Balances2-08

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MEC 2251 - TRANSFERENCIA DE CALOR
BALANCE DE ENERGÍA
1) Hallar:
a) El flujo de calor de una pared plana horizontal de 25 x 50 [cm] de área y 5 [cm] de espesor si la
temperatura externa es de 100 [°C] y la temperatura ambiente es de 30 [°C]. Se conoce que el
coeficiente de convección del aire es 9 [W/m2°K]
b) SI por radiación la placa pierde 300 [W] de energía, calcular la temperatura interna de la placa
DATOS 
b 25cm:=
l 50cm:= Datos geométricos de la placa
e 5cm:=
Text 100 °C:= Temperatura externa de la placa (Cara superior)
Tamb 30 °C:= Temperatura ambiente
h 9
W
m
2
K⋅
:= Coeficiente de convección del aire
Qrad 300W:= Calor que pierde la placa por radiación
k 236
W
m K⋅
:= Conductividad térmica para el aluminio puro
SOLUCIÓN 
a) En este caso, la placa pierde calor por convección, por lo tanto se tiene:
Qconv h A⋅ Text Tamb−( )⋅=
El área de transferencia de calor de la placa es:
A b l⋅:= A 0.125m2=
El calor que pierde la placa por convección es:
Qconv h A⋅ Text Tamb−( )⋅:=
Qconv 78.75W=
b) Haciendo un balance térmico en la cara superior de la placa se tiene:
Calor que llega por conducción = Calor que sale por convección + Calor que sale por radiación
Qcond Qconv Qrad+:=
Qcond 378.75 W=
El calor por conducción es:
Qcond k A⋅
Tinf Tsup−( )
e
⋅= Tsup Text:=
Tinf
Qconde⋅
k A⋅
Tsup+:= Tinf 100.642 °C=
Javier A. Velasco Villarroel / Semestre II-2008
MEC 2251 - TRANSFERENCIA DE CALOR
2) Un termopar utilizado para leer la temperatura de un gas inmóvil en un horno marca 90 [°C]. Sin
embargo se conoce que las paredes del horno se encuentran a 100 [°C] y el coeficiente de
transferencia de calor por convección del gas es de 8.8 [W/m2°K]. Con esta información, estime la
verdadera temperatura del gas.
DATOS 
Ttp 90 °C:= Temperatura que lee el termopar
Th 100 °C:= Temperatura de las paredes del horno
h 8.8
W
m
2
K⋅
:= Coeficiente de convección de los gases
Fε 0.9:= Valor asumido para la emisividad
σ 5.67 10
8−⋅
W
m
2
K
4⋅
⋅:= Constante de Steffan - Boltzmann
SOLUCIÓN 
Se asume que la temperatura que lee el termopar es la temperatura de su superficie. Por lo tanto se
realiza un balance térmico es la superficie del termopar.
Calor que llega por radiación = Calor que sale por convección
Qrad Qconv=
Tg 85 °C:= Valor inicial para el tanteo en MathCad
Given
σ A⋅ Fε⋅ Th
4
Ttp
4−

⋅ A h⋅ Ttp Tg−( )⋅=
Tg Find Tg( ):= Tg 351.574 K= Tg 78.424 °C=
R.- La temperatura que lee el termopar es 78.424°C
Javier A. Velasco Villarroel / Semestre II-2008