7/23/2019 Sol Cengel Cap 1

http://slidepdf.com/reader/full/sol-cengel-cap-1 1/4

1-18 Se deja una plancha de 800 W sobre la tabla de planchar con

su base expuesta al aire. Cerca de 85% del calor generado en la

plancha se disipa a través de la base, cuya área superficial es de 150, y el 15% restante a través de otras superficies. Suponiendo

que la transferencia de calor desde la superficie es uniforme,

determine a) la cantidad de calor que la plancha disipa durante un

periodo de 2 horas, en kWh, b) el flujo de calor sobre la superficie

de la base de la plancha, en W/, y c) el costo total de la energía

eléctrica consumida durante este periodo de 2 horas. Tome el costo

unitario de la electricidad como 0.07 dólar/kWh.

Solución

(a)  Cantidad de calor que la plancha disipa durante 2 horas

   

(b)  Flujo de calor sobre la superficie de la base

   

    

(c)  Costo total de la energía eléctrica consumida

 

1-19 Un tablero de circuitos de  aloja sobre su

superficie 120 chips lógicos con poco espacio entre ellos, cada uno

disipando 0.12 W. Si la transferencia de calor desde la superficie

posterior del tablero es despreciable, determine a) la cantidad de

calor que este tablero de circuito disipa durante un periodo de 10

horas, en kWh, y b) el flujo de calor sobre la superficie de e se

tablero, en W/.

Solución:

(a)  Cantidad de calor que el tablero disipa       

(b) 

Flujo de calor sobre la superficie   

  

 

1-20 Se va a calentar una bola de aluminio de 15 cm de diámetro

desde 80°C hasta una temperatura promedio de 200°C. Tomando la

densidad y el calor específico promedios del aluminio en este rango

de temperaturas como  2 700 kg/ y 0.90 kJ/kg · °C,

determine la cantidad de energía que necesita ser transferida a la

bola.

Solución:

Cantidad de energía

 

 

   

Sustituyendo:

 

 

1-21 Considere una casa calentada eléctricamente que tiene una

superficie de piso de 150  y una altura promedio de 3 m a una

elevación de 1 000 m, en donde la presión atmosférica estándar es

89.6 kPa. La casa se mantiene a una temperatura de 22°C y se

estima que las pérdidas por infiltración equivalen a 0.7 ACH.

Suponiendo que la presión y la temperatura en la casa permanecen

constantes, determine la cantidad de pérdida de energía de ella,debido a la infiltración, para un día durante el cual la temperatura

promedio en el exterior es de 5°C. Asimismo, determine el costo de

esta pérdida de energía para ese día, si el costo unitario de la

electricidad en esa zona es de 0.082 dólar/kWh.

Solución: 

Para  usando tabla,  

 

Infiltración: 0.724=16.8 veces por día

Flujo másico:

   

   

Cantidad de pérdida de calor

  ( ) 

   

 

 

 

Costo de energía

 

 

1-22 Considere una lámpara incandescente de 150 W. El filamento

de la lámpara tiene 5 cm de largo y el diámetro es de 0.5 mm. El

diámetro del bulbo de vidrio de la lámpara es de 8 cm. Determine

el flujo de calor, en W/, a) sobre la superficie del filamento y b)

sobre la superficie del bulbo de vidrio, y c) calcule cuánto costará

por año mantener esa lámpara encendida durante 8 horas al día,

todos los días, si el costo unitario de la electricidad es de 0.08

dólar/kWh.

Solución

(a) 

Flujo de calor sobre la superficie del filamento   

    

(b)  Flujo de calor sobre la superficie del bulbo de vidrio   

  

 

(c)  Costo por año para mantener la lámpara 8 horas al día  

 

7/23/2019 Sol Cengel Cap 1

http://slidepdf.com/reader/full/sol-cengel-cap-1 2/4

1-23 Se calienta agua en un tubo aislado de diámetro constante por

medio de un calentador eléctrico de resistencia de 5 kW. Si el agua

entra en el calentador de manera estacionaria a 15°C y sale a 60°C,

determine el gasto masa de agua.

Solución

   

 

    [

] 

 

 

1-25 Se va a calentar 1.2 kg de agua líquida con una temperatura

inicial de 15°C a 95°C en una tetera equipada en su interior con un

elemento calefactor eléctrico de 1.200 W. La tetera pesa 0.5 kg y

tiene un calor específico promedio de 0.7 kJ/kg · K. Si se asume que

el calor específico del agua es de 4.18 kJ/kg · K y se desprecia

cualquier pérdida de calor de la tetera, determine cuánto tardará elagua en alcanzar la temperatura deseada.

Solución:

Solución:

      

( )

( ) ( )  

 

 

1-29 Una secadora de cabello es básicamente un ducto en el cual se

colocan unas cuantas capas de resistores eléctricos. Un ventilador

pequeño tira del aire llevándolo hacia adentro y forzándolo a que

fluya sobre los resistores, en donde se calienta. Entra aire en una

secadora de cabello de 900 W, a 100 kPa y 25°C, y sale a 50°C. El

área de la sección transversal de la secadora a la salida es de 60. Despreciando la potencia consumida por el ventilador y las

pérdidas de calor a través de las paredes de la secadora, determine

a) el gasto volumétrico del aire a la entrada y b) la velocidad del

aire a la salida.

