CASOS PRACTICOS - TC G1

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA 
SEDE CUENCA 
Integrantes: 
• Cristian Quito 
• Brayan Cuenca 
• Josue Peña 
Asignatura: 
• Transferencia de Calor G1 
 
PROBLEMA 1 
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 de 30 W/m2 · °C. 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. 
Vuelva a considerar el problema anterior. Usando el software EES (u otro equivalente), trace la 
gráfica de la cantidad de potencia que el transistor puede disipar con seguridad, en función de 
la temperatura máxima de la caja, en el rango de 60°C hasta 90°C. Discuta los resultados. 
DATOS 
L = 0.4 cm ⟶ 0.004 m 
D = 0.6 cm ⟶ 0.006 m 
h = 30 
W
m2 ∙ °C
 
T∞ = 55 °C 
Tmax = 70 °C 
FORMULA 
Q = hA(Tmax − T∞) 
A = πDL +
πD2
4
 
DESARROLLO 
Calculo del Área 
A = πDL +
πD2
4
 
A = [π(0.006 m)(0.004 m)] +
π(0.006 m)2
4
 
A = 1.036 × 10−4m2 
Calculo de la potencia del transistor 
Q = hA(Tmax − T∞) 
Q = (30 
W
m2 ∙ °C
) (1.036 × 10−4m2)(70 °C − 55 °C) 
Q = 0.0466 W 
SOFTWARE EES 
Ingresamos los datos y las fórmulas. 
 
Graficamos la tabla 
 
Graficamos la línea de tendencia 
 
Graficamos con Diagram Windows (Esquema y Verificación del resultado) 
 
PROBLEMA 2 
Un flujo de calor de 3 kW se conduce a través de una sección de un material aislante de área 
de sección transversal 10 m2 y espesor 2,5 cm. Si la temperatura de la superficie interna 
(caliente) es de 415°C y la conductividad térmica del material es 0.2 W/(m ∙ K). ¿Cuál es la 
temperatura de la superficie externa? Modele el sistema para paredes de Ladrillo, madera 
DATOS 
Q = 3 kW ≈ 3000 W 
A = 10 m2 
L = 2.5 cm ≈ 0.025 m 
T = 415 °C ≈ 688.15 K 
k = 0.2
W
m ∙ K
 
FORMULA 
Q = kA
T2 − T1
L
 
DESARROLLO 
Despeje de 𝑇2 de la formula, y sustituimos los datos 
T2 = T1 −
QL
kA
 
T2 = (688.15 K) −
(3000 W)(0.025 m)
(0.2
W
m ∙ K
) (10 m2)
 
T2 = 650.65 K ≈ 377.5 °C 
SOFTWARE EES 
Ingresamos los datos y las formulas 
 
Graficamos con Diagram Windows (Esquema y Verificación del resultado) 
 
Usaremos la siguiente tabla de diferentes materiales 
 
Fuente: Çengel, Y. A., & Ghajar, A. J. (2011). Transferencia de calor y masa: fundamentos y aplicaciones, 
cuarta edición. McGraw-Hill Interamericana. 
Luego de ingresar los valores de las conductividades térmicas en el programa, procedemos al 
cambio de temperatura. 
 
Graficamos los datos 
 
PROBLEMA 3 
Un calentador eléctrico de cartucho tiene forma cilíndrica de longitud L=200mm y diámetro 
exterior D=20mm. En condiciones de operación normal el calentador disipa 2 kW, mientras se 
sumerge en un flujo de agua que está a 20 ℃ y provee un coeficiente de transferencia de calor 
por convección de h=5000 W/(m^2 ∙ K). Sin tomar en cuenta la transferencia de calor de los 
extremos del calentador, determine la temperatura superficial Ts. Si el flujo de agua cesa sin 
advertirlo mientras el calentador continúa operando, la superficie del calentador se expone al 
aire que también está a 20 ℃, pero para el que h=50 W/(m^2 ∙ K). ¿Cuál es la temperatura 
superficial correspondiente?, ¿Cuáles son las consecuencias de tal evento? 
DATOS 
L = 200 mm ≈ 0.2 m 
D = 20 mm ≈ 0.02 m 
Q = 2 kW ≈ 2000 W 
T = 20 °C ≈ 293.15 K 
hagua = 5000
W
m2 ∙ K
 
haire = 50
W
m2 ∙ K
 
FORMULA 
Q = hA(Ts − T∞) 
A = πDL 
DESARROLLO 
A = πDL 
A = π(0.02 m)(0.2 m) 
A = 0.0126 m2 
Despejamos Ts de la formula y sustituimos datos 
CASO 1: cuando el calentador eléctrico está en agua 
Ts =
Q
haguaA
+ T∞ 
Ts =
(2000 W)
(5000
W
m2 ∙ K
) (0.0126 m2)
+ 293.15 K 
Ts = 324.98 K ≈ 51.83 °C 
CASO 2: cuando el calentador eléctrico está en aire 
Ts =
Q
haireA
+ T∞ 
Ts =
(2000 W)
(50
W
m2 ∙ K
) (0.0126 m2)
+ 293.15 K 
Ts = 3476.25 K ≈ 3203.1 °C 
SOFTWARE EES 
Ingresamos los datos y las fórmulas. 
 
Graficamos con Diagram Windows (Esquema y Verificación del resultado)