Capítulo 05. Métodos numéricos en la conducción de calor

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-151 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-151 Diseñe una caja de seguridad resistente al fuego cuyas dimensiones exteriores sean 0.5 m  0.5 m  0.5 m y que proteja su contenido combustible contra un incendio que pueda…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-150 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-150 Diseñe una placa para descongelar para acelerar la descongelación de artículos alimenticios planos, como los bisteces congelados y los vegetales empacados, y evalúe su rendimiento mediante el método de las diferencias…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-149 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-149 En el mercado se cuenta con numerosos paquetes profesionales de software para realizar el análisis de la transferencia de calor y se les da gran publicidad en revistas profesionales como la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-148 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-148 Escriba un ensayo de dos páginas acerca del método de los elementos finitos y explique por qué se usa en la mayor parte de los paquetes comerciales de software para ingeniería.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-147 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-147 Con el fin de mejorar la exactitud de la solución, la altura de las celdas formadas para una resolución en diferencias finitas del problema de distribución de la temperatura en un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-146 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-146 Con el fin de mejorar la exactitud de la solución, la altura de las celdas formadas para una resolución en diferencias finitas del problema de distribución de la temperatura en un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-145 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-145 ¿Cuál es la ecuación correcta de conducción de calor en estado estacionario, en diferencias finitas, escrita para el nodo 6 del sólido rectangular que se muestra en la figura P5-145? a)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-144 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-144 ¿Cuál es la ecuación correcta de conducción de calor en régimen no estacionario, en diferencias hacia adelante, escrita para el nodo 6 del sólido rectangular que se muestra en la figura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-143 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-143 Aire a T0 actúa sobre la superficie superior del sólido rectangular mostrado en la figura P5-143, con un coeficiente de transferencia de calor por convección de h. La ecuación correcta de…

  SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-142 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-142 La ecuación de conducción de calor en régimen no estacionario en diferencias hacia adelante para una aleta de espiga de área constante, A, con perímetro p, expuesta a aire cuya…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-141 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-141 Una barra larga de acero de sección transversal rectangular de 10 cm 20 cm, k
63.9 W/m · °C y a
18.8 106 m2/s se calentó a una temperatura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-140 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-140 La superficie superior de una placa caliente de latón está enfriándose mediante un flujo a presión de aire de 15ºC, con un coeficiente de transferencia de calor por convección de 220…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-139 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-139 Repita el problema 5-138. Mediante el software SS-TCONDUCT (u otro), resuelva las temperaturas nodales. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TRANSFERENCIA DE…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-138 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-138 Considere la transferencia bidimensional de calor en estado estacionario en una barra larga sólida (k
25 W/m · °C) de sección transversal cuadrada (2 cm  2 cm), con generación…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-137 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-137 Repita el problema 5-136 para una placa para descongelar de cobre, mediante un intervalo de tiempo de t
5 s Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-136 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-136 Los artículos alimenticios congelados se pueden descongelar dejándolos simplemente sobre el mostrador, pero tarda demasiado. Se puede acelerar el proceso de manera considerable para los artículos planos, como los trozos de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-135I TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-135I Considere una pared plana grande, de espesor L
0.3 ft y conductividad térmica k
1.2 Btu/h · ft · °F, en el espacio. La pared está cubierta con un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-134 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-134 Se va a enfriar una superficie caliente que está a 120°C al sujetar aletas de pasador de aluminio (k
237 W/m · °C y a
97.1  106 m2/s)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-133 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-133 Una barra larga de acero tiene la sección transversal que se muestra en la figura P5-133. La barra se extrae de un horno de tratamiento térmico a Ti
700°C y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-132 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-132 Una barra bidimensional tiene la configuración geométrica que se muestra en la figura P5-132 con temperatura TA, sobre la superficie superior, y TB, sobre las superficies inferiores, especificadas, y aislamiento sobre…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-131 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-131 Vuelva a considerar el problema 5-130. La absorción de radiación solar en ese caso se puede expresar con mayor precisión como un polinomio de cuarto grado, como Donde q·s es el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-130 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-130 La radiación solar que incide sobre una masa grande de agua limpia (k
0.61 W/m · °C y a
