Fenomenos de Transferencia

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
MECANISMOS SIMULTÁNEOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
13. Considere una persona parada en un cuarto a 23°C. Determine la razón total de
transferencia de calor desde esta persona, si el área superficial expuesta y la
temperatura de la piel de ella son 1.7 m2 y 32°C, respectivamente, y el coeficiente
de transferencia de calor por convección es 5 W/m2·°C. Tome la emisividad de la
piel y la ropa como 0.9 y suponga que la temperatura de las superficies interiores
del cuarto es igual a la temperatura del aire.
Datos:
A=1.7 m2
T s=32 ° C=305 K
T alrededor =23 ° C=296 K
emisividad de la piel=0.9
Resolución:
De acuerdo a la información que tenemos, sabemos que la transferencia de calor se da por
convección y radiación desprendida de la persona. Por ello debemos hallar ese calor
desprendido y sumarlo.
QT =Qrad +Qconv
Qrad =e ×α × As ×(T 4s −T 4alrededor )

W
Q rad =0.9× 5.67× 10−8 4
×1.7 m 2 ×( ( 305 K ) 4−(296 K)4 )
m2 · K
Q rad =84.76W
Q conv =h × A s ×( T s −T alrededor )
W
Q conv =5 ×1.7 m 2 ×(32 ° C−23 ° C)
m2 ·° C
W
Q conv =5 ×1.7 m 2 ×(9 ° C)=76.5 W
m2 ·° C
Q T =Q rad +Q conv
Q T =84.8 W +76.5 W
Q T =161.3 W
14. Considere la transferencia de calor en estado estacionario entre dos placas paralelas
a las temperaturas constantes de T1 = 290 K y T2 = 150 K y con una separación L =
2cm. Suponiendo que las superficies son negras (emisividad ε = 1), determine la
razón de la transferencia de calor entre las placas por unidad de área superficial,
suponiendo que el espacio entre las placas está:
Datos:
T 1=290 K
T 2=15 O K
L=2 cm
W
k =0.00015
m° C
W
k aire=0.01979 a menos de 50 ° C
m° C
W
k vidrio=0.036
m° C
a) Lleno con aire atmosférico - El calor total con aire es la suma del calor por
conducción y radiación:
T 1−T 2
Q cond =kA
L
W 290−150
Q cond =0.01979 ×1 m2 × =138.53 W =139 W
m °C 0.02 m
Qrad =e ×α × As ×(T 4s −T 4alrededor )
W
Q rad =1 ×5.67 × 10−8 4
×1 m2 ×( ( 290 K )4−(150 K) 4)
m 2· K
Q rad =372.32 W =372W
Q T =Q rad +Q conv
Q T =372W +139W
Q T =511W
b) El calor total al vacío es solo el de la radiación:

QT =Qrad =372 W
c) Lleno con aislamiento de fibra de vidrio
T 1−T 2
Q cond =kA
L
W 290−150
Q cond =0.036 ×1 m 2 × =252 W
m° C 0.02m
d) Lleno con superaislamiento que tiene una conductividad térmica aparente de
0.00015 W/m ·°C.
T 1−T 2
Q cond =kA
L
W 290−150
Q cond =0.00015 ×1 m 2 × =1.05 W
m °C 0.02 m
15. En el verano, las superficies interna y externa de una pared de 25 cm de espesor se

encuentran a 27°C y 44°C, respectivamente. La superficie exterior intercambia calor
por radiación con las superficies que la rodean a 40 °C, y por convección con el aire
del ambiente, también a 40 °C, con un coeficiente de transferencia de 8 W/m2·°C.
La radiación solar incide sobre la superficie a razón de 150 W/m2. Si tanto la
emisividad como la capacidad de absorción de la superficie exterior son de 0.8,
determine la conductividad térmica efectiva de la pared. Rpta. 0.961 W/m·°C
1 Existen condiciones de funcionamiento estables.

