UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE GUAYANA

VICERRECTORADO ACADÉMICO

COORDINACIÓN GENERAL DE PREGRADO

PROYECTO DE CARRERA: INGENIERÍA INDUSTRIAL

ASIGNATURA: FENÓMENOS DE TRANSPORTE

MECANISMOS COMBINADOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Profesor: Estudiantes:

Ing. Gustavo Maita Fernanda Hernández, C.I: V-19.910.157

Brian Solórzano, C.I: V-22.586.429

Ciudad Guayana, marzo de 2015

EVALUACIÓN 5 – GRUPO 7 (15%)

El factor de enfriamiento debido al viento, el cual es experimentado en un día

frío y con viento, está relacionado con el incremento de la transferencia de calor

desde la piel humana a los alrededores. Considere una capa de tejido adiposo, con un

espesor ep, un coeficiente de resistencia igual a Kp, y cuya superficie interior se

mantiene a una temperatura Ts,1. En un día sin viento, el coeficiente de transferencia

de calor por convección de la superficie externa es h0, pero con una velocidad del

viento igual a v1 el coeficiente de transferencia de calor por convección se

incrementa hasta hv. En ambos casos la temperatura ambiente es igual a T∞.

i) ¿Cuál es la relación de pérdida de calor por unidad de área desde la piel en un

día sin viento o de calma, a un día con viento?

ii) ¿Cuál será la temperatura de la superficie externa de la piel para un día sin

viento y para un día con viento?

iii) ¿Qué temperatura debería tener el aire en un día sin viento, de tal manera que

origine la misma pérdida de calor que un día con viento con una temperatura

del aire de T∞ y coeficiente de transferencia de calor por convección igual a

hv.

RESOLUCIÓN

DATOS:

ep = 8,341mm ó 0,008341m

Kp = 0,9996 w/m.k

Ts,1 = 45,321 °C

h0 = 26, 159 w/m2.k

hv = 69,907 w/m2.k

v1 = 39,043 km/h

T∞ = -26,178 °C

i) Relación de pérdida de calor por unidad de área desde la piel en un día de calma a un día con viento

Cálculo del flujo de calor por unidad de área

q ''=− ΔTRconducción+Rconvección

=−(T∞−Ts ,1)epkp

+ 1h

TooTs,1 Ts,2

Rconducción

(ep/kp)

Rconvección

(1/h)

Ts,1 = 45,321 °C

Ts,2

ep = 0,008341

m

Too = -26,178 °C

q’’

Flujo de calor desde la piel en un día de calma

q '' calma=−(T∞−Ts ,1 )epkp

+ 1h0

=−[(−26 ,178 )−45 ,321) ]k

0 ,008341m

0 ,9996wm .k

+ 1

26 ,159wm2 .k

q '' calma=1535 ,233w

m2

Flujo de calor desde la piel en un día con viento

q '' viento=−(T ∞−Ts ,1)epkp

+ 1hv

=−[(−26 ,178 )−45 ,321)] k

0 ,008341m

0 ,9996wm .k

+ 1

69 ,907wm2 .k

q '' viento=3156 ,82w

m2

Relación de pérdida de calor

q '' calmaq '' viento

=1535 ,233

w

m2

3156 ,82wm2

=0 ,4863∗100=48 ,63 %

ii) Cálculo de la temperatura de la superficie externa, Ts,2

Mecanismo de transferencia de calor por conducción

q ''=−K .ΔTL

=−Kp .(Ts ,2−Ts ,1)

ep

Despejando Ts,2, queda:

Ts ,2=Ts ,1−(q '' .epKp )

Cálculo de Ts,2 calma

Cálculo de Ts,2 viento

iii) Cálculo de la temperatura del aire en un día de calma con la misma pérdida de calor que un día de viento

Igualdad q’’calma = q’’viento

q '' calma=q '' viento

−(T ∞−Ts ,1)epkp

+1h0

=q '' viento

Sustituyendo

−(T∞−45 ,321)k

0 ,008341m

0 ,9996wm .k

+ 1

26 ,159wm2 .k

=3156 ,82wm2

Ts ,2calma=Ts ,1−(q '' calma .epKp )=45 ,321° C−(1535 ,233

wm2

.8 ,341∗10−3m

0 ,9996wm .k )

Ts ,2calma=32 ,51° C

Ts ,2viento=Ts ,1−(q '' viento .epKp )=45 ,321 ° C−(3156 ,82

wm2

.8 ,341∗10−3m

0 ,9996wm .k )

Ts ,2viento=18 ,98 ° C

Despejando T∞

(45 ,321−T ∞)k=3156 ,82wm2

. 0 ,0466m2 .kw

(45 ,321−T ∞)k=147 ,02k

T∞=−101 ,699 °C