0.15  106 m2/s), como un lago, un río o…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-129 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-129 A partir de un balance de energía sobre un elemento de volumen con forma de disco, deduzca la ecuación unidimensional implícita en diferencias finitas y en régimen transitorio para T(z, t),…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-128 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-128 A partir de un balance de energía sobre el elemento de volumen, obtenga la ecuación bidimensional explícita en diferencias finitas y en  régimen transitorio, para un nodo interior general, en coordenadas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-127 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-127 Considere la conducción de calor unidimensional en estado estacionario en una aleta de pasador de diámetro constante D, con conductividad térmica constante. La aleta pierde calor por convección con el aire…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-126 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-126 Repita el problema 5-125 para el caso de formulación implícita. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-125 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-125 Considere la conducción de calor unidimensional en régimen transitorio en una pared plana, con generación de calor y conductividad térmica variables. La red nodal del medio consta de los nodos 0,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-124 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-124 Un elemento combustible (k
67 W/m · °C) que puede modelarse como una pared plana, tiene 4 cm de espesor. El elemento combustible genera de manera uniforme 5  107…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-123 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-123 Considere un elemento combustible nuclear (k
57 W/m · °C) que se puede modelar como una pared plana con un espesor de 4 cm. El elemento combustible genera de manera…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-122 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-122 Considere la conducción de calor unidimensional en estado estacionario en una pared plana, con generación de calor variable y conductividad térmica constante. La red nodal del medio consta de los nodos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-121 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-121 A partir de un balance de energía sobre el elemento de volumen, obtenga la ecuación tridimensional en diferencias finitas en régimen transitorio, para un nodo interior general, en coordenadas rectangulares, para T(x,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-120 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-120 A partir de un balance de energía sobre el elemento de volumen, obtenga la ecuación tridimensional en diferencias finitas en estado estacionario, para un nodo interior general, en coordenadas rectangulares, para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-119C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-119C ¿Cuál es una manera práctica de comprobar si el error de discretización ha sido significativo en los cálculos? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-118C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-118C ¿Cuál es una manera práctica de comprobar si el error por redondeo ha sido significativo en los cálculos? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-117C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-117C Sugiera algunas maneras prácticas para reducir el error por redondeo. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-116C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-116C ¿Qué sucede a los errores de discretización y por redondeo conforme decrece el tamaño del intervalo? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-115C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-115C ¿Qué causa el error por redondeo? ¿Qué clase de cálculos son más susceptibles al error por redondeo? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-114C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-114C Explique por qué el error local de discretización del método de las diferencias finitas es proporcional al cuadrado del tamaño del intervalo. Asimismo, explique por qué el error global de discretización…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-113C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-113C ¿Cómo se relaciona la formulación en diferencias finitas para la primera derivada con el desarrollo en las series de Taylor de la función de solución? Solución: Solución 1: Canal    …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-112C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-112C ¿Puede el error global (acumulado) de discretización ser menor que el error local en un intervalo? Explique Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-111C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-111C ¿Cuál es la causa del error de discretización? ¿De qué manera difieren el error global y el error local de discretización? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-110C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-110C ¿Por qué los resultados obtenidos mediante un método numérico difieren de los resultados exactos obtenidos analíticamente? ¿Cuáles son las causas de esta diferencia? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-109 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-109 El techo de una casa consta de una losa de concreto (k
1.4 W/m · °C y a
0.69  106 m2 /s) de 15 cm de espesor y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-108 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-108 Repita el problema 5-107 mediante el método implícito con un intervalo de tiempo de 1 min Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-107 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-107 Una molestia común en los automóviles en los meses de invierno es el empañamiento de las superficies de vidrio, lo que bloquea la visión. Una manera práctica de resolver este problema…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-106 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-106 Repita el problema 5-105 con la ayuda del software SST-CONDUCT (u otro). Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TRANSFERENCIA DE CALOR Y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-105 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-105 Considere una barra sólida larga (k
28 W/m · °C y a
12  106 m2/s) de sección transversal cuadrada que está inicialmente a una temperatura uniforme de 32°C.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-104 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-104 Vuelva a considerar el problema 5-103. Mediante el software EES (o cualquier otro semejante), trace la gráfica de la temperatura en la esquina superior en función del tiempo de calentamiento, conforme…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-103 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-103 Considere la transferencia de calor bidimensional en estado estacionario en una barra sólida con forma de L que está inicialmente a una temperatura uniforme de 140°C y cuya sección transversal se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-102 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-102 Considere una casa cuyo muro sur es del tipo Trombe de 30 cm de espesor para el que la conductividad térmica es k
0.70 W/m · °C y la difusividad…