FÍSICA AMBIENTAL (FA)
(Grupo del Prof. Miguel RAMOS)
Hoja de problemas 6.
Tema 6.- Capa Límite Superficial.
1. Sobre una superficie plana pulida de longitud L = 0.75 m, circula una corriente de aire
con velocidad v = 4.5 m/s. La temperatura del fluido es de 20 ºC y la presión es la
atmosférica. Determina:
a) Cómo es el régimen del fluido al final de la placa, ¿laminar o turbulento?.
b) Con las mismas condiciones cinemáticas, si el fluido de circulación fuese agua,
¿qué tipo de régimen encontraríamos?.
c) ¿Cuál tendría que ser la velocidad del aire sobre la placa para que tuviera el
mismo régimen de comportamiento que el agua?
(Las constantes del aire y agua a 20 ºC son; ρaire = 1.204 kg/m3, ρagua =
998.3 kg/m3, νaire=15.1 10-6 m2/s, νagua= 1.004 10-6 m2/s).
2. Un colector solar de 1 m de ancho y 3 m de largo está instalado en un tejado. Aire, a
temperatura constante de 10 ºC, fluye a lo ancho del colector a una velocidad de 3 m/s.
La superficie del colector tiene una temperatura constante de 60 ºC. Determina el flujo
de calor perdido por el colector.
(Las constantes características del aire a 10ºC son: νaire=14.2 10-6 m2/s, K=
0.026 W/mK, y el número de Prandtl es 0.714).
3. La superficie exterior de una estufa se encuentra a una temperatura de 37.5 ºC, cuando
la temperatura en su horno de combustión se mantiene a 200 ºC. Las dimensiones de la
estufa son 0.75 m de alto por 0.70 m de ancho en cada cara. Si la temperatura del aire
en la habitación es de 17.5 ºC. Calcula la cantidad de calor perdido a través de la estufa.
(Las constantes características del aire a 27.5ºC son: νaire=20.92 10-6 m2/s,
ρaire=0.9996 kg/m3, el número de Prandtl es 0.706, cp = 1.0095 kJ/kgK y
β=6.6710-3 K-1).
4. Un disco circular de 8 cm de diámetro está situado horizontalmente rodeado de aire en
reposo a 20 ºC. La temperatura de la superficie del disco es uniforme y constante,
140ºC. Determina el coeficiente de transferencia de calor en la parte superior e inferior
del disco. (considera que la longitud característica del disco es D/4, y que se comporta
como una placa plana horizontal)
(Kaire = 0.026 W/mK, νaire= 20.92 10-6 m2/s, el número de Prandtl es 0.706,
ρaire= 0.9996 kg/m3, cp = 1.0095 kJ/kgK y β=6.6710-3 K-1).
5.
Una tubería horizontal de 5 cm de radio y 100 cm de largo se mantiene a una
temperatura de 250 ºC, en una habitación en la que el aire ambiente se encuentra a
15ºC. La densidad del aire es 1.21 Kg/m3 ,su calor específico a presión atmosférica es
1.01 kJ/kgK, su conductividad térmica 24.510-3 W/m K-1 y la viscosidad dinámica es
17.910-6 kg/ms. El coeficiente de dilatación térmica se considera el aire como gas ideal
β=1/T.
Miguel Ramos Sainz
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a) Teniendo en cuenta que la longitud característica para un cilíndro horizontal es Lc=πd y
el número de Nusselt medio en este caso es:
2
1/ 6
9 / 16 −16 / 9
0
.
5
+
Pr
1
Ra
Lc
Pr
Nu = 0.36π +
300
halla la dependencia del flujo de calor intercambiado por la tubería con la diferencia de
temperatura entre la tubería y la corriente libre.
b) Determina la cantidad de calor perdido por la tubería por unidad de longitud y tiempo.
(
6.
)
Un cuerpo con una temperatura inicial Ti, se enfría en una habitación con Tamb por
convección y radiación. El cuerpo sigue la ley de Newton de enfriamiento, que puede
escribirse:
δQ
dt
= hA(T − Tamb )
Siendo A el área del cuerpo y h una constante denominada coeficiente superficial de
transmisión del calor o coeficiente de película. Demuestra que la evolución temporal
del cuerpo está dada por la siguiente función:
T (t ) = Tamb + (Ti − Tamb )e
hAt
mc P
Donde, m es la masa del cuerpo y cp su calor específico a presión constante.
Miguel Ramos Sainz
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