Asignaciones Prof Joselin Moreno

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Universidad Simón Bolívar 
Departamento de Termodinámica y 
Fenómenos de Transferencia 
Transferencia de Calor II para mecánicos (TF-2252) 
Prof., Joselin Moreno 
 
ASIGNACIÓN 1 / DIC`14-FEB`15 
PROBLEMA 1 
Por una tubería de 150 𝑚 circulan 0.63 𝑘𝑔/𝑠 de vapor húmedo con calidad 10% a una temperatura de 250 °𝐹. El 
diámetro interior de la tubería es 4”. A la salida de la tubería se tiene líquido saturado. Calcular la temperatura de la 
superficie interior del tubo. 
PROBLEMA 2 
Por una tubería de plástico (𝑘 = 0.5 𝑊/𝑚 ∙ 𝐾) circula un fluido de modo que el coeficiente de transferencia de 
calor por convección es 300 𝑊/𝑚2𝐾. La temperatura media del fluido es 100°𝐶. La tubería tiene un diámetro 
interno de 3 𝑐𝑚 y un diámetro externo de 4 𝑐𝑚. Si la cantidad de calor que se transfiere a través de la unidad de 
longitud de tubería por unidad de tiempo es 500 𝑊/𝑚, calcular la temperatura de la superficie exterior de la tubería. 
Hallar el coeficiente de transferencia térmica global 𝑈 basado en el área de la superficie exterior de la misma. 
PROBLEMA 3 
Determine el calor generado en la parrilla de asar de un restaurante, cuyas dimensiones son: 1 × 0,8 𝑚2, que se 
mantiene a una temperatura media de 140 ℃, sabiendo que la temperatura media del restaurante es de 20 ℃ 
PROBLEMA 4 
Para los fines de transferencia de calor, un hombre de pie se puede considerar como si fuese un cilindro vertical de 
30 𝑐𝑚 de diámetro y 170 𝑐𝑚 de longitud, con las superficies superior e inferior aisladas y con la superficie lateral a 
una temperatura promedio de 34℃. El aire en la habitación está a 25 ℃, detemine 
(a) La razón de pérdida de calor de este hombre, por convección si su generación de calor es de 50 𝑊 
(b) Si se conecta un ventilador, que acelera el fluido circundante, hasta 0,75 𝑚 𝑠⁄ , recalcule la perdida de calor 
por convección. 
PROBLEMA 5 
Determine Tuercas de un material de densidad 4 𝑔𝑟/𝑐𝑐, calor específico 0.3 𝑐𝑎𝑙/𝑔𝑟 ∙ ℃ y conductividad térmica 
20 𝐵𝑇𝑈/ℎ𝑜𝑟𝑎 ∙ 𝑝𝑖𝑒 ∙ ℉ salen de un proceso a 250º𝐶 y se desean enfriar en un baño de aceite que está a 20 ℃. Las 
tuercas tienen forma hexagonal de diagonal igual a 3 𝑐𝑚 y perforadas para formar una cavidad de 2 𝑐𝑚 de diámetro. 
El espesor de las mismas es de 1 𝑐𝑚. Si el aceite tiene una densidad de 850 kg/m3 y calor específico 3820 J/kg-ºC y 
está confinado en un recipiente. Determine: 
(a) El tiempo que tardan en enfriarse hasta 25 ℃ 
(b) La cantidad de tuercas que pueden enfriarse por cada litro de aceite hasta 29 ℃ sin que la temperatura del 
baño supere los 27 ℃ 
(c) El tiempo necesario para esta última condición 
PROBLEMA 6 
Un vidrio de 1 cm de espesor separa dos ambientes ( a 10 y 30ºC respectivamente). El vidrio forma parte de una 
ventana muy alta y los ambientes se encuentran en reposo. Calcule: 
(a) El flujo de calor 
(b) La temperatura en las superficies del vidrio 
(c) Los coeficientes de convección. 
 
