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    Ejercicios Superficies Extendidas

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    Maria Jesus Sandoval Uribe
    Este documento presenta 6 ejercicios relacionados con el cálculo de transferencia de calor a través de superficies extendidas como aletas circulares y rectangulares. Los ejercicios involucran calcular temperaturas, razones de transferencia de calor y efectividades para diferentes configuraciones de aletas sometidas a diferentes condiciones térmicas. El objetivo general es estimar cómo las aletas mejoran la transferencia de calor entre superficies a diferentes temperaturas.

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    Maria Jesus Sandoval Uribe
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    Este documento presenta 6 ejercicios relacionados con el cálculo de transferencia de calor a través de superficies extendidas como aletas circulares y rectangulares. Los ejercicios involucran calcular temperaturas, razones de transferencia de calor y efectividades para diferentes configuraciones de aletas sometidas a diferentes condiciones térmicas. El objetivo general es estimar cómo las aletas mejoran la transferencia de calor entre superficies a diferentes temperaturas.

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    de 4

    UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS

    DIVISIÓN DE INGENIERÍAS

    FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

    EJERCICIOS DE SUPERFICIES EXTENDIDAS

    1. Dos aletas circulars de perfil rectangular son idénticas, excepto en que el radio de una de ellas
    es el doble del radio de la otra. ¿Para cuál de las aletas la efectividad y la eficiencia será más
    alta? Explique
    2. Considere una aleta rectangular muy larga, fijada a una superficie plana en tal forma que la
    temperatura en el extremo de la aleta es prácticamente la del aire circundante, es decir, 20°C.
    Su ancho es de 6 cm, su espesor de 1.2 mm, su conductividad térmica de 200W/m.K y su
    temperatura en la base de 40°C. El coeficiente de transferencia de calor es de 20W/m 2 K.
    Estime la temperatura de la aleta a una distancia de 5 cm medida desde la base y la razón de
    pérdida de calor a través de toda la aleta.
    3. Se usan, para enfriamiento, aletas de sección transversal circular con un diámetro D=1 mm y
    una longitud de L=25.4 mm, fabricadas de cobre, para mejorar la transferencia de calor desde
    una superficie que se mantiene a la temperatura de 132°C. Cada aleta tiene uno de sus
    extremos fijado a esta superficie (x=0), en tanto que el extremo opuesto (x=L) se encuentra
    unido a una segunda superficie, la cual se mantiene a 0°C. El aire que fluye entre las
    superficies y las aletas también está a 0°C y el coeficiente de convección es 100W/m^2.K.
    a. Calcule la temperatura en x=L/2.
    b. Determine la razón de transferencia de calor desde la superficie caliente, a través de
    cada aleta, y la efectividad de esta. ¿Se justifica el uso de aletas?
    4. El vapor de un sistema de calefacción fluye por tubos cuyo diámetro exterior es de 5 cm y
    cuyas paredes se mantienen a 180°C. Al tubo se le sujetan aletas circulares de aleación de
    aluminio 2024-T6, de diámetro exterior de 6 cm y espesor constante de 1 mm. El espacio
    entre las aletas es de 3 mm y, por tanto, se tienen 250 aletas por metro de longitud del tubo.
    El calor se transfiere al aire circundante que está a 25°C, con un coeficiente de transferencia
    de calor de 40W/m 2.°C. Determine el aumento en la transferencia de calor desde el tubo, por
    metro de longitud, como resultado de la adición de las aletas.

    5. Una superficie caliente a 100°C se va a enfriar sujetándole aletas de pasador de aluminio de


    0.25 cm de diámetro, 3 cm de largo y con una distancia entre centros de 0.6 cm. La
    temperatura del medio circundante es de 30°C y el coeficiente de transferencia de calor sobre
    las superficies es de 35W/m^2.°C. Determine la razón de la transferencia de calor desde la
    superficie para una sección de 1m x 1m de la placa. Determine la efectividad total de las
    aletas.
    6. Se separan aire y agua mediante una pared plana hecha de acero. Se propone aumentar la
    razón de transferencia de calor entre estos 2 fluidos agregando aletas rectangulares rectas de
    acero de 1,5 mm de espesor, 2,5 cm de longitud y espaciadas 1 cm entre los centros. Calcular
    el porcentaje de aumento en la transferencia de calor al añadir aletas en:
    a. Aire exterior.
    b. Lado del agua
    c. Ambos lados de la pared plana.

    El coeficiente de película en aire es 9 kcal/h·m2 ºC y en agua 200 kcal/h·m2 ºC. La


    conductividad del acero es 37 kcal/h·mºC.

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