivamente. (figura 1-38)

ANALSIS DEL PROBLEMA

Se van a determinar las razones de transferencia de calor por radiacin entre una persona y las superficies circundantes que estn a temperaturas especficas en verano y en invierno. Suponemos: Que existen condiciones estacionarias de operacin. No se considera la transferencia de calor por conveccin La persona est por completo rodeada por las superficies interiores del cuarto. Las superficies circundantes estn a una temperatura uniforme.Asimismo, la emisividad de una persona es = 0,95 (ver tabla 1-6, Cengel).

SOLUCION:FORMULAS A APLICARLey de Stefan Boltzmann (transferencia de calor por radiacin entre una superficie y las superficies que lo circundan) rad = As (Ts4 Talred4) .. (1)

Donde: : Es la emisividad de la superficie en este caso la piel humana.: Constante de Stefan-BoltmannAs : rea superficialTs : Temperatura termodinmica.Talred : Temperatura termodinmica

DATOS=0.95=5.67 x 10-8 W/m2 . K4 As = 1.4 m2Ts= 30 =30 + 273= 303KTalred. invierno = 1010 + 273 = 283KTalred. verano = 2525 + 273 = 298K

Aplicando la ecuacin (1):Las razones netas de transferencia de calor por radiacin del cuerpo hacia las paredes, techo y piso, en invierno y verano son:

rad. invierno = As (Ts4 Talred. invierno4) rad. invierno = (0.95)*(5.67 x 10-8 W/m2 . K4)*(1.42 m2) *[(30+273)4 (10+273)4]K4 rad. invierno = 152 W

rad, verano = As (Ts4 Talred. verano4) rad. verano = (0.95)*(5.67 x 10-8 W/m2 . K4)*(1.42 m2)* [(30+273)4 (25+273)4] K4 rad. verano = 40.9 W

Ntese que, en los clculos de la radiacin deben usarse temperaturas termodinmicas (es decir, absolutas). Asimismo, obsrvese que la razn de la prdida de calor de la persona, por radiacin, es casi cuatro veces ms grande en invierno de lo que es en verano, lo cual explica el fro que sentimos en aquella temporada.

TEMA: CONDUCCION- RADIACIONPROBLEMA 5:

El techo de una casa consta de una losa de concreto de t = 0,8 pies de espesor () que tiene H = 25pies de ancho y L = 35pies de largo. La emisividad de la superficie exterior del techo es = 0,8 y se estima que el coeficiente de transferencia de calor por conveccin es. En una noche clara de invierno se informa que el aire ambiental est a , en tanto que la temperatura del cielo nocturno para la transferencia de calor por radiacin es . Si la temperatura de la superficie interior del techo es , determine:a. La temperatura de su superficie exterior.b. La razn de la prdida de calor a travs del mismo cuando se alcanzan las condiciones estacionarias de operacin.SOLUCION:DATOS:Espesor de la pared t = 0,8 pies Ancho de la pared H = 25piesLargo de la paredL = 35piesEmisividad de la superficie exterior del techo = 0,8Coeficiente de transferencia de calor por conveccin Temperatura de la superficie interior del techo Temperatura ambiente .

a). Diagrama de flujoTecho de concreto, la superficie exterior sometido a conduccin y radiacinb). Calculo del calor transferido

Determinacin del rea de transferencia

Determinacin del calor transferido por conduccin:

Clculo del calor transferido por conveccin:

Clculo del calor transferido por radiacin:

Reemplazando (1) y (2)en (b), se tiene:

Resolvemos esta ecuacin mediante iteraciones:T2

497,94135,477758

497,9392,1339691

497,9248,7905181

497,915,44740442

497,9091,11311161

497,908-3,22117783

497,9-37,8953719

Resolviendo, la temperatura: T2 = 497,91 Rc). El calor transferido

TEMA: CONVECCIN-CONDUCCIN PROBLEMA 6:

Se desea pegar una plancha de plstico de 5 cm de espesor sobre otra de corcho de 2 cm de espesor utilizando un pegamento que solo acta como tal que su temperatura se mantiene en 60 durante un periodo largo de tiempo. Para lograr esta se debe usar sobre uno de los materiales, el aire que rodea el sistema esta a 20 y hcr=10w/m2. Calcular el calor radiante necesario y de qu lado debe aplicarse.

ANALISIS DEL PROBLEMA

Vemos que el aire que se encuentra a 20 debe de ser calentado hasta una temperatura de 60 de tal forma que esta transfiera su energa a la plancha sea de plstico o de corcho.

SOLUCION:

FORMULAS A APLICAR

Ley de enfriamiento de Newton

Donde:h: Coeficiente de conveccin.Ts: Temperatura superficial.: Temperatura del fluido libre.

Ley de Fourier

DATOS

hcr =10w/m2kplastico =0.15w/m kcorcho =0.090w/m

Luego si:

Reemplazando:

Asimismo si:

Reemplazando T1 y T2 en (1)

BIBLIOGRAFIA J. P. Holman, Transferencia de calor , Mxico (1999), dcima reimpresin -Problemas 1, 3, 4, 5. Transferencia de Calor, prcticas y exmenes- Uni 1993 Problema 6. Problemas sobre transferencia de calor y masa por: J.R BACKHURST, J.H HARKER y J.E PORTER-Editorial El Manual Moderno, S. A. Mxico 11, D. F. 1979)- Problema 2. Yunus A. Cengel, Transferencia de calor y masa, Mxico (2007), Ed. Mc Graw-Hill Interamericana (traducido de la tercera edicin) Problema 4.