Universidad Simón Bolívar 
Departamento de Termodinámica y Fenómenos de Transferencia 
Transferencia de Calor II (TF-2253) 
Profesora : Joselin Moreno 
 
 
TAREA #2 
1. SELECCIÓN SIMPLE 
Marque con una X, sobre la letra, para completar correctamente las afirmaciones que a continuación se presentan 
Es deseable operar muchos dispositivos de ingeniería 
en régimen de ebullición: 
(a) Conveccion libre (b) Nucleada 
(c)Transición (d) Película 
 En la ebullición de película la transferencia de calo en el 
líquido ocurre por ________ del vapor: 
(a) Conveccion (b) Radiación 
(c) Conduccion (d) Mecanismo combinado 
 
El flujo crítico de calor varía con la presión del fluido 
de forma: 
(a) Directa (b) Inversa 
(c) Independiente (d) Depende de la ebullición 
 Los efectos de radiación comienzan a ser significativos 
en la ebullicion de película si (𝑇 [℃]): 
(a)∆𝑇𝑒 ≥ 120, 𝑇𝑠 = 300 (b) ∆𝑇𝑒 ≥ 120, 𝑇𝑠 ≥ 300 
(c) ∆𝑇𝑒 ≥ 120, 𝑇𝑠 ≤ 300 (d)Ninguna de las anteriores 
 
Una superficie rugosa puede ocasionar ___________ 
en la ebullición nucleada: 
(a) Una disminución en el flujo de calor 
(b)Disminución en el crecimiento de burbujas 
(c) Un incremento en el flujo de calor 
(d) Baja la densidad de lugares de nucleación 
 Sin un gradiente de temperatura en el vapor la 
transferencia de calor en la interfaz liq-vap ocurre por: 
(a) Condensación en la interfaz 
(b) Conducción del vapor 
(c) Convección del liquido 
(d) Conducción del liquido 
 
En sistemas radiales para una hilera vertical de 𝑁 
tubos horizontales, el coeficiente ℎ̅ disminuye si: 
(a) Disminuye 𝑁 (b) Disminuye la 𝐿𝑐 
(c) Aumente 𝑁 (d)Ninguna de las anteriores 
 Las transferencia de calor y flujo másico por 
condensación se pueden aumentar al: 
(a) Aumentar 𝑇𝑠 (b) Disminuir 𝑇𝑠 
(c) Mantener 𝑇𝑠 = 𝑐𝑡𝑡𝑒 (c) Mantener 𝑞 = 𝑐𝑡𝑡𝑒 
 
2. CARACTERÍSTICAS DEL MECANISMO 
2.3 Realice un análisis de la figura que se adjunta a continuación, en términos de: (a) 𝑇𝑠 y (b)Reynolds de película 
 
2.2 El agua a presión atmosférica con una temperatura de exceso de 10 ℃ tiene un número de 𝐽𝑎 inferior a la unidad. ¿Cuál 
es el sentido físico de esto? 
 
2.3 ¿Qué sentido físico tiene la tensión superficial? ¿Cuál es su relación en el proceso de condensación y ebullición? 
Sustente con argumentos matemáticos 
3. EJERCICIOS 
1) Una esfera de cobre de 10 𝑚𝑚 de diámetro, inicialmente a una temperatura elevada 𝑇𝑖 , se templa en un baño de agua 
saturada (1 𝑎𝑡𝑚). Con el uso del método de la resistencia interna despreciable, estime el tiempo para que la esfera se enfríe: 
(a) De 𝑇𝑖 = 130 ℃ a 110 ℃ y (b) De 𝑇𝑖 = 500 ℃ a 220 ℃. Grafique el perfil de temperatura para cada proceso de 
templado. 
 
