Problemas tema 1 y 2

Departamento de Ingeniería Industrial
Ingeniería Térmica y de Fluidos
Temas 1 y 2. Problemas (2ª Parte)
Problema 1
Un instrumento utilizado para estudiar la destrucción del ozono cerca de los polos
se coloca sobre una gran placa de duraluminio con 2 cm de espesor. Para
simplificar el análisis se puede considerar como una placa de acero inoxidable de 1
cm de altura con una base cuadrada de 10 cm x 10 cm. La rugosidad de las
superficies de contacto del acero y el duraluminio se encuentra entre 20 y 30
micrómetros. La resistencia de contacto entre la placa de acero y la de duralumino
es de 0.05 ºK/W. La cara superior y los costados del instrumento están
térmicamente aislados. Un circuito integrado colocado entre el aislante y la cara
superior de la placa de acero inoxidable genera calor, si este ha de ser transmitido
a la cara inferior del duraluminio, que se estima está a una temperatura de 0 ºC,
determine la razón de disipación máxima permisible del circuito si su temperatura
no debe exceder de 40 ºC. Dibuje el circuito eléctrico equivalente.
Problema 2
Un contenedor refrigerado tiene forma cúbica de lado igual a 2m y paredes de
aluminio de 5mm de espesor aisladas con una capa de 10 cm de corcho. Durante el
funcionamiento, una medición de temperaturas de las superficies interna y externa
da –5 ºC y 20 º C, respectivamente. Determine la carga de enfriamiento del
refrigerador.
Problema 3
El paquete electrónico para un experimento en el espacio exterior contiene una
cápsula con un transistor; la cápsula tiene forma aproximadamente esférica, con un
diámetro de 2 cm está contenida en una caja con paredes casi negras a 30 ºC. La
única forma significativa de disipación de calor desde la cápsula hasta las paredes
de la caja por radiación. Si el transistor disipa 300 mW, ¿Cuál será la temperatura
de la cápsula, si esta es de:
1) aluminio brillante(e=0.035)
2) aluminio anodizado negro(e=0.80)
¿Que cápsula proporciona una temperatura de funcionamiento satisfactoria y
porqué? sabiendo que la temperatura de funcionamiento admisible para dispositivos
semiconductores es de 72 ºC.
Problema 4
Las paredes de una cabaña de una sola habitación y escasamente amueblada, en el
bosque, están compuestas de dos capas de madera de pino de 2 cm de espesor
cada una (k=0.10 W/mK) y una capa intermedia de 5 cm de fibra de vidrio (0.038
W/mK) como material aislante. El interior de la cabaña se mantiene a 20 ºC. Si los
coeficientes de transferencia de calor por convección interior y exterior son 3 y 6
W/m2 K respectivamente y la superficie exterior tiene un acabado de pintura acrílica
blanca, evalúe el flujo de calor por unidad de área través de la pared.
Considerando la temperatura media exterior igual a 2ºC determine el coeficiente de
transferencia de calor por radiación en el exterior y considérelo para la
determinación del flujo de calor y dibuje el circuito eléctrico equivalente.