Capítulo 05. Métodos numéricos en la conducción de calor

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-101 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-101 Ambas superficies de una placa de latón caliente de 10 cm de espesor (k
110 W/m · °C y a
33.9  106 m2/s) con una generación uniforme de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-100 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-100 Una pared plana de acero inoxidable (k
15.1 W/m · °C) y con un espesor de 1 m experimenta una generación uniforme de calor de 10 000 W/m3. Los lados…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-99I TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-99I Considere una casa cuyas ventanas están hechas de vidrio con un espesor de 0.375 in (k
0.48 Btu/h · ft · °F y a
4.2  106 ft2/s). Inicialmente…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-98 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-98 Vuelva a considerar el problema 5-96. Mediante el software EES (o cualquier otro semejante), investigue el efecto del tiempo de enfriamiento sobre las temperaturas de los lados izquierdo y derecho de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-97 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-97 Repita el problema 5-96 mediante el software SS-TCONDUCT (u otro). 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 5-96 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-96 Considere una placa grande de uranio de espesor L
9 cm, conductividad térmica k
28 W/m · °C y difusividad térmica a
12.5  106 m2/s que al…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-95 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-95 Considere la conducción de calor unidimensional en régimen transitorio en una pared plana compuesta que consta de dos capas A y B con contacto perfecto en la interfase. En la pared…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-94 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-94 A partir de un balance de energía sobre un elemento de volumen en forma de disco, deduzca la ecuación unidimensional explícita para T(z, t) en diferencias finitas y en régimen transitorio,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-93 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-93 A partir de un balance de energía sobre un elemento de volumen, obtenga la ecuación bidimensional implícita en diferencias finitas y en régimen transitorio para T(x, y, t), para un nodo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-92 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-92 A partir de un balance de energía sobre un 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 5-91 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-91 Considere la conducción de calor en régimen transitorio en una pared plana con generación de calor variable y conductividad térmica constante. La red nodal del medio consta de los nodos 0,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-90 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-90 Considere la conducción de calor en régimen transitorio en una pared plana con generación de calor variable y conductividad térmica constante. La red nodal del medio consta de los nodos 0,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-89 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-89 Repita el problema 5-88. Mediante el software SS-TCONDUCT (u otro) con el método explícito, grafique la temperatura en la superficie que se está enfriando mediante el flujo de aire, en función…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-88 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-88 La superficie superior de una placa de latón caliente se está enfriando mediante un flujo a presión de aire a una temperatura de 15ºC, con un coeficiente de transferencia de calor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-87 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-87 Repita el problema 5-86 para el caso de la formulación implícita. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-86 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-86 Considere la conducción de calor en régimen transitorio en una pared plana con generación variable de calor y conductividad térmica constante. La red nodal del medio consta de los nodos 0,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-85 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-85 Considere la conducción de calor en régimen transitorio en una pared plana cuya superficie izquierda (nodo 0) se mantiene a 80°C, en tanto que la superficie derecha (nodo 6) se sujeta…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-84C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-84C El método implícito es incondicionalmente estable y, por consiguiente, se puede usar cualquier valor del intervalo de tiempo t en la solución de problemas de conducción de calor en régimen transitorio.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-83C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-83C  Considere la conducción de calor bidimensional en régimen transitorio en una región rectangular que se va a resolver por el método explícito. Si todas las fronteras de la región están aisladas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-82C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-82C Exprese el criterio general de estabilidad para el método explícito de solución de problemas de conducción de calor en régimen transitorio Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-81C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-81C ¿Existe alguna limitación sobre el tamaño del intervalo de tiempo t en la solución de problemas de conducción de calor en régimen transitorio, mediante a) el método explícito y b) el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-80C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-80C  La formulación explícita en diferencias finitas de un nodo interior general para la conducción de calor bidimensional en régimen transitorio se expresa por Obtenga la formulación en diferencias finitas para el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-79C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-79C Considere la conducción de calor unidimensional en régimen transitorio en una pared plana que se va a resolver por el método explícito. Si los dos lados de la pared están sujetos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-78C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-78C Considere la conducción de calor unidimensional en régimen transitorio en una pared plana que se va a resolver por el método explícito. Si los dos lados de la pared están a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-77C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-77C La formulación explícita en diferencias finitas de un nodo interior general para la conducción de calor en régimen transitorio en una pared plana está dada por: Obtenga la formulación en diferencias…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-76C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-76C ¿Cuáles son los dos métodos básicos de solución de problemas en régimen transitorio basados en las diferencias finitas? ¿En qué difieren los términos de transferencia de calor en la formulación del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-75C TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-75C ¿En qué difiere la formulación en diferencias finitas de un problema de conducción de calor en régimen transitorio con la de un problema del mismo tipo en estado estacionario? ¿Qué representa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-74 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-74 Considere la transferencia de calor bidimensional en estado estacionario en un cuerpo sólido con forma de L cuya sección transversal se da en la figura. La conductividad térmica del cuerpo es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-73 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-73 Considere una barra sólida larga cuya conductividad térmica es k