2) Un intercambiador de calor de tubos concéntricos de 0,19 𝑚 de longitud se usa para calentar agua desionizada de 40 ℃ 
a 60 ℃ a un flujo de 5 𝑘𝑔 𝑠⁄ . El agua desionizada fluye a través del tubo interior de 30 𝑚𝑚 de diámetro mientras se 
suministra vapor saturado a 1 𝑎𝑡𝑚 al anillo formado con el tubo externo de 60 𝑚𝑚 de diámetro. Las propiedades 
termofísicas del agua desionizada son 𝜌 = 982,3 𝑘𝑔 𝑚3⁄ , 𝐶𝑃 = 4181 𝐽 𝑘𝑔 ∙ 𝐾⁄ , 𝑘 = 0,643 𝑊 𝑚 ∙ 𝐾⁄ , 𝜇 = 548 ×
10−6 𝑁 ∙ 𝑠 𝑚2⁄ y 𝑃𝑟 = 3,56. Estime los coeficientes de convección para ambos lados del tubo interno 
 
3) Un esquema para enfriar chips de computadora utiliza un termosifón que contiene un fluorocarbono saturado. El chip 
está unido a la parte inferior de u contenedor en forma de copa, dentro del cual se disipa calor por ebullición y después se 
transfiere a un refrigerador externo (agua) por la vía de la condensación sobre la superficie interna de un tubo de pared 
delgada. Las constantes de ebullición nucleada y las propiedades del fluorocarbono son: 𝐶𝑃,𝑙 = 1100 𝐽 𝑘𝑔 ∙ 𝐾⁄ , ℎ𝑓𝑔 =
84400 𝐽 𝑘𝑔⁄ , 𝜌𝑙 = 1619.2 𝑘𝑔 𝑚3⁄ , 𝜌𝑣 = 13.4 𝑘𝑔 𝑚3⁄ , 𝜎 = 8.1 × 10−3 𝑘𝑔 𝑠2⁄ , 𝜇𝑙 = 440 × 10−6 𝑘𝑔 𝑚 ∙ 𝑠⁄ y 𝑃𝑟 =
9.01. Además 𝑘 𝑙 = 0.054 𝑊 𝑚 ∙ 𝐾⁄ . 
(a) Si el chip opera bajo condiciones de estado estable y su flujo de calor superficial se mantienen al 90 % del flujo 
critico de calor, ¿cuál es su temperatura 𝑇?, ¿cuál es la disipación de calor total de potencia si el chip es 𝐿𝑐 =
20 𝑚𝑚 por lado? 
(b) Si el diámetro del tubo es 𝐷 = 30 𝑚𝑚 y su superficie es mantenida a 𝑇𝑠 = 25 ℃ por el agua, ¿qué longitud del 
tubo 𝐿 se requiere para mantener las condiciones establecidas? 
 
Universidad Simón Bolívar 
Departamento de Termodinámica y Fenómenos de Transferencia 
Transferencia de Calor II (TF-2253) 
Profesora : Joselin Moreno 
 
 
TAREA #3 
1. INTERCAMBIADOR DE CALOR FLUJO LAMINAR/VISCOSO 
1.1 SELECCIÓN SIMPLE 
Marque con una X, sobre la letra, para completar correctamente lasafirmaciones que a continuación se presentan 
La diferencia de temperatura en un intercambiador 
de flujo paralelo cuando x→∞ 
(a)Es constante (b)Decae súbitamente 
(c)Aumenta (d)Ninguna de las anteriores 
 Si se compara el ΔT en un intercambiador a contra 
flujo con uno de flujo paralelo, este es: 
(a)Muy Grande (b)No tan grande 
(c)Igual (d)Varia con la presión de flujo 
 
Al aumentar el flujo másico del fluido caliente la 
transferencia de calor: 
(a)Aumenta 
(b)Disminuye 
(c)Son parámetros independientes 
(d)Permanece constante 
 ¿Para qué tipo de configuración de flujo Tc,f excede 
a Th,f ? 
(a)En ambos 
(b)Paralelo 
(c)Contraflujo 
(d)Ninguno 
 
