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
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:
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:
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: $\Delta T = 80 - 30 = 50^{\circ} C
Paso 5: Calcular la cantidad de calor que se transfiere
Sustituyendo los valores en la fórmula de calor conductivo, obtenemos:
undefined
donde:
-
Q$ 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