2 El coeficiente de transferencia de calor es constante y uniforme en la superficie.
Propiedades La absorción solar y la emisividad de la superficie de la pared se dan como
0,8. Análisis La transferencia de calor a través de la pared por conducción es igual a la
transferencia neta de calor a la superficie de la pared exterior.
Datos
ε =0.8
w
σ =5.67 x 10−8
m . K4
2
T 2=44 ° C
T 2=27 ° C
T 0=40 ° C
α s=0.8
q solar =150W /m2
L=0.25m
Solución
q cond=qcon=qrad =qsolar
T 2−T 1
K =h ( T 0−T 2 ) + εσ ( Tsurr 4−T 24 ) + α s q solar
L
(44−27)° C 8W w 150 W
K
0.25 m
= 2
m .° C( )
( 40−44 ) ° C +0.8(5.67 x 10−8 2 4 ) ( ( 40+273 K ) 4−( 44+273 K )4 ) +(0.8)(
m .K m2
)
k =0.91 W /mC
16. Considere un colector solar de placa plana colocada horizontalmente sobre el techo
plano de una casa. El colector tiene 5 pie de ancho y 15 pie de largo, y la
temperatura promedio de la 10 superficie expuesta del colector es 100°F. La
emisividad de esa superficie expuesta es 0.9. Determine la razón de la pérdida de
calor del colector por convección y radiación durante un día calmado, cuando la
temperatura ambiente del aire es de 70°F y la temperatura efectiva del cielo para el
intercambio de radiación es de 50°F. Tome el coeficiente de transferencia de calor
por convección sobre la superficie expuesta como 2.5 Btu/h· pie2·°F. Rpta. 9176
BTU/h.
Un colector solar de placa plana se coloca horizontalmente en el tejado de una casa. Se

quiere determinar la tasa de pérdida de calor del colector por convección y radiación
durante un día tranquilo. Supuestos
1 Existen condiciones de funcionamiento estables.
2 La emisividad y el coeficiente de transferencia de calor por convección son constantes y
uniformes.
3 Las temperaturas de la superficie expuesta, del ambiente y del cielo permanecen
constantes. Propiedades Se considera que la emisividad de la superficie exterior del
colector es de 0,9. Análisis La superficie expuesta del colector es.
Análisis La superficie expuesta del colector es
Datos
feet=ft=pie
As=5pie*15pie=75pie2=75ft2
T ∞=100 ° F
T S=70 ° F
ε =0.9
Btu
σ =0.1714 x 10−8
h . ft 2 . R 4
Solución
Teniendo en cuenta que la temperatura de la superficie expuesta del colector es de 100 °F,
la tasa total de pérdida de calor del colector al medio ambiente por convección y radiación
se convierte en;
Btu
Q conv =hA ( T ∞−T S ) =2.5 2
75 ft 2 (100−70 ) ° F=5625 Btu/h
h . ft .° F
Btu
(
Q rad =ε A s σ ( T surr 4−T s4 )=( 0.9 ) ( 75 ft 2 ) 0.1714 x 10−8 2
h . ft . R)4
∗[ ( 100+460 R ) 4−( 50+ 460 R )4 ]
Q rad =3551 Btu/h
5625 Btu 3551 Btu 9176 Btu

Q total=Q rad +Q conv = + =
h h h
Bibliografía
Cegel, Y. A. (2007). Transferencia de calor y masa. MEXICO: MCGRAW-HILL.

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T alrededor =23 ° C=296 K

Qrad =e ×α × As ×(T 4s −T 4alrededor )

b) El calor total al vacío es solo el de la radiación:

15. En el verano, las superficies interna y externa de una pared de 25 cm de espesor se

1 Existen condiciones de funcionamiento estables.

q solar =150W /m2

Un colector solar de placa plana se coloca horizontalmente en el tejado de una casa. Se

Q rad =3551 Btu/h

5625 Btu 3551 Btu 9176 Btu

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