Si la capacitancia térmica del fluido caliente es 
mucho mayor que la del fluido frió: 
(a)La Th decrece y Tc aumenta súbitamente 
(b) La Th decrece y Tc aumenta lentamente 
(c) La Th y Tc no varían 
(d) La Th es constante y Tc aumenta súbitamente 
 El intercambiador en contraflujo mantiene la 
transferencia de calor 
(a)Entre las partes menos calientes del fluido 
(b)Entre las partes más caliente del fluido 
(c)En la parte donde los fluidos igualan su T 
(d)Ninguna de las anteriores 
 
La relación entre el factor de impurezas del 
intercambiador y el coeficiente global de 
transferencia de calor es: 
(a)Directa (b)Inversa 
(c)Potencial (d)Exponencial 
 El coeficiente de convección que controla la 
transferencia de calor es: 
(a)El h de mayor valor 
(b)Siempre controla el h del fluido caliente 
(c)Siempre controla el h del fluido frio 
(d)El h de menor valor 
1.2 DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA 
1.2.1 Realicé un bosquejo de la distribución de temperaturas para un intercambiador de calor de: 
(a) Flujo paralelo 
(b) Contraflujo. Debe señalar la dirección de flujo, colocar notación para la temperatura de fluido caliente y frio y los 
ΔTi 
1.2.2 Indique las suposiciones que debe considerar en la práctica, para simplificar los cálculos 
1.2.3 Si tienen dos intercambiadores de calor con configuraciones de flujo diferentes (uno en paralelo y otro en contraflujo); 
los cuales tienen los mismos fluidos y las mismas condiciones de entrada y de salida. Suponiendo que el coeficiente global 
de transferencia (U) es el mismo ¿Cuál de los intercambiadores tiene mayor longitud? Soporte con ecuaciones 
1.3 EJERCICIO 
Un intercambiador de calor de tubos concéntricos en contraflujo se usa para enfriar el aceite lubricante del motor de una 
turbina de gas industrial grande. El flujo del agua de enfriamiento a través del tubo interno (Di=25mm) es 0,2 kg/s; mientras 
que el flujo del aceite a través del anillo externo (D0=45mm) es 0,1 kg/s. El aceite y el agua entran a temperaturas de 100 y 
30 °C, respectivamente. ¿Qué longitud debe tener el tubo si la temperatura de salida del aceite debe ser 60°C? Se cambia la 
configuración del flujo a paralelo y tomando en cuenta las mismas condiciones de salida ¿cuál es la longitud del nuevo 
intercambiador? 
 
2. INTERCAMBIADOR DE CALOR FLUJO LAMINAR/VISCOSO 
2.1 SELECCIÓN SIMPLE 
Marque con una X, sobre la letra, para completar correctamente las afirmaciones que a continuación se presentan 
La diferencia de presión de un gas que se expande 
libremente viene dada por: 
(a) Δ𝑃 =
𝜌𝑉1
2
2
 (b) Δ𝑃 =
𝜌𝑉2
2
2
 
(c) Δ𝑃 =
𝜌𝑉1
2
3
 (d) Δ𝑃 = 𝜌 (
𝑉1
2
)
2
 
 Considerando el aire como un gas ideal la siguiente 
expresión es válida: 
(a) 
𝑃𝐴
𝜐
= 𝑅𝑇𝐴 (b) 
𝑃𝐴
𝜐𝜌
= 𝑅𝑇𝐴 
(c) 
𝑃𝐴
𝜌
= 𝑅𝑇𝐴 (d) 
𝑇𝐴
𝜐
= 𝑅𝑃𝐴 
 
