solucionario practica dos

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UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: FÍSICA GENERAL II 
Practica Calificada N° 02 
Fecha: Lunes, 30 de Marzo de 2012. 
Sin libros y sin apuntes. NOMBRE: __________________________ 
HORA: 3:00 a 5:00 pm 
INSTRUCCIONES: TRABAJE CON ORDEN Y LIMPIEZA. 
 
TEORÍA (30 minutos) 
Responder a las siguientes preguntas: 
1. Calcule la razón de transferencia de calor por conducción en un cilindro (1 
punto) 
2 2
1 1
2 2
1 1
,
,
,
2
2 1
1
1 2
,
2
1
2
1
2
ln ( )
2
2 ( )
ln( )
cond cil
r T
cond cil
r r T T
r T
cond cil
r T
cond
cond cil
dT
Q kA
dr
Q
dr kdT
A
A rL
Q
dr k dT
L r
Q r
k T T
L r
Lk T T
Q
r
r




 
 
 

 
 
   
 


 
 
 
 
T2 
R2 
 
T1 
R1 
2. Calcule la razón de transferencia de calor por conducción en una esfera (1 
punto) 
2 2
1 1
2 2
1 1
,
,
2
,
2
,
1 2
1 2
,
1 2
2 1
1 2 1 2
,
2 1
4
4
1 1
( )
4
1 1
( )
4
4 ( )
( )
cond esf
r T
cond esf
r r T
r T
cond esf
r T
cond esf
cond esf
cond esf
dT
Q kA
dr
Q
dr kdT
A
A r
Q
dr kdT
r
Q
k T T
r r
Q
k T T
r r
kr r T T
Q
r r






 
 

 
  
     
  
 
   
 



 
 
 
 
3. Halle la expresión de Resistencias térmicas en serie (1 punto) 
 
 
 
 
 
 
r2 
r1 
1 2
2 31 2
2 3 3 1 2 31 2 1 2
1 2 3 1 2 3
1 2 2 3
Conducción
( )
( )( )
...
 Por Propiedad: ... 
...
,
BA
A B
A B
A B
KA T T
Q
x
K A T TK A T T
Q
L L
T T a a a aT T a a
Q C C
R R b b b b b b
T T T T
Q
R R
Rtotal serie



 
   
       
  
  


 ...A B CR R R  
4. Halle la expresión de Resistencias térmicas en paralelo (1 punto) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. Calcule el calor y resistencia total para un arreglo como en el que se muestra 
en la figura, no olvide tomar en cuenta el efecto de la convección (2 puntos) 
 
1 2 1 2 1 2
1 2
( ) ( ) ( )
1 1 1
( )
1 1 1 1
CA B
C CA A B B
A B C
total A B C
Q Q Q Q
K AK A K A
Q T T T T T T
L L L
Q T T
R R R
R R R R
  
     
 
    
 
  
 
 
6. ¿Pueden ocurrir simultáneamente los tres modos de transferencia de calor (en 
paralelo) en un medio? (1 punto) 
Los tres mecanismos de transferencia de calor no pueden ocurrir simultáneamente 
en un medio. En un medio solo se pueden dar dos mecanismos a la vez. 
 
 
 
NOTA: En las preguntas desde la 1 hasta la 5 hay que demostrar, en la pregunta 6 hay que 
explicar.TEORÍA 
 
 
 
EJERCICIOS (90 minutos) 
1. Julio A. tiene un calentador eléctrico con el área 
superficial total de 0.25m2 y una emisividad de 
0.75, que está en un cuarto en donde el aire tiene 
una temperatura de 20°C y las paredes se 
encuentran a 10°C. Cuando el calefactor consume 
500W de potencia eléctrica, su superficie tiene una 
temperatura estacionaria de 120°C. Determine la 
temperatura de la superficie del calefactor cuando consume 700W. Resuelva el problema 
a) Si se supone radiación despreciable 
b) Si se toma en consideración la radiación 
 
a) Ignorando la radiación el coeficiente de convección es determinado por: 
 
 
 
La temperatura de la superficie del calentador cuando consume 700W es:
.
2 2
700
20 160
(20 / )(0.25 )
s
Q W
T T C C
hA W m C m
      

