Este documento describe un problema de transferencia de calor a través de una pared compuesta por dos materiales. La pared separa gases a 2600°C de un líquido refrigerante a 100°C. Se pide calcular la pérdida de calor por unidad de superficie a través de la pared y dibujar la distribución de temperaturas desde el gas hasta el líquido.

1. Mecanismos de Transferencia de Calor:
Conducción
Resistencia de contacto
Ejercicio guiado
Curso de adaptación a Grado de Ingeniería Mecánica

2. Enunciado
Una pared compuesta separa gases de combustión a 2600ºC de
un líquido refrigerante a 100ºC, con coeficientes de convección
del lado de gas y del líquido de 50 y 1.000 W/m2K,
respectivamente.
La pared se compone de una capa de óxido de berilio (k = 21,5
W/m·K) de 10 mm de espesor en el lado del gas y una placa de
acero inoxidable (AISI 304, k = 25,4 W/m·K) de 20 mm de
grosor en el lado del líquido. La resistencia de contacto entre el
óxido y el acero es de 0,05m2·K/W.
¿Cuál es la pérdida de calor por unidad de superficie del
compuesto?
Dibuje la distribución de temperaturas del gas al líquido.

3. planteamiento
1.
Dibuja el esquema del problema
3. Dibujar
2. Introduce las condiciones de esquema de resistencias térmicas
contorno y las propiedades de los
materiales y fluido
PROPIEDADES:
Convección entre gases y pared
Conducción a través de la pared de óxido de berilio
Conductividad térmica del acero kacero Resistencia de contacto entre superficies
= 25,4 W/mK
Conducción a través de la pared de acero
Convección entre pared y refrigerante
Conductividad térmica del óxido de berilio koxido_berilio = 25,4 W/mK

4. planteamiento
4.
Define las hipótesis
1.
2.
La transferencia de calor es unidireccional
3.
Las conductividades térmicas se mantienen constantes
4.
5.
Condiciones de operación estacionarias
La transferencia de calor por radiación es despreciable.
Identifica las cuestiones: ¿qué es lo
que se pide?
La pérdida de calor se refiere
simplemente al calor que atraviesa
la pared
Distribución de temperaturas:
necesitaremos conocer el calor
previamente, y la temperatura en
algún punto (tenemos los extremos)

5. Pérdida de calor
resolución
6.
Plantea la formulación del
esquema de resistencias del
circuito equivalente

q
T
7.
1
T
T
2
Rtotal
T
T
2
Rt, c
Racero Rh2
Calcula las resistencias
térmicas
8.

q
Rh1 Rber
1
1
50
1
h1
Lber
kber
1
Rt ,c
T
2
Lacero
k acero
1
h2
Aplica los valores numéricos
conocidos
2600 100
0,01
0,02
1
0,05
m 2 K/W
21,5
25,4 1000
34600 W/m 2

6. resolución
Distribución de temperaturas
9. Plantea la formulación del
esquema de resistencias pared por
pared o resistencia por resistencia,
no con la resistencia total
Comenzaremos desde el extremo del
óxido de Berilio (ºC). Es posible
comenzar desde el lado opuesto,
obteniendo el mismo resultado
1. Temperatura de la superficie del óxido de Berilio. Empleamos resistencia
de convección entre gases de combustión y pared
T 1 Ts1 T 1 Ts1

q
Transferencia por convección entre
1
Rh1
gases de combustión y pared del óxido
h1
Ts1 T
1

q
h1
34600 W/m2
2600º C 50 W/m2 º C
1908º C

7. resolución
2. Temperatura de la cara interior del óxido de Berilio. Empleamos la resistencia de
conducción a través del óxido.

Sabiendo: q
Tc1
Ts1
Ts1 TC1
LA
kA
Recordad que el calor que atraviesa
cada pared es el mismo
LA
0,01 m

q 1908 º C
34600 W/m 2
kA
21,5 W/mº·C
1892 º C
3. Temperatura de la cara interior del acero. Empleamos la resistencia de
contacto entre óxido y acero.

q
Tc1 Tc 2
Rt ,c
Tc 2

Tc1 qRt ,c
W
m2K
1892 º C - 34600 2 0,05
162 º C
m
W
4. Temperatura de la cara exterior del acero. Empleamos la resistencia de
conducción a través del acero.

q
Tc 2 Ts 2
LB
kB
Ts 2
Tc 2
LB
0,02 m

q 162 º C 34 .600 W/m 2
kB
25,4 W/mK
134 ,6º C

8. resolución
Así, la distribución de temperaturas será de la siguiente forma:

9. gracias
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