El análisis dimensional muestra que la relación entre 
h y las variables independientes puede ser expresada 
en la forma: 
(a) 
ℎ.𝑑
𝑘
= 𝑓 (
𝑉 𝑑
𝜇
,
𝑐𝑝𝜇
𝑘
) (b) 
ℎ.𝑑
𝑘
= 𝑓 (
𝜌 𝑉 𝑑
𝜇
,
𝑐𝑝𝜇
𝑘
) 
(c) 
ℎ.𝑑
𝑘
= 𝑓 (
𝑉 𝜌
𝜇
,
𝑐𝑝𝜇
𝑘
) (d) 
ℎ.𝑑
𝑘
= 𝑓 (
𝑉 𝑑
𝜇
,
𝑐𝑝
𝑘
) 
 Durante la práctica hay un número adimensional que 
permanece prácticamente constantes, este es: 
 
(a)Número de Nusselt (b)Número de Rayleigh 
(c)Número de Reynolds (d)Número de Prandtl 
 
I.5 En un intercambiador de flujo cruzado los fluidos 
(a)Ambos pasan a través de los tubos. 
(b)Uno pasa a través de los tubos y el otro pasa 
transversamente alrededor de ellos. 
(c)Los fluidos pasan paralelos unos a otros. 
(d)Los fluidos pasan a contracorriente. 
 I.6 Los intercambiadores de flujo cruzado se utilizan 
normalmente cuando: 
(a)Los fluidos se encuentran en la misma fase 
(b)Los fluidos necesariamente deben ser gases 
inertes. 
(c)Uno de los fluidos cambia de fase 
(d)Los dos fluidos necesariamente son líquidos 
inmiscibles. 
 
De acuerdo al montaje experimental se tiene un 
ducto de 10cm de altura y 4 cilindros de 1cm de 
diámetro. ¿Cuál es la relación A1/A? 
 (a) 5/3 (b) 1/4 
 (c) 2 (d) 1/2 
 El arreglo que puede presentarse en un banco de 
tubos son: 
(a)Cuadrado y Oblicuo 
(b)Cuadrado y Rectangular 
(c)Triangular y Ovoide 
(d)Triangular y Cuadrado 
2.2 CARACTERÍSTICAS DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR 
2.2.1 De la definición del coeficiente de transferencia de calor �̇� y, la diferencial en un período de tiempo 𝑑𝑡 sobre la caída 
de temperatura 𝑑𝑇; deduzca la expresión para el cálculo directo del coeficiente de transferencia de calor ℎ 
2.2.2 Se sabe que 1 𝑐𝑚 𝐻2𝑂 = 98,1 𝑁 𝑚2⁄ y que 𝑅 = 287,33 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑘𝑔 𝐾⁄ . Partiendo de la ecuación para el cálculo de la 
diferencia de presión de un gas que se expande (Δ𝑃), la presión dinámica corriente arriba del elemento (𝐻1) y suponiendo 
que el aire es un gas ideal; deduzca una expresión para el cálculo de la velocidad corriente arriba de la sección de trabajo 𝑉1. 
2.2.3 Deduzca la expresión para el cálculo de velocidad media 𝑉 que pasa por el elemento en función de la velocidad 
corriente arriba de la sección de trabajo 𝑉1 
 
2.3 EJERCICIO 
Se desea conocer la tasa de enfriamiento del elemento (barra) de cobre que se dispone en el montaje experimental. Se 
conocen los siguientes datos: 
Tabla 1. Datos del montaje experimental 
 
 
Tabla 2. Datos del aire 
 
 
Posteriormente, se realiza la práctica y se obtienen los siguientes datos: 
 
Tabla 3. Variación de temperatura de la barra de cobre 
t (seg) T-TA 
0 49 
41,8 35 
77,1 26 
113,5 19 
165,9 12 
225,4 7 
284,9 4 
 
Calcule 
1)Re, 2)h, 3)Un, 4)Pr 
 
d (m) m (kg) cP (J/kg °C) k (J/m s °C) A (m
2
)
0,01245 0,10008 1012 0,0259 3,715E-03
ρ (kg/m
3
) μ (kg/m s) c (J/kg °C) TA (K) H1 (cm H20) pA (N/m
2
)
1,066 1,85E-05 380 301 0,3251 92257,164