GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA (GR. 1, 4) CURSO 2013

GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA (GR. 1, 4)
Enunciados de problemas de Transmisión de Calor
CURSO 2013-2014
Transmisión de Calor por Radiación
13.1.- Un cuerpo negro tiene una temperatura superficial de 800 C. Calcular la potencia
emisiva, la potencia emisiva monocromática máxima y su longitud de onda.
13.2.- Desarrollar la expresión de la ley de Wien, a partir de la de Planck, sabiendo que ésta
relaciona la potencia emisiva de un cuerpo negro con la longitud de onda y la temperatura
mediante la expresión siguiente:
13.3.- Calcular la potencia emisiva de un cuerpo gris ideal que posee una emisividad de 0.85, si
ese cuerpo se encuentra a una temperatura de 500 C. ¿Cuál es la diferencia emisiva con la de
un cuerpo negro a esa misma temperatura?
13.4.- Un cuerpo opaco posee una emisividad de 0.9. Determinar el porcentaje de potencia
emisiva, respecto a si el cuerpo hubiera sido negro. ¿Qué absortividad, reflectividad y
transmisividad tendrá?
13.5.- Dos rectángulos de 0.25 x 0.5 m paralelos y directamente opuestos, que se comportan
como cuerpos negros están separados por 0.5 m. Calcular el flujo de calor Q12 si las
temperaturas de los rectángulos son respectivamente 200 y 600 C. ¿Qué cantidad neta de
energía gana la superficie que se encuentra a una temperatura inferior, suponiendo que el
entorno se comporta como un cuerpo negro a 0 K y a 27 C?
13.6.- Hallar la cantidad de energía radiante emitida por una esfera de 30 mm de diámetro a
1200 K que choca contra una pared de 1 x 1.5 m colocada desde su centro a un metro de la
esfera.
13.7.- Obtener para la configuración de la figura adjunta, llamando A3 al área anular plana entre
dos cilindros, los factores de forma F1-3, F3-1, F3-2, F3-3, en función de F1-1 y F1-2 y las áreas A1,
A2, A3. El factor de forma entre las superficies anulares de los extremos opuestos es el factor
F3-3.
13.8.- Dos planos infinitos opuestos, se mantienen a 400 y 500 C respectivamente. Calcular las
densidades de flujo de calor por radiación existente entre esos planos si:
a. Los planos se comportan como dos cuerpos negros.
b. Si son dos cuerpos grises con emisividades de 0,75 y 0,85 respectivamente.
c. Repetir el apartado a suponiendo que se sitúa un plano intermedio que se comporta como
un cuerpo negro.
d. Repetir el apartado b si se coloca un plano intermedio con emisividad de 0.8.
13.9.- Determinar para las diferentes geometrías superficiales mostradas en la figura adjunta,
en función de los factores de forma que podrían ser calculados si conociéramos las
dimensiones de los diferentes rectángulos, el factor de forma FA-B.
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Enunciados de problemas de Transmisión de Calor
CURSO 2013-2014
13.10.- Dos planos infinitos y paralelos que se encuentran respectivamente a 250 C (ε = 0.05) y
a 40 C (ε = 0.08) se protegen colocando entre ellos un tercer plano (ε = 0.9). ¿Qué valor tiene
la densidad de flujo calorífico radiante antes y después de colocar este tercer plano? ¿Cuál es
la temperatura de equilibrio de este plano protector?
13.11.- Una tienda de zapatos posee un escaparate (dimensiones indicadas en la figura), tiene
que calentarse con una temperatura de 50 C desde el suelo, mediante la conversión de éste en
un panel de calentamiento radiante. El cristal de la ventana se encuentra a 8 C y el resto de las
paredes a 15 C. Si todas las superficies consideradas se comportan como cuerpos negros,
determinar el calor neto cedido por el suelo. ¿Qué diferencia se produciría si el techo se
elevara hasta una altura de 4.5 m, permaneciendo el resto de las dimensiones iguales?
13.12.- Un tubo horizontal de hierro forjado oxidado de 16 cm de diámetro exterior con una
emisividad de 0.94 tiene una temperatura de superficie de 100 C y está situado en una gran
habitación en la cual las pérdidas se producen por convección libre al aire ambiente y a las
paredes por radiación. Ambas, el aire y las paredes, se encuentran a 20 C. Si el coeficiente de
película por convección libre es h = 5.9 W/m2K, calcular las pérdidas combinadas por unidad de
superficie de tubo. Calcular el coeficiente combinado.
13.13.- Una cámara de aire horizontal tiene 3.81 cm de altura. Una de las superficies que la
componen está a 35 C y la otra a 20 C. Sabiendo que el coeficiente por convección entre las
paredes en h = 2.4 W/m2C, calcular el coeficiente combinado de transmisión de calor debido a
convección y radiación entre las superficies, si la emisividad de ambos es 0.9 y 0.333
respectivamente.
13.14.- Se posee un cilindro hueco, compuesto de 3 superficies negras, cuyas dimensiones se
representan en la figura adjunta. Determinar:
a. Factores de forma existentes en la geometría
b. Si la superficie A se encuentra a 200 C y la superficie B a 700 C y ésta cede una cantidad
neta de calor de 65.5 W. ¿Cuál será la temperatura de C?
c. Flujos netos de energía de las superficies A y C.
d. Si el coeficiente de película de convección entre A y B es de 5 W/m2C, determinar el
coeficiente de película por radiación y el combinado entre esas superficies.