Taller de transferencia de calor

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Taller de transferencia de calor 
Transferencia de Calor Unidimensional 
1. En la industria del tratamiento térmico son muy comunes los hornos 
eléctricos. Considere un horno con un frente constituido por una placa de 
acero de 20 mm de espesor y una conductividad térmica de (1,75 ∗ 𝑛 +
 16,25)
𝑊
𝑚 𝐾
. El horno está situado en una habitación con una temperatura del 
aire circundante de 25 ºC y un coeficiente promedio de transferencia de calor 
por convección de (0,65 ∗ 𝑛 + 4,35)
𝑊
𝑚2𝐾
. Si la superficie interna del frente del 
horno está sujeta a un flujo uniforme de calor de 5 kW/m2 y la superficie 
externa tiene una emisividad de (0,025 ∗ 𝑛 + 0,025) , determine la 
temperatura superficial interna del frente del horno. 
 
2. Considere una varilla cilíndrica sólida de (0.15 +
𝑛
100
) 𝑚 de longitud y 0.05 m 
de diámetro. Las superficies superior e inferior (las caras opuestas) de la 
varilla se mantienen a las temperaturas constantes de 20°C y (95 + 2 ∗ 𝑛) °𝐶, 
respectivamente, en tanto que la superficie lateral está perfectamente 
aislada. Determine la ecuación general, la ecuación específica en función de 
los factores del ejercicio y la razón de la transferencia de calor a través de la 
varilla, si está hecha de 
a. Cobre, k = 380 W/m°C, 
b. Acero, k = 18 W/m°C 
c. Granito, k = 1.2 W/m°C. 
 
3. Considere un ducto submarino con un diámetro interno de 0.5 m y paredes 
con un espesor de (8 +
𝑛
5
) 𝑚𝑚, que se emplea para transportar hidrocarburos 
líquidos a una temperatura promedio de (70 + 𝑛) °𝐶 . Se estima que el 
coeficiente promedio de transferencia de calor por convección en la superficie 
interna del ducto es de (250 + 3 ∗ 𝑛)
𝑊
𝑚2𝐾
. El entorno submarino tiene una 
temperatura de 5ºC y se estima que el coeficiente promedio de transferencia 
de calor por convección en la superficie externa del ducto sea de 
(150 − 2 ∗ 𝑛)
𝑊
𝑚2𝐾
 . Si el ducto está hecho de un material con una 
conductividad térmica de (60 − 𝑛)
𝑊
𝑚𝐾
, mediante la ecuación de conducción 
de calor, 
a. Obtenga el cambio de temperatura en la pared del ducto, 
b. Determine la temperatura de la superficie interna del ducto 
c. Obtenga la expresión matemática para la razón de la pérdida de calor 
del hidrocarburo líquido en el ducto, 
d. d) determine el flujo de calor a través de la superficie externa del 
ducto. 
 
Resistencias Térmicas 
4. Un lado de un bloque de cobre de (5 + 𝑛) 𝑐𝑚 de espesor se mantiene a 
(260 + 2 ∗ 𝑛) °𝐶. El otro lado está cubierto con una capa de fibra de vidrio de 
2.5 cm de espesor. Se mantiene el exterior de la fibra de vidrio a (38 +
𝑛
2
) °𝐶, 
y el flujo de calor total a través de la combinación de cobre y fibra de vidrio 
es de (14 + 𝑛) 𝑘𝑊. ¿Cuál es el área de la placa? 
5. Un alambre de 2.2 mm de diámetro y (14 + 𝑛) 𝑚 de largo está firmemente 
envuelto con una cubierta de plástico de 1 mm de espesor cuya conductividad 
térmica es (0.15 +
𝑛
100
)
𝑊
𝑚°𝐶
 . Las mediciones eléctricas indican que por el 
alambre pasa una corriente de (13 +
𝑛
5
) 𝐴 y se tiene una caída de voltaje de 
(8 +
𝑛
5
) V. Si el alambre aislado está expuesto a un medio a 20°C con un 
coeficiente global de transferencia de calor de (24 +
𝑛
2
)
𝑊
𝑚2°𝐶
 , determine la 
temperatura en la interfase del alambre y la cubierta de plástico en operación 
estacionaria. Determine también la temperatura en la interfase del alambre y 
la cubierta de plástico en operación estacionaria suponiendo que el plástico 
aislante tiene un espesor igual al radio crítico.