Resuelve Los Siguientes Ejercicios:(1) Un Tubo De Cobre Con Un Diámetro De 0.1 M Y Una Longitud De 2 M Está Sumergido En Un Fluido A $30^{\circ} C$. La Temperatura De La Superficie Del Tubo Es De $80^{\circ} C$. Si El Coeficiente

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Introducción

La transferencia de calor es un concepto fundamental en la física que se refiere a la transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura. En este artículo, se presentan ejercicios relacionados con la transferencia de calor y se proporcionan soluciones paso a paso.

Ejercicio 1: Calor Conductivo en un Tubo de Cobre

Un tubo de cobre con un diámetro de 0.1 m y una longitud de 2 m está sumergido en un fluido a $30^{\circ} C$. La temperatura de la superficie del tubo es de $80^{\circ} C$. Si el coeficiente de conductividad térmica del cobre es de $386$ W/m°C, calcule la cantidad de calor que se transfiere por unidad de tiempo a través del tubo.

Paso 1: Identificar los datos

  • Diámetro del tubo: 0.1 m
  • Longitud del tubo: 2 m
  • Temperatura del fluido: $30^{\circ} C$
  • Temperatura de la superficie del tubo: $80^{\circ} C$
  • Coeficiente de conductividad térmica del cobre: $386$ W/m°C

Paso 2: Aplicar la fórmula de calor conductivo

La fórmula de calor conductivo es:

Q=kAΔTLQ = \frac{kA\Delta T}{L}

donde:

  • Q$ es la cantidad de calor que se transfiere por unidad de tiempo

  • k$ es el coeficiente de conductividad térmica

  • A$ es la área transversal del tubo

  • \Delta T$ es la diferencia de temperatura entre la superficie del tubo y el fluido

  • L$ es la longitud del tubo

Paso 3: Calcular la área transversal del tubo

La área transversal del tubo es:

A=πr2A = \pi r^2

donde $r$ es el radio del tubo. El radio del tubo es la mitad del diámetro, por lo que:

r = \frac{0.1}{2} = 0.05$ m ### **Paso 4: Calcular la diferencia de temperatura** La diferencia de temperatura es: $\Delta T = 80 - 30 = 50^{\circ} C

Paso 5: Calcular la cantidad de calor que se transfiere

Sustituyendo los valores en la fórmula de calor conductivo, obtenemos:

Q=386×π×(0.05)2×502Q = \frac{386 \times \pi \times (0.05)^2 \times 50}{2}

Q=386×π×0.0025×502Q = \frac{386 \times \pi \times 0.0025 \times 50}{2}

Q=386×3.14159×0.1252Q = \frac{386 \times 3.14159 \times 0.125}{2}

Q=121.352Q = \frac{121.35}{2}

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donde:

  • Q$ es la cantidad de calor que se transfiere por unidad de tiempo

  • k$ es el coeficiente de conductividad térmica

  • A$ es la área transversal del material

  • \Delta T$ es la diferencia de temperatura entre los dos cuerpos

  • L$ es la longitud del material

Pregunta 5: ¿Qué es la convección?

Respuesta: La convección es el proceso por el cual la energía térmica se transfiere a través de un fluido en movimiento. Es un tipo de transferencia de calor que ocurre en la superficie de un objeto cuando el fluido en movimiento se acerca al objeto y se calienta.

Pregunta 6: ¿Qué es la radiación?

Respuesta: La radiación es el proceso por el cual la energía térmica se transfiere a través de ondas electromagnéticas. Es un tipo de transferencia de calor que ocurre en la atmósfera y en el espacio.

Conclusión

En este artículo, se presentaron preguntas y respuestas sobre transferencia de calor para ayudar a entender mejor este concepto. La transferencia de calor es un proceso fundamental en la física que se aplica en una variedad de situaciones, desde la ingeniería hasta la biología.

Referencias

  • Física para Ingenieros, 3ª edición, McGraw-Hill, 2017.
  • Transferencia de Calor, 2ª edición, Wiley, 2015.

Palabras Clave

  • Transferencia de calor
  • Calor conductivo
  • Coeficiente de conductividad térmica
  • Física
  • Ingeniería