 
 
b) Considerando la radiación el coeficiente de convección es determinado por: 
 
La temperatura de la superficie sería: 
 
 
 
.
2
2
500
20 /
( ) (0.25 )(120 20)s
Q W
h W m C
A T T m C
   
  
.
4 4
2 8 2 4 4 4 4
2
2
( )
( )
500 (0.75)(0.25 )(5.67 10 / )(393 283 )
12.58 /
(0.25 )(120 20)
s paredes
s
Q A T T
h
A T T
W m W m K K
h W m C
m C
 


 


   
  
 
.
4 4
8 4 4 4
( ) ( )
700 (12.58)(0.25)( 293) (0.75)(0.25)(5.67 10 )( 283 )
425.9 152.9
s s paredes
s s
s
Q hA T T A T T
T T K
T K C
 

   
    
  
 
2. Considere una pared de 5 m de alto, 8 m de largo y 0.22 m de 
espesor cuya sección transversal representativa se da en la 
figura. Las conductividad es térmicas de los diversos 
materiales usados, en W/m·°C, son kA= kF = 2, kB=8, kC=20, 
kD=15 y kE= 35. Las superficies izquierda y derecha de la 
pared se mantienen a las temperaturas uniformes de 300°C 
y 100°C, respectivamente. Si la transferencia de calor a través 
de la pared es unidimensional, determine: 
a) La razón de la transferencia de calor a través de ella. (3 puntos) 
Para una area A=0.12x1=0.12m
2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2
2
2
2
0.01
1 ( ) 0.04 /
(2 / . )(0.12 )
0.05
2 4 ( ) 0.06 /
(20 / . )(0.04 )
0.05
3 ( ) 0.16 /
(8 / . )(0.04 )
0.1
5 ( ) 0.11 /
(15 / . )(0.06 )
0.1
6 ( )
(35
A A
C C
B B
D D
E E
L m
R R C W
kA W m C m
L m
R R R C W
kA W m C m
L m
R R C W
kA W m C m
L m
R R C W
kA W m C m
L m
R R
kA
    

     

    

    

  
2
2
1 1
,1
1 1
,2
,1 ,2
0.05 /
/ . )(0.06 )
0.06
7 ( ) 0.25 /
25 / . )(0.12 )
1 1 1 1 1 1
( ) ( ) 0.025 /
2 3 4 0.06 0.16 0.06
1 1 1 1
( ) ( ) 0.034 /
5 6 0.11 0.05
1 7 0.04 0.025
F F
eq
eq
Total eq eq
C W
W m C m
L m
R R C W
kA W m C m
R C W
R R R
R C W
R R
R R R R R
 
 
 

    

       
     
      
.
1 2
0.034 0.25 0.349 /
(300 100)
572
0.349 /Total
C W
T T C
Q W
R C W
 
  
  
  

 
 
 
La tasa de calor para la pared entera es: 
 
 
 
b) La temperatura en el punto en el que se encuentran las secciones B , D y E (1 
puntos) 
 
 
 
 
 
c) La caída de temperatura a través de la sección F. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
.
5
2
(5 )(8 )
(572 ) 1.91 10
0.12
m m
Q W W
m
  
,1
.
1
.
1
1 0.04 0.025 0.65 /
300 (572 )(0.065 / ) 263
total eq
total
total
R R R C W
T T
Q
R
T T Q R C W C W C
     


       
.
.
(572 )(0.25 / ) 143
F
F
T
Q
R
T Q R W C W C


     
 
 
 
3. El señor Brayan, usa un alambre de resistencia eléctrica de 50 cm de largo y 2 mm 
de diámetro, sumergido en agua, para determinar en forma experimental el 
coeficiente de transferencia de calor en la ebullición en agua a 1 atm. Mide la 
temperatura en el alambre y es de 130°C, cuando un vatímetro indica la potencia 
eléctrica consumida es de 4.1kW. Determine el coeficiente de transferencia de calor 
en la ebullición, aplicando la ley de Newton del enfriamiento. (3 puntos) 
 
2
.
2
(0.001 )(0.50 ) 0.003142
4100
43500 /
( ) (0.003142)(130 100)s sat
A DL m m m
Q W
h W m C
A T T C
   
   
  