CERTAMEN 1 TRANSFERENCIA DE CALOR 2014

Notas Importantes: - Responder cada problema en una hoja diferente. No mezcle ms de un problema por hoja

- Considere todos los coeficientes de transferencia de calor por conveccin igual a 5 Problema 1. (2 pts.) Se tiene un dispositivo para estudiar un sistema de control como se muestra en la figura. Este se compone de diferentes capas de materiales y resistencias elctricas instaladas en las interfaces de algunas capas. La composicin de las capas es: Capa 1 (k1) de madera de 35 mm de espesor; luego viene una resistencia elctrica Qe1; luego una capa de vidrio (k2) de 10 mm de espesor; luego viene una capa de poliestireno expandido (k3) de 5 mm de espesor, luego viene otra capa de vidrio (k4) de 10 mm, luego una segunda resistencia elctrica Qe2, y finalmente una capa de hormign (k5) de 30 mm. Considere el sistema en rgimen permanente y con transferencia de calor unidimensional. La emisividad de todos los materiales es igual a 0.85. Se han medido los siguientes datos: Tos1 = Ta1 = 55 C; T6=32 C; Tos2=20 C y Ta2=3 C. Si la resistencia elctrica Qe1 est disipando 250 [W/m2], cunto debera estar disipando la resistencia elctrica Qe2, para que se tengan estas temperaturas medidas? Problema 2. (1.5 pts.) Se tiene un material al cual se le estn realizando una serie de ensayos para conocer sus propiedades. Para ello se midi en forma simultnea el flujo de calor superficial en X=0 y un perfil de temperaturas en el interior del slido. Las temperaturas se muestran en la tabla siguiente para valores cercanos a X=0 y se muestra su tendencia general en la figura adjunta:

X (m) T (C) 0 83.0

0.01 78.3

0.02 73.9

0.03 69.8 El flujo de calor medido fue de 635 [W/m2]. A partir de estos resultados de medicin: a.- Estimar la conductividad del material. b.- Si Tos=Ta=Tmedio, estimar la temperatura que debera tener el medio (Tmedio) para las condiciones del problema.

Problema 3 (2.5 pts.) Se tiene un departamento interior de un edificio. Calcular el calor que requiere ser aportado por la calefaccin, para mantener una temperatura del aire interior de 21 C. Suponga que todo el sistema se encuentra en rgimen permanente. El departamento a analizar tiene solo una fachada exterior, el resto son elementos interiores que comunican con otros departamentos que tambin est a 21C. Los muros interiores (excluida la fachada exterior) tienen una temperatura superficial de 21C. El muro exterior se compone de hormign de 20 cm de espesor y tiene una superficie total de 10 m2. El vidrio tiene un espesor despreciable y una superficie total de 6 m2. Considere que los muros de hormign tienen una emisividad y un coeficiente de absorcin igual a 1. Para el vidrio, considere una emisividad a la infrarroja de 1, una transitividad solar de 0.7 y un coeficiente de absorcin a la radiacin solar de 0.2. Por el exterior el aire est a 5 C y la temperatura promedio de las superficies que rodean el edificio es de -10 C. La radiacin solar incide sobre la fachada exterior con una tasa de 500 [W/m2] medido en un plano paralelo a la fachada. Tambin existe una ganancia de calor interno de 150 W aportada por las personas y los equipos. Finalmente se tiene un flujo de infiltraciones de aire exterior de 0.025 kg/s. este aire ingresa a la temperatura del aire exterior y sale a la temperatura del aire interior.

Anexo

Tabla de propiedades de los materiales. Valido para todos los problemas

Material

[kg/m3] K[W/mK] Alfa

solar Rho solar

Cp [J/kg K]

Aire 1.2 0.0255 1000

Agua a P atm y 20 C 1000 0,5674 4180

Agua lquida saturada 970 0,679

Vapor saturado a Patm. 0.587 0,0246

Hormign 2400 1.7 1 1 0 Ladrillo 1900 0.72 835

Vidrio 850 1.2 1 0.20 0.1

Madera 520 0.12 1380

Poliestireno expandido 15 0.04 1200