sol_Practica_2_-_F2_-_2014-II_-_Ejercicios11 - copia

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UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: FÍSICA GENERAL II 
Practica Calificada N° 02 
Fecha: Viernes, 12 de Septiembre de 2014. 
Sin libros, sin apuntes, sólo formularios, tablas 
y calculadora simple 
NOMBRE: _____________________________ 
HORA: 7:20 a 8:50 am 
INSTRUCCIONES: TRABAJE CON ORDEN Y LIMPIEZA. 
 
EJERCICIOS (1 hora 10 minutos) 
 
1. Considere una persona parada en un cuarto a 23°C. Determine la razón total de transferencia de 
calor desde esta persona, si el área superficial expuesta y la temperatura de la piel de ella son 1.7 m2 
y 32°C, respectivamente, y el coeficiente de transferencia de calor por convección es 5 W/m2.°C. 
Tome la emisividad de la piel y la ropa como 0.9 y suponga que la temperatura de las superficies 
interiores del cuarto es igual a la temperatura del aire (4 puntos) 
 
Solución: 
 
Suposiciones: 1 Condiciones de operación estacionaria. 2 La persona se encuentra totalmente 
rodeada por las superficies interiores del cuarto. 3 La superficies de los alrededores tienen la misma 
temperatura que el aire en el cuarto. 4 La transferencia de calor por conducción hacia el piso a través 
de los pies es despreciable. 5 El coeficiente de convección es constante y uniforme sobre toda la 
superficie de la persona. 
 
.
4 4 8 2 4 2 4 4 4
.
2 2
. . .
0.9
( ) (0.9)(5.67 10 / . )(1.7 )[(32 273) (23 273) ] 84.8
(5 / . )(1.7 )(32 23) 76.5
84.8 76.5 161.3
s s alrrad
sconv
total rad conv
Q A T T W m K m K W
Q hA T W m K m C W
Q Q Q W
ε
εσ −
=
= − = × + − + =
= ∆ = − ° =
= + = + = 
 
 
2. Considere un colector solar de placa plana colocado en el techo de una casa. Se miden las 
temperaturas en las superficies interior y exterior de la 
cubierta de vidrio y resultan 28°C y 25°C, 
respectivamente. La cubierta de vidrio tiene un área 
superficial de 2.5 m2, un espesor de 0.6 cm, y una 
conductividad térmica de 0.7 W/m.°C. El calor se 
pierde desde la superficie exterior de la cubierta por 
convección y radiación, con un coeficiente de 
transferencia de calor por convección de 10 W/m2.°C 
ya una temperatura ambiente de 15°C. Determine la 
fracción de calor perdido desde la cubierta de vidrio 
por radiación. La fracción de calor perdido se define 
como la división del calor de radiación entre el de 
conducción. (4 puntos) 
 
 
 
 
2 
 
 
Solución: 
 
Suposiciones: 1 Condiciones de operación estacionaria ya que las temperaturas de las superficies del 
vidrio se mantienen a determinados valores constantes. 2 Las propiedades térmicas del vidrio son 
constantes. 
(28 25)(0.7 / . )(2.5 2) 875
0.006cond
T CQ kA W m C m W
L m
• ∆ − °
= = ° =
 
 
La razón de transferencia de calor por convección desde el vidrio es: 
2 2(10 / . )(2.5 )(25 15) 250convQ hA T W m C m C W
•
= ∆ = ° − ° = 
 
En condiciones de estado estacionario, la transferencia de calor a través de la cubierta por 
conducción debe ser igual al transferido desde fuera de la superficie por convección y radiación. 
Entonces, 
875 250 625rad cond convQ Q Q W
• • •
= − = − = 
Entonces la fracción de calor transferida por radiación se convierte en: 
625 0.714 71.4%
875
rad
cond
Qf
Q
•
•= = = =
 
 
3. Considere una ventana de hoja doble de 1.2 m de alto y 2 m 
de ancho que consta de dos capas de vidrio (k = 0.78 W/m. 
°C) de 3 mm de espesor separadas por un espacio de aire 
estancado (k = 0.026 W/m. °C) de 12 mm de ancho. 
Determine la razón de transferencia de calor estacionaria a 
través de esta ventana de hoja doble y la temperatura de su 
superficie interior para un día durante el cual el cuarto se 
mantiene a 24°C en tanto que la temperatura del exterior es de 
-5°C. Tome los coeficientes de transferencia de calor por 
convección sobre las superficies interior y exterior de la 
ventana como h1 = 10W/m2 . °C y h2 = 25 W/m2.°C y 
descarte cualquier transferencia de calor por radiación. 
NOTA: para los cálculos de las resistencias utilice un área de 
2.4 m2 (4 puntos) 
 
Solución: 
 
3 
 
2
,1 2 2
1
1
1 3 2
1
2
2
2
,2 2
2
(1.2 )(2 ) 2.4
1 1 0.0417 /
(10 / . )(2.4m )
0.003 0.0016 /
(0.78 / m. C)(2.4m )
0.012 0.1923 /
(0.026 / . )(2.4 2)
1 1
(25 / . )
i conv
vidrio
aire
o conv
A m m m
R R C W
h A W m C
L mR R R C W
k A W
L mR R C W
k A W m C m
R R
h A W m C
= =
= = = = °
°
= = = = = °
°
= = = = °
°
= = =
° 2
,1 1 2 ,2
0.0167 /
(2.4m )
2 0.0417 2(0.0016) 0.1923 0.0167 0.2539 /conv conv
C W
Rtotal R R R R C W
= °
= + + + = + + + = °
 
La razón de transferencia de calor a través de la ventana de vidrio se convierte en: 
 
1 2 [24 ( 5)] 114
0.2539 /total
T T CQ W
R C W
•
∞ ∞− − − °= = =
°
 
La temperatura de la superficie interior de la ventana de vidrio se determina de: 
 
1 1
1 1 ,1
,1
24 (114 )(0.0417 / ) 19.2conv
conv
T TQ T T Q R C W C W C
R
• •
∞
∞
−
= → = − = ° − ° = °
 
 
 
BUENA SUERTE 
	UNIVERSIDAD DE PIURA
	FACULTAD DE INGENIERÍA
	Practica Calificada N 02
	INSTRUCCIONES: TRABAJE CON ORDEN Y LIMPIEZA.