Este documento presenta 12 problemas relacionados con diferentes fenómenos de transporte como conducción de calor, convección y radiación. Los problemas abordan temas como el cálculo de temperaturas en superficies aislantes, la determinación de conductividades térmicas, cálculos de pérdidas de calor, radiación entre superficies y el análisis de regímenes de flujo en tuberías.

1. Taller sobre Fenomenos de Transporte
Curso Introducción a la Ingeniería Química, Universidad de Antioquia
Profesores Luis Alberto Rios - Biviana Llano.
1. Un flujo de calor de 3 kW se conduce a través de una sección de un material aislante de área
de sección transversal 10 m 2 y espesor 2.5 cm. Si la temperatura de la superficie interna
(caliente) es de 415°C y la conductividad térmica del material es 0.2 W/m·K. ¿cuál es la
temperatura de la superficie externa?
2. Se determina que el flujo de calor a través de una tabla de madera de 50 mm de espesor,
cuyas temperaturas sobre las superficies interna y externa son 40 y 20°C, respectivamente, es
40 W/m2. ¿Cuál es la conductividad térmica de la madera?
3. Las temperaturas de las superficies interna y externa de una ventana de vidrio de 5 mm de
espesor son 15 y 5°C. ¿Cuál es la pérdida de calor a través de una ventana que mide 1 ×3 m de
lado? La conductividad térmica del vidrio es 1.4 W/m·K
4. El compartimiento de un congelador consiste en una cavidad cúbica que tiene 2 m de lado.
Suponga que el fondo está perfectamente aislado. ¿Cuál es el espesor mínimo de aislante de
espuma de poliuretano (k = 0.030 W/m·K) que debe aplicarse en las pare- des superior y
laterales para asegurar una carga de calor de menos de 500 W, cuando las superficies interior
y exterior están a -10 y 35°C?

2. 5. ¿Cuál es el espesor que se requiere de una pared de mampostería que tiene una
conductividad térmica de 0.75 W/m·K, si la velocidad del calor será 80% de la velocidad del
calor a través de una pared de estructura compuesta que tiene una conductividad térmica de
0.25 W/m·K y un espesor de 100 mm? Ambas paredes están sujetas a la misma diferencia de
temperatura superficial y tienen la misma area.
6. Un chip cuadrado de silicio (k = 150 W/m·K) tiene un ancho w = 5 mm de lado y espesor t =
1 mm. El chip se monta en un sustrato de modo que sus lados quedan aislados, mientras que
la superficie superior se expone a un fluido refrigerante. Si se disipan 4 W de los circuitos
montados en la superficie inferior del chip, ¿cuál es la diferencia de temperaturas de estado
estable entre las superficies inferior y superior?
7. Usted ha experimentado el enfriamiento por convección si alguna vez sacó la mano por la
ventana de un vehículo en movimiento o si la sumergió en una corriente de agua. Si la
superficie de la mano se considera a una temperatura de 30°C, determine el flujo de calor por
convección para (a) una velocidad del vehículo de 35 km/h en aire a -5°C con un coeficiente de
convección de 40 W/m2·K y (b) una velocidad de 0.2 m/s en una corriente de agua a 10°C con
un coeficiente de convección de 900 W/m 2·K. ¿En cuál condición se sentiría más frío?

3. 8. Un chip cuadrado isotérmico tiene un ancho w = 5 mm de lado y está montado en un sustrato
de modo que sus superficies lateral e inferior estén bien aisladas, mientras que la superficie
frontal se expone a la corriente de un fluido refrigerante a T∞ = 15°C. A partir de
consideraciones de confiabilidad, la temperatura del chip no debe exceder T = 85°C. Si el fluido
refrigerante es aire y el coeficiente de convección correspondiente es h = 200 W/m2·K, ¿cuál
es la potencia máxima admisible del chip? Si el fluido refrigerante es un líquido dieléctrico
para el que h = 3000 W/m2·K, ¿cuál es la potencia máxima admisible?
9. El vidrio de una ventana se encuentra a 10° C y su área es 1.2 m 2. Si la temperatura del aire
exterior es 0° C, calcular la energía que se pierde por convección. Considerar h = 4 W/(m 2K).
10. a) Si la temperatura promedio de la piel de algún alumno es 30° C, suponiendo una emisividad
ε = 0.97, calcular la radiación que emite. b) Si la temperatura promedio de las paredes de la
sala donde se encuentra es 15° C, calcular la radiación que emite, considerada como cuerpo
negro.
11. Una dama se encuentra en bikini en un sauna cuyas paredes están a 85°C y tienen una
emisividad igual a 1. Su piel se encuentra a 40° C y su emisividad es 0.8. a) ¿Cuánto calor
irradia la dama al sauna? (Considere que el área de la piel expuesta de la dama es de 1.5 m 2) c)
¿Cuánto sudor debería evaporar por hora para que su temperatura se mantenga normal y
estable? (Suponga que éste es el único mecanismo de pérdida energía y que no está

4. produciendo energía por metabolismo). Considere que el calor latente de vaporización del
sudor (λ), a 40°C es 2427 kJ/kg.
Nota: El calor latente de vaporización de un liquido (λ) es igual a la energía que se debe
suministrar para evaporar un kilogramo del liquido. Q v = m λ, donde m es la masa de
liquido evaporada y Qv es el calor requerido para evaporar dicha masa.
12. Por una tubería con un diámetro interior de 5 pulgadas, fluye agua a 90°F con un caudal (flujo
volumétrico) de 20 gal/min. Determine si el flujo de agua es laminar o turbulento. (ayuda:
Flujo volumétrico = velocidad del fluido x area transversal al flujo).