Ejercicios para estudiar transferencia de calor por conducción

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Ejercicios para estudiar transferencia de calor por conducción 
 Escuela de Ingeniería Química 1 Semestre 2020 
 
 
1. Un tubo de acero con conductividad térmica 15 W/(m oC), tiene 5 cm de diámetro interno, 
7,6 cm de diámetro externo y 10 m de longitud. El tubo está cubierto con un aislante de 
espesor 2 cm y conductividad térmica 0,2 W/(m oC),. Una corriente de gas caliente a 330 
oC con coeficiente de transferencia de calor 400 W/(m2 oC) fluye dentro del tubo. La 
superficie externa del aislante está expuesta al aire con temperatura 30 oC y coeficiente de 
transferencia de calor por convección de 60 W/(m2 oC). 
a) Calcule el flux de energía que se pierde en la superficie externa del aislante. 
b) Calcule la temperatura en la interfase acero-aislante y en la superficie externa del 
aislante. 
2. Se emplea una esfera de aluminio hueca, con un calentador eléctrico en el centro para 
determinar experimentalmente la conductividad térmica de materiales aislantes. El radio 
interno de la esfera de aluminio es R1 y el radio externo R2, y la conductividad térmica es 
k1. Una capa del material aislante con radio externo R3 cubre la superficie externa de la 
esfera de aluminio. El sistema opera en estado estable con temperaturas constantes T1 en 
la superficie interna de la esfera de aluminio y T3 en la superficie externa del aislante. Si se 
disipa un flujo de calor Q, calcule la conductividad térmica del material aislante k2. 
Considere que la conductividad térmica tanto del aluminio como del aislante son constantes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
calentador 
Aluminio Aislante 
 
To 
Ejercicios para estudiar transferencia de calor por conducción 
 Escuela de Ingeniería Química 1 Semestre 2020 
 
 
3. Un fluido puro fluye a través de un tubo cuya sección transversal circular disminuye. 
Adicionalmente, la superficie externa del tubo está envuelta con una resistencia eléctrica 
que genera una densidad de flujo de calor constante hacia el interior del fluido. Identifique 
las componentes del flux combinado de energía. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. El diagrama muestra una sección de material cerámico con forma de un cono truncado. 
La sección circular tiene un diámetro D=ax, donde a es una constante conocida. Las 
paredes lateras están aisladas térmicamente. 
 
a) Encuentre una expresión para el flujo de calor suponiendo que conoce las 
temperaturas en los discos de los extremos (T2 y T1). 
 
b) Si a = 0,25, la conductividad de la cerámica es 3,46 W/(mK), x1= 50 mm, x2= 250 mm y 
la temperatura T1 es 400 K. Encuentre T2 para un flux de calor en x1 de -17,275 kW/m2. 
 
Resistencia 
eléctrica