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Description 

TRANSMISIÓN DE CALOR. 2º Curso Grado en Enxeñaría Química

BOLETÍN 5. Tema 6

1. Unos ejes de maquinaria de acero al carbono (AISI 1010) de 0,1 m de diámetro se tratan con
calor en un horno calentado por gas cuyos gases están a 1200 K y proporcionan un coeficiente
de convección de 100 W/m2·K. Si los ejes entran en el horno a 300 K, ¿cuánto tiempo deben
permanecer en el horno para alcanzar una temperatura en la línea central de 800 K?

2. Considere una tubería de acero (AISI 1010) que tiene 1 m de diámetro interno y una pared
con espesor de 40 mm. La tubería está perfectamente aislada en el exterior y, antes de que el
fluido fluya, las paredes de la tubería se encuentran a una temperatura uniforme de -20ºC.
Luego se bombea aceite caliente a 60ºC por la tubería, con lo que se crea una condición
convectiva de superficie que corresponde a h = 500 W/(m2·K) en la superficie interior de la
tubería. a) ¿Cuáles son los números de Biot y de Fourier después de 8 min de iniciado el flujo?
b) A t = 8 min, ¿cuál es la temperatura de la superficie externa cubierta por aislante?, c) ¿Cuál
es el flujo de calor q” (W/m2) desde el aceite a la tubería a t = 8 min?, d) ¿cuánta energía por
metro de longitud de tubería se ha transferido del aceite a la tubería en 8 min?

3. Una varilla larga de 40 mm de diámetro, fabricada de zafiro (óxido de aluminio) e
inicialmente a una temperatura uniforme de 800 K, se enfría súbitamente con un fluido a 300 K
que tiene un coeficiente de transmisión de calor de 1600 W/m2·K. Después de 35 s, la varilla se
envuelve en un aislante y no pierde calor, ¿cuál será la temperatura de la varilla después de un
tiempo largo?

4. Una placa muy gruesa con difusividad térmica 5,6·10-6 m2/s y conductividad térmica de 20
W/m·K, está inicialmente a una temperatura uniforme de 325ºC. De pronto, la superficie se
expone a un fluido refrigerante a 15ºC cuyo coeficiente de transmisión de calor por convección
es 100 W/(m2·K). a) Determine las temperaturas en la superficie y a una profundidad de 45 mm
después de transcurridos 3 min. b) Calcule y elabore una gráfica de la distribución de
temperaturas (0 t  300 s) en x= 0 y x = 45 min para los siguientes parámetros: (1)  = 5,6·10-
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, 5,6·10-6 y 5,6·10-5 m2/s y (2) k = 2, 20 y 200 W/(m·K).

5. En un proceso de fabricación, unos cilindros de acero inoxidable (AISI 304) inicialmente a
600 K se templan al sumergirlos en un baño de aceite que se mantiene a 300 K con h = 500
W/(m2·K). La longitud de cada cilindro es de 2 L = 60 mm y el diámetro D = 80 mm. Considere
un tiempo de 3 min en el proceso de enfriamiento, y determine las temperaturas en el centro del
cilindro, en el centro de una cara circular y a la mitad de la altura lateral.

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