Problemario de seminario de termica

SEMINARIO DE ENERGÍA TÉRMICA

PROBLEMARIO MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

FECHA DE ENTREGA: 26 DE FEBRERO

“CONDUCCIÓN”

1. El techo de una casa calentada eléctricamente tiene 6 m de largo, 8 m de ancho y 0.25 m de espesor y está hecha de una capa plana de concreto cuya conductividad térmica k= 0.8 W/m°C. Las temperaturas de las superficie interior y exterior registran 15°C y 4°C, respectivamente, durante un periodo de 10 horas. Determine:

a) la velocidad de la pérdida de calor a través del techo esa noche.

b) el costo de esa pérdida de calor para el propietario de la casa, si el costo de la electricidad es de 0.08 dólar/kWh

2. Una olla de aluminio tiene un fondo plano redondo con un diámetro de 20 cm y un espesor de 0.4 cm. Se transfiere calor constante de 800 W hacia el agua que se pone a hervir. Si la superficie interna del sartén es de 105 oC. Determine la temperatura de la superficie externa del fondo de la olla

3. Las superficies interna y externa de una ventana de vidrio de 2m X 2m, que tiene un espesor de 0.5 cm, en invierno alcanzan 10 oC y 3 oC, respectivamente. Determine la cantidad de calor perdido en kJ a través de la ventana por un periodo de 5 h. ¿Cuál sería la respuesta si el vidrio tuviera 1 cm de espesor?

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SEMINARIO DE ENERGÍA TÉRMICA

PROBLEMARIO MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

FECHA DE ENTREGA: 26 DE FEBRERO

4. Se determina que el flujo de calor a través de un material de 50 mm de espesor es de 70 W/m2 cuyas temperaturas sobre la superficie interna y externa son 40 y 20 oC respectivamente ¿Cuál es la conductividad térmica del material? Según las tablas de que material se trata?

5. Las superficies interna y externa de una pared de ladrillo de 5m X 6m y espesor de 30 cm tiene una conductividad térmica de 0.69 W/moC, y mantiene temperaturas de 20 oC y 5 oC respectivamente. Determine la tasa de transferencia de calor y el flujo de calor a través de la pared.

6. Un medidor de flujo de calor conectado a la superficie interna de una puerta de un refrigerador (de 3 cm de espesor) indica un valor de flujo de calor de 25 W/m2 a traves de la puerta. Ademas, las temperaturas de las superficies internas y externas de la puerta son de 7 °C y 15 °C, respectivamente. (a) Determine la conductividad termica de la puerta del refrigerador. Solution: 0.09375 W/m oC.

7. Una casa calentada con un horno de gas natural tiene un techo 8 m de largo, 10 m de ancho y 0.30 m de espesor y está hecha de concreto (k= 0.8 W/m°C). Además, tiene un piso con dimensiones de 7 m X 9 m una altura de 4 m. Las paredes de la casa están hechas con ladrillo. Las temperaturas de las superficie interior y exterior registran 18°C y 2°C, respectivamente, durante un periodo de 8 horas. Determine:

a) la velocidad de la pérdida de calor a través de la casa esa noche.

b) El flujo de calor que presentó la casa

c) El costo de esa pérdida de calor para el propietario de la casa, si el costo de la electricidad es de 0.7 pesos/kWh

d) Realice los mismos cálculos para una casa hecha de roble.

8. Calcular las pérdidas de calor de un día generadas por 1m de una tubería no aislada con diámetro d

1

/d

2

= 150/165 mm que se encuentra al aire libre cuando por el interior de ésta corre agua caliente con una temperatura media T

1

= 90°C y la temperatura ambiente T

a

= -15°C. El coeficiente de conductividad térmica del material del tubo es K = 50 W/m°C. (b) Determinar también el costo de esa pérdida de calor si la unidad de energía tiene un precio de 0.15 $/Kwh. Sol. Perdidas de calor= 8707.44 Kwh, Costo= $1306.11.

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9. Dos placas metálicas con espesores de 30 cm (bronce) y 25 cm (hierro), están en contacto térmico, como se muestra en la figura. Las temperaturas de las superficies exteriores son 42 y 25 oC. Calcular la temperatura de la interfase a través de las placas cuando se han alcanzado el estado estacionario.

10. Una barra de oro está en contacto térmico con una barra de plata, una a continuación de la otra, ambas de la misma longitud y área transversal. Un extremo de la barra compuesta se mantiene a T1= 80 °C y el otro extremo a T2= 30 °C. Calcular la temperatura de la unión cuando el flujo de calor alcanza el estado estacionario (equilibrio).

“CONVECCIÓN”

1. Una pared de un cuarto con dimensiones de 1.5 m X 2.5 m y que le da el sol todo el día, tiene una temperatura de 35 0C. Si la temperatura al exterior es de 24 0C. Y se presenta una velocidad de perdida de calor por convección de 102.42 BTU/h. Calcule el coeficiente de convección del aire en esas condiciones.

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