Pract 06 - 2021. Convec - Libre - Calor

GUIAS DE PRACTICAS 2021
V. EJERCICIOS
1. Se liberan a la atmósfera gases de combustión de un incinerador, usando una chimenea que

tiene 0.6 m de diámetro y 10.0 m de alto. La superficie exterior de la chimenea se encuentra a
40°C y el aire circundante está a 10°C. Determine la razón de la transferencia de calor desde la
chimenea si se supone que a) no hay viento y b) la chimenea está expuesta a vientos de 20 km/h.
Rpta. (a) 2070 W. (b) 11.39 kW.
2. Una sección de 10 m de largo de un tubo horizontal de agua caliente de 6 cm de diámetro pasa

a través de un cuarto grande cuya temperatura es de 27°C. Si la temperatura y la emisividad de
la superficie exterior del tubo son de 73°C y 0.8, respectivamente, determine la razón de la
pérdida de calor desde el tubo por a) convección natural y b) radiación.
Rpta. (a) 516 W. (b) 533 W.
3. Considere una placa cuadrada delgada de 2 ft  2 ft en un cuarto a 75°F. Uno de los lados de la
placa se mantiene a una temperatura de 130°F, en tanto que el otro lado está aislado. Determine
la razón de la transferencia de calor por convección natural desde la placa, si esta última se
encuentra a) vertical, b) horizontal con la superficie caliente hacia arriba y c) horizontal con la
superficie caliente hacia abajo.
Rpta. (a) 173.1 BTU/h. (b) 197.4 BTU/h. (c) 98.7 BTU/h.
4. Está hirviendo agua en una cacerola de 12 cm de

profundidad con un diámetro exterior de 25 cm, que
está colocada sobre la parte superior de una estufa.
El aire ambiente y las superficies circundantes están
a una temperatura de 25°C y la emisividad de la
superficie exterior de la cacerola es 0.80.
Suponiendo que toda la cacerola está a una
temperatura promedio de 98°C, determine la razón
de la pérdida de calor desde la superficie lateral
cilíndrica de la misma hacia los alrededores por a)
convección natural y b) radiación. Rpta. (a) 46.2 W. (b) 47.3 W.
5. Un tablero de circuito de 50 cm  50 cm que contiene 121 chips cuadrados sobre uno de sus
lados se va a enfriar por convección natural y radiación combinadas, montándolo sobre una
superficie vertical en un cuarto a 25°C. Cada chip disipa 0.18 W de potencia y la emisividad de
sus superficies es 0.7. Suponiendo que la transferencia de calor desde el lado posterior del
tablero es despreciable y que la temperatura de las superficies circundantes es la misma que la
del aire del cuarto, determine la temperatura superficial de los chips. Rpta. 36.2°C
6. Un recinto vertical de 1.5 m de alto y 3.0 m de ancho consta de dos superficies separadas por
un espacio de 0.4 m lleno de aire a la presión atmosférica. Si las temperaturas de las superficies
a uno y otro lado del espacio de aire son 280 K y 336 K, si despreciando la radiación, determine
la razón de perdida de calor del recinto vertical. Rpta. 579 W
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7. Dos esferas concéntricas de diámetros de 15 cm y 25 cm están separadas por aire a una presión
de 1 atm. Las temperaturas superficiales de las dos esferas que encierran el aire son T1 = 350 K
y T2 = 275 K, respectivamente. Determine la razón de la transferencia de calor desde la esfera
interior hacia la exterior, por convección natural. Rpta. 23.3 W
8. A menudo los colectores solares de placa plana se

inclinan hacia el Sol para interceptar una mayor
cantidad de radiación solar directa. El ángulo de
inclinación con respecto a la horizontal también afecta
la razón de la pérdida de calor desde el colector.
Considere un colector solar de 1.5 m de alto y 3 m de
ancho que se inclina formando un ángulo  con
respecto a la horizontal. El lado posterior de la placa de
absorción está intensamente aislado. La placa y la
cubierta de vidrio, las cuales tienen un espacio de 2.5
cm entre sí, se mantienen a las temperaturas de 80°C y
40°C, respectivamente. Determine la razón de la
pérdida de calor desde la placa de absorción por
convección natural, para  = 0°, 30° y 90°. Rpta. (a) 652 W, (b) 621 W, (c) 315 W.
9. Considere dos cilindros horizontales concéntricos con diámetros de 55 cm y 65 cm,

respectivamente, y una longitud de 125 cm. Las superficies de los cilindros exterior e interior
se mantienen a 54°C y 106°C, respectivamente. Determine la razón de la transferencia de calor
entre los cilindros por convección natural, si el espacio anular está lleno con a) agua y b) aire.
Rpta. 34.1 kW. 192 W.
VI. BIBLIOGRAFIA
1. Cengel Yunus A. and Michael A. Boles. (2014). “Transferencia de Calor, (Quinta Edición).
Editorial Mexico: Mc Graw-Hill.
2. Incropera F.P. & DeWitt D., John. (2011). Fundamentos de Transferencia de calor. (Séptima
Edición). Editorial Mexico: Prentice Hall.
3. Hollman Jack P. (1999). "Transferencia de Calor". (Décima Edición). Editorial México: Mc
Graw-Hill.
4. Welty, James, Wicks Charles y Wilson Robert. (1994). Fundamentos de Transferencia de
Calor y Masa. (Sexta Edicion). Mexico: Limusa-Wiley.
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