Transmisión de calor: problemas de práctica y preguntas de examen

Conducción a través de paredes, redes de resistencias térmicas, convección y diseño de intercambiadores de calor con la diferencia de temperatura media logarítmica.

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Pack de repaso (PDF)Hojas de fórmulas, pasos de los métodos y problemas de práctica con soluciones completas, listos para imprimir.

Temas de esta asignatura

  1. Conducción de calormuro simple · muro compuesto · muro con conveccióncálculos
  2. Intercambiadores de calor (DTML)DTML · área necesaria · diseño completocálculos

Consejos para el examen de Transmisión de calor

  • Las resistencias térmicas en serie se suman, igual que las resistencias eléctricas.
  • Una diferencia de temperatura es la misma en K y en °C, así que las diferencias pueden quedarse en °C.
  • Para la DTML, toma ΔT en cada extremo del intercambiador; el flujo en paralelo y el flujo en contracorriente emparejan las temperaturas de forma distinta.

Ejemplos resueltos

Conducción de calorFácil
Madera, k = 0,17150 mm20 °C-9 °CQ̇ = ?

Un muro de madera tiene 150 mm de espesor y un área de 6 m². Sus caras están a 20 °C y -9 °C. Halla el flujo de calor por conducción Q̇ a través del muro.

k = 0,17 W/(m·K)L = 150 mmA = 6 m²T1 = 20 °CT2 = -9 °C

Calcula Q̇ (W)

Mostrar pistas
  1. Ley de Fourier para una pared plana: Q̇ = k·A·ΔT/L.
  2. Pasa el espesor a metros para que cuadren las unidades de k.
  3. ΔT = 29 K.
Mostrar la respuesta y la solución paso a paso

Resistencia térmica: el flujo de calor estacionario a través de capas en serie se comporta como la corriente por resistencias en serie: Q̇ = ΔT/ΣR, con R = L/(kA) para una capa conductora y R = 1/(hA) para una superficie con convección. La caída de temperatura en cada capa es proporcional a su resistencia.

Ley de Fourier

ΔT = 20 − (-9) = 29 K
Q̇ = kAΔT/L = 0,17·6·29/(150/1000) = 197,2 W

Respuesta

Q̇ = 197,2 W
Intercambiadores de calor (DTML)Media
longitudT165 °C115 °C10 °C80 °CΔT₁ΔT₂flujo paralelo

Un intercambiador de flujo paralelo transfiere 60 kW. El fluido caliente se enfría de 165 a 115 °C y el frío se calienta de 10 a 80 °C. El coeficiente global de transmisión es 500 W/(m²·K). Halla el área de intercambio A necesaria.

Q̇ = 60 kWU = 500 W/(m²·K)Th: 165 → 115 °CTc: 10 → 80 °C

Calcula A (m²)

Mostrar pistas
  1. Usa Q̇ = U·A·ΔTlm y despeja A.
  2. En flujo paralelo ambas entradas están en el mismo extremo, y ambas salidas en el otro.
  3. ΔTlm = 80,64 K.
Mostrar la respuesta y la solución paso a paso

Método de la DTML: la diferencia de temperatura entre las corrientes cambia a lo largo del intercambiador, así que la ecuación usa su media logarítmica: Q̇ = U·A·ΔTlm, con ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), donde ΔT₁ y ΔT₂ son las diferencias en los dos extremos. A contracorriente se obtiene una ΔTlm mayor que en flujo paralelo con las mismas temperaturas de entrada y salida.

Diferencias de temperatura en los extremos

En flujo paralelo ambas entradas están en el mismo extremo, y ambas salidas en el otro.

ΔT₁ = Th,in − Tc,in = 165 − 10 = 155 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,out = 115 − 80 = 35 K

Diferencia de temperatura media logarítmica

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (155 − 35)/ln(155/35) = 80,64 K

Área

A = Q̇/(U·ΔTlm) = 60000/(500·80,64) = 1,488 m²

Respuesta

A = 1,488 m²

Cómo funciona la práctica

  • «Practicar esta asignatura» mezcla problemas de todos sus temas, como en un examen real.
  • Cada problema tiene valores nuevos, así aprendes el método y no una respuesta.
  • ¿Te has atascado? Abre primero una pista pequeña y la explicación completa solo cuando la necesites.
  • Los simulacros de examen son cronometrados y no tienen pistas; al final recibes tu nota y una revisión completa.

Calculadoras para esta asignatura

Calculadora de conducción de calorCalculadora de la LMTD (diferencia de temperatura media logarítmica)

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