Problemas tema 3

Departamento de Ingeniería Industrial
Ingeniería Térmica y de Fluidos
Tema 3. Problemas
Problema 1
Tres varillas, una hecha de vidrio (k=1.09 W/m-ºC), la segunda de aluminio puro
(k=228 W/m-ºC) y la tercera de hierro forjado (k=57 W/m-ºC), tienen todas ellas
diámetros de 1.25 cm, longitud de 30 cm y están calentadas a 120ºC en un
extremo. Las varillas están expuestas al aire a la temperatura de 20ºC y sabemos
que el coeficiente de transmisión de calor en las superficies es de 9.0 W/m2 -ºC.
Hallar a) la distribución de las temperaturas en las varillas en el caso en que se
desprecie la pérdida de calor en los extremos; b) el flujo total de calor en las
varillas, despreciando la pérdida de calor en el extremo; c) el flujo de calor de las
varillas, si no se desprecia la pérdida de calor en el extremo y el coeficiente de
transmisión de calor en los extremos es también de 9.0 W/m2 -ºC.
Problema 2
Aletas para enfriar un transistor.
Se usa un conjunto de ocho aletas de una aleación de aluminio, cada una de las
cuales tiene 3mm de ancho, 0.4 mm de espesor y 40 mm de longitud, para enfriar
un transistor. Cuando la base está a 340 K y la temperatura ambiente es de 300 K.
¿ Cuanta potencia disipan si se calcula que el coeficiente de transferencia de calor
combinado por convección y radiación es de 8 W/m2 -ºK?. La aleación tiene
conductividad de 175 W/m-ºK.
Problema 3
Aleta anular para el enfriamiento de un transistor.
Se usa una aleta anular de aluminio para enfriar un transistor, los radios interior y
exterior son de 5mm y de 20 mm respectivamente, y el espesor tiene 0.2 mm.
Calcule la efectividad de calor disipado cuando la base está a 380 K, la temperatura
del aire es 300 K y el coeficiente de transferencia de calor estimado es de 8.2
W/m2 -ºK. La conductividad del aluminio es 205 W/m-K.
Problema 4
Una aleta anular de espesor uniforme tiene un radio interior de 7.5 cm y radio
exterior de 12.7 cm. El espesor constante de la aleta es de 0.5 cm y está
compuesta de un material con K= W/m-ºC. La base de la aleta se mantiene a 200
ºC y el fluido circundante se encuentra a 35ºC. El coeficiente de transmisiñon
calorífica entre la superficie de la aleta y el fluido es de 56.8 W/m2 -ºC. a ) La
velocidad a la que la aleta disipa el calor, b) la temperatura en el extremo de la
aleta y en un punto situado entre la base y el extremo, y c)el calor disipado por los
últimos 2.6 cm de aleta.
Problema 5
Una pared plana con una temperatura superficial de 120 ºC está expuesta a un
fluido ambiente a 25 ºC con un coeficiente de transmisión de calor de 20 W/m2 -ºC.
Si la superficie tiene una serie de aletas rectas de perfil triangular (longitud 3.8 cm,
espesor 0.32 cm, espaciadas a 1.5 cm entre sus centros) ¿ Cual es la efectividad
total de la superficie? Las aletas están hechas con acero de K=43 W/m-ºC.
Problema 6
Se necesita transmitir el calor a través de una pared plana de 1.25 cm de espesor,
compuesta de un material con K=200 W/m-ºC. En el lado izquierdo de la pared
existe un fluido ambiente a t1 = 120 ºC, y el coeficiente de transmisión de calor para
toda la superficie expuesta es de h12 = 450 W/m2 -ºC. En el lado derecho de dicha
pared hay otro fluido ambiente a t4 = 20ºC y el coeficiente de transmisión de calor
para todas las superficies expuestas es h34 =25 W/m2 -ºC. Se desea aumentar la
transmisión de calor entre los dos fluidos empleando aletas rectas, rectangulares
con una longitud de L=2.5 cm, espesor w=0.16 cm y distancia entre sus centros de
1.25 cm y una k identica a la de la pared. partiendo del supuesto de que se pueda
emplear una representación unidimensional, calcular la cantidad de transmisión
calorífica entre los dos fluidos, por unidad de superficie de la pared primaria, si a)
no existen aletas; b) éstas se añaden al lado derecho solo; c) las aletas se añaden
solamente al lado izquierdo.