TRANSMISIN DE CALOR

(Curso 2013/14)

CONDUCCION EN ESTADO ESTACIONARIO Y FLUJO UNIDIMENSIONAL SIN

GENERACIN

1. Un tabique de 0,10 m de espesor, 2 m de ancho y 4 m de alto, cuyas caras mayores se encuentran a 50 y 100C respectivamente, se transfieren de una manera uniforme q

W/m2. Suponiendo flujo estacionario y unidireccional para la transmisin del calor,

calcular:

a) Perfil de temperaturas. b) Flujo de calor, W

Notas: conductividad trmica, k = 10 W/mK

2. La pared de un horno consta de tres capas que puede suponerse que hacen un buen contacto trmico: una capa es de material refractario, otra de material aislante y una

chapa de acero, para proteccin mecnica:

Material Espesor, m k, W/mK

Refractario 0,20 5,23

Aislante 0,20 1,05

Acero 0,002 45,3

La temperatura en el interior del horno es 1.200C, la ambiente 38C y los valores del

coeficiente individual de transmisin de calor interno y externo es 930 y 29 W/m2K,

respectivamente. Calcular:

a) Prdida de calor por la pared del horno. b) Temperatura en la interfase material refractario-material aislante.

3. Un tubo de acero (k = 40,5 W/mK), de 5,25 cm de dimetro interno y 6,0 cm de dimetro exterior, por el que circula vapor de agua recalentado (480C), se asla con una

capa de 3,2 cm de aislante constituido por tierra de infusorios y asbesto prensado (k =

0,100 W/mK). Esta capa se protege a su vez con otra de 6,35 cm de espesor de aislante

laminado (k = 0,072 W/mK). En un ensayo la temperatura de la atmsfera circundante

fue de 30C y la temperatura de la parte exterior del aislamiento 50C. Calcular:

a) Prdida de calor expresada en W/m de tubo. b) Temperatura en la superficie de separacin entre las dos capas de aislante. c) Coeficiente individual de transmisin de calor al ambiente.

4. Un depsito termosttico est constituido por una esfera hueca de 10 cm de dimetro interno cuya pared consta de una capa de vidrio de 5 mm de espesor, rodeada por otra,

tambin de vidrio y del mismo espesor, quedando entre ambas una pelcula estacionaria

de aire de 6 mm de espesor. Calcular el espesor de un aislante de conductividad trmica

k = 0,06 W/mK, equivalente a la pared del depsito termosttico.

Datos: Conductividades trmicas: k del vidrio 0,70 W/mK; k del aire 0,03 W/mK

5. La pared de un horno consta de 225 mm de ladrillo refractario, 120 mm de aislante y 225 mm de un ladrillo de construccin. La temperatura interior es de 1.200 K y la

exterior 330 K. Las conductividades trmicas son 2,4, 0,2 y 0,7 W/mK,

respectivamente. Calcular, para flujo unidireccional:

a) Prdidas de calor por unidad de rea. b) Temperatura en la unin entre el refractario y el aislante.

6. Un tubo de plstico aislante (k = 0,5 W/mK) tiene 5 mm de dimetro interno y 15 mm de dimetro externo. Dibujar el perfil de temperaturas y calcular la prdida de calor por

metro de longitud de tubo cuando las temperaturas de la superficie interna y externa se

mantienen, respectivamente, a 300 y 50C.

7. El muro de una casa se compone de una capa interior de ladrillo corriente de 10 cm de espesor (k = 0,69 W/m K) seguido por una capa de revestimiento de celotex de 1,25 cm

(k = 0,048 W/m K). A continuacin viene una capa de 1,25 cm de lana de roca (k =

0,744 W/m K) separada del revestimiento de celotex por una cmara de aire de 10 cm.

El muro se finaliza con otra capa de ladrillo de 10 cm de espesor. La cmara de aire

tiene un coeficiente de pelcula de 6,25 W/m2K. La temperatura de la capa exterior del

ladrillo es de 5C, mientras que la temperatura interior del muro es 20C. Cul es la

velocidad de prdida de calor, por unidad de superficie de pared? Cul es la

temperatura en un punto situado en el centro de la capa de celotex?

8. Se recubre una tubera normalizada 40 de hierro forjado de 4 pulgadas (radio interior = 5,113 cm y radio exterior = 5,715 cm; k = 55 W/mK), con un aislamiento de magnesia

e 2,5 cm de espesor (k = 0,071 W/mK). Si las temperaturas en la pared interior de la

tubera y en la superficie exterior del aislante son, respectivamente, de 150C y 30C,

hallar la prdida de calor por metro de longitud de tubera.

9. La conductividad trmica de una lmina de material aislante vara con la temperatura

mediante la siguiente ecuacin: , donde T est en C y k en W/mK. Si el espesor de la lmina es de 20 cm y las temperaturas a uno y otro lado son

400C y 50C, respectivamente, calcular:

a) Flujo de calor a travs de la lmina, en W/m2 b) Dibujar el perfil de temperaturas en el interior de la lmina.

CONDUCCION EN ESTADO ESTACIONARIO Y FLUJO UNIDIMENSIONAL CON

GENERACIN

10. Por un conductor cilndrico de dimetro 10 mm circula una corriente elctrica de 10 A de intensidad y 500 V/m de cada de tensin. Suponiendo uniforme la generacin de

calor por el paso de la corriente elctrica, calcular el perfil de temperaturas en estado

estacionario. Conductividad trmica del cilindro k=100 W/mK y coeficiente de

conveccin externo, h=500 W/m2K. La temperatura del medio es de 20C.

11. Una pared plana se compone de dos materiales, A y B. La pared de material A tiene una generacin de calor uniforme de 1.5 10

6 W/m

3, kA=75 W/mK y un espesor de 50 mm.

El material B de la pared no tiene generacin y su conductividad trmica es, kB= 150

W/mK y su espesor es 20 mm. La temperatura de la cara externa de A es 120 C,

mientras que la cara exterior del material B se enfra con agua a 30 C y con un

coeficiente de pelcula h=1000 W/m2K. Para condiciones de estado estacionario

calcular:

a) Flujo de calor, W/m2.

b) Perfil de temperaturas en los materiales A y B.

12. Para el enfriamiento-almacenamiento de los residuos radiactivos de una central nuclear se utilizan contenedores cilndricos de 2.5 m de altura sumergidos en una piscina de

agua. Los desechos radiactivos (k=20 W/m K) estn contenidos en vainas cilndricas

de acero inoxidable (radios interno y externo 80 y 110 mm respectivamente, k=15 W/m

K). En los residuos se generan de manera uniforme 105

W/m3 y la superficie externa de

la vaina de acero inoxidable se expone a un flujo de agua a 25 C de forma que el

coeficiente de conveccin es 500 W/m2 K. Supuesto que solo existe flujo radial y para

estado estacionario, calcular:

a) Temperaturas de las caras internas y externas del contenedor de acero. b) Perfil de temperaturas en los desechos radiactivos.