Solución =0                    

        

   

 

(a)  gasto volumétrico del aire a la entrada

 

 

 

(b)  velocidad del aire a la salida

 

    

 

 

1-30 Los ductos de un sistema de calentamiento de aire pasan por

un área no calentada. Como resultado de las pérdidas de calor, la

temperatura del aire en el ducto cae 3°C. Si el gasto masa del aire

es de 90 kg/min, determine la razón de la pérdida de calor del aire

hacia el medio ambiente frío.

Solución: =0                  =0

     

   

Propiedades del gas (aire)

   

Sustituyendo:

 

 

1-31 Entra aire en el ducto de un sistema de acondicionamiento a

15 psia y 50°F, con un gasto volumétrico de 450 /min. El

diámetro del ducto es de 10 pulgadas y el calor se transfiere al aire

de los alrededores a una razón de 2 Btu/s. Determine a) la

velocidad del aire en la admisión del ducto y b) la temperatura de

ese aire a la salida.Solución: =0                            

 

 

Propiedades del gas (aire)

 

 

(a) 

velocidad del aire en la admisión del ducto

      

    

(b)  temperatura del aire a la salida

 

 

 

 

 

7/23/2019 Sol Cengel Cap 1

http://slidepdf.com/reader/full/sol-cengel-cap-1 3/4

   

 

1-59 Una cacerola de aluminio cuya conductividad térmica es

237 W/m · °C tiene un fondo plano con un diámetro de 15 cm y un

espesor de 0.4 cm. Se transfiere calor de manera estacionaria a

través del fondo, hasta hervir agua en la cacerola, con una razón de

1 400 W. Si la superficie interior del fondo de la cacerola está a

105°C, determine la temperatura de la superficie exterior de ella.

Solución

   

 

( )   

1-62 Durante un experimento se usan dos muestras de 0.5 cm de

espesor con un tamaño de 10 cm  10 cm. Cuando se alcanza la

operación de estado estacionario, se observa que el calentador

consume 25 W de potencia eléctrica y se observa que la tempera

tura de cada una de las muestras cae de 82°C en la superficie

interior a 74°C en la exterior. Determine la conductividad térmica

del material a la temperatura promedio

Solución:

   

   

Ecuación de conducción de calor

   

 

 

1-71 El calor generado en la circuitería sobre la superficie de un

chip de silicio (k = 130 W/m · °C) se conduce hasta el sustrato de

cerámica al cual está sujeto. El chip tiene un tamaño de 6 mm  6

mm y un espesor de 0.5 mm y disipa 5 W de potencia. Descartando

cualesquiera transferencia de calor a través de las superficies

laterales de 0.5 mm de altura, determine la diferencia de tempera

tura entre las superficies del frente y posterior del chip operando

en estado estacionario.

Solución:

   

   

 

 

1-74 Un recipiente esférico hueco de hierro con un diámetro

exterior de 20 cm y un espesor de 0.2 cm se llena con agua conhielo a 0°C. Si la temperatura de la superficie exterior es de 5°C,

determine la razón aproximada de la pérdida de calor desde la

esfera, en kW, y la razón a la cual el hielo se funde en el recipiente.

El calor de fusión del agua es 333.7 kJ/kg.

Solución:

A: área de la esfera, A=4п=п 

Propiedades:  

   

Razón de la pérdida de calor desde la esfera (en kW)

 

 

   

Razón a la cual el hielo se funde en el recipiente

     

 

1-77 Un transistor con una altura de 0.4 cm y un diámetro de 0.6

cm está montado sobre un tablero de circuito. El transistor se

enfría por aire que fluye sobre él con un coeficiente promedio de

transferencia de calor de 30 W/m2 · °C. Si la temperatura del aire es

de 55°C y la temperatura de la caja del transistor no debe ser

mayor de 70°C, determine la cantidad de potencia que este

transistor puede disipar con seguridad. Descarte toda transferencia

de calor desde la base del transistor.

7/23/2019 Sol Cengel Cap 1

http://slidepdf.com/reader/full/sol-cengel-cap-1 4/4

Solución:    

A: área superficial, A=пDL+п/4

A= п(0.6cm)(0.4cm)+п/4

A=1.037=1.037 

   

   

1- Considere un tanque esférico de 4 m de diámetro inicialmente

lleno con nitrógeno líquido a 1 atm y -196°C. El t anque está expues

to a un aire ambiente a 20°C con un coeficiente de transferencia de

calor de 25 W/ · °C. Se observa que la temperatura del tanqueesférico de pared delgada es aproximadamente igual a la del nitró

geno que se encuentra en su interior. Descartando cualquier inter

cambio de calor por radiación, determine la rapidez de evaporación

del nitrógeno líquido en el tanque, como resultado de la transferen

cia de calor del aire ambiente.

Solución:   

   

   

Razón de líquido a vapor del nitrógenoCalor de vaporización de 198 kJ/kg