5 W/m · °C y su sección transversal se da en la figura. La superficie superior de la barra se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-72 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-72 Considere una larga presa de concreto (k
0.6 W/m · °C, as
0.7) de sección transversal triangular cuya superficie expuesta está sujeta a flujo de calor solar de q…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-71 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-71 Vuelva a considerar el problema 5-69. Usando el software EES (o cualquier otro semejante), investigue los efectos de la temperatura de los gases calientes y de la emisividad de la superficie…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-70 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-70 Repita el problema 5-69 si se descarta la transferencia de calor por radiación desde las superficies exteriores de la chimenea. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-69 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-69 Los gases calientes de la combustión de un horno fluyen por una chimenea de concreto (k
1.4 W/m · °C) de sección transversal rectangular. La sección de flujo de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-68I TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-68I Considere la transferencia de calor bidimensional en estado estacionario en una barra sólida larga de sección transversal cuadrada en la cual se genera calor de manera uniforme con una razón de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-67 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-67 Repita el problema 5-66 mediante el software SS-TCONDUCT (u otro) para determinar las temperaturas nodales Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TRANSFERENCIA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-66 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-66 Considere una transferencia bidimensional de calor en una barra sólida larga (k
25 W/m · °C) de sección transversal cuadrada de (3 cm  3 cm) con las temperaturas preestablecidas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-65 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-65 Repita el problema 5-64 mediante el software SS-TCONDUCT (u otro) 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 5-64 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-64 Considere un bloque de constantano (k
23 W/m · °C) de 5 m de largo, 30 cm de alto y 50 cm de ancho (figura P5-64). El bloque está por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-63 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-63 Vuelva a considerar el problema 5-62 mediante el software EES (o cualquier otro semejante). 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 5-62 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-62 Considere la transferencia de calor bidimensional en estado estacionario en un cuerpo sólido largo cuya sección transversal se da en la figura. Las temperaturas en los nodos seleccionados y las condiciones…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-61 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-61 Vuelva a considerar el problema 5-59. Mediante el software EES (o cualquier otro semejante), investigue los efectos de la conductividad térmica y la razón de la generación de calor sobre las…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-60 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-60 Vuelva a considerar el problema 5-59 mediante el software EES (o cualquier otro semejante). 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 5-59 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-59 Considere la transferencia de calor bidimensional en estado estacionario en un cuerpo sólido largo cuya sección transversal se da en la figura P5-59. Las temperaturas en los nodos seleccionados y las…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-58 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-58 Si se parte de un balance de energía sobre un elemento de volumen, obtenga la ecuación en diferencias finitas bidimensionales en estado estacionario, para un nodo interior general, en coordenadas rectangulares…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-57 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-57 Considere la transferencia estacionaria bidimensional de calor en una barra larga y sólida de secciones transversales a) cuadrada y b) rectangular, como se muestra en la figura. Las temperaturas medidas en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-56 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-56 Considere la transferencia de calor bidimensional en estado estacionario en un cuerpo sólido largo cuya sección transversal se da en la figura. Las temperaturas medidas en puntos seleccionados de las superficies…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-55 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-55 Considere la transferencia de calor bidimensional en estado estacionario en una barra sólida larga cuya sección transversal se da en la figura. Las temperaturas medidas en puntos seleccionados sobre las superficies…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-54 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-54 Considere la transferencia bidimensional de calor en estado estacionario en una sección transversal cuadrada (3 cm  3 cm) con las temperaturas preestablecidas para las superficies superior, derecha, inferior e izquierda…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-53 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-53 Considere la transferencia bidimensional de calor en una sección transversal rectangular (60 cm  30 cm) con temperaturas preestablecidas de 0°C a la izquierda, derecha y superficies inferiores, mientras que la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 5-52 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN. 5-52 La pared de un intercambiador de calor separa agua caliente a TA = 90°C de agua fría a TB
10°C. Para ampliar el área de transferencia de calor, se hacen…