ESCUELA'SUPERIOR'POLITÉCNICA'DEL'LITORAL'
FACULTAD'DE'INGENIERÍA'EN'MECÁNICA'Y'CIENCIAS'DE'LA'PRODUCCIÓN'
DISEÑO'DE'SISTEMAS'TERMOFLUIDOS'
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Año$académico:$$ 2020-2021$
Término:$ $ 1$
Paralelo:$ $ No.2$$
Trabajo'Autónomo'#'2'
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Resolver'los'siguientes'problemas'de'forma'detallada'indicando'cada'una'de'las'consideraciones'
realizadas'para'su'desarrollo.'
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Problema'#'1:$Un$ arreglo$de$100$componentes$electrónicos,$de$los$cuales$cada$ uno$disipa$calor$a$
una$tasa$de$25$W,$se$encuentran$unidos$a$la$superficie$inferior$de$una$placa$cuadrada$de$cobre$con$
dimensiones$de$0.2$m$x$0.2$m;$y$toda$la$energía$es$transferida$a$una$corriente$de$agua$que$fluye$en$
una$dirección$paralela$a$su$superficie$superior,$como$se$muestra$en$la$figura.$
Una$ protuberancia$es$ ubicada$ en$ el$ borde$ de$ ataque$ de$ la$ placa,$con$ la$ finalidad$ de$ inducir$un$
régimen$turbulento$en$la$corriente$de$agua$y$de$esta$forma$mejorar$la$transferencia$de$calor.$
Si$la$corriente$de$agua$fluye$de$forma$libre$a$una$velocidad$de$2m/s$con$una$temperatura$de$17$°C,$
determine:$
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a) La$temperatura$superficial$de$la$placa$
b) Si$cada$ componente$tiene$ un$área$ de$contacto$superficial$de$1$ cm2$con$la$ placa,$con$ una$
correspondiente$resistencia$de$ contacto$de$2x10-4$m2-K/W,$¿cuál$es$la$temperatura$de$ los$
componentes?$Además,$ considere$que$la$placa$se$ mantiene$a$una$temperatura$uniforme,$
es$decir$que$no$existen$gradiente$de$temperatura$dentro$de$la$placa.$
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Problema' #2:$Un$ elemento$ eléctrico$de$ calefacción$ de$ diámetro$igual$ a$10$ mm,$ conductividad$
térmica$igual$a$240$W/m-K,$densidad$igual$a$2700$kg/m3,$y$calor$específico$de$900$J/kg-K$es$instalado$
en$un$ducto$de$forma$que$se$tiene$un$flujo$cruzado$de$aire$sobre$él,$con$una$velocidad$y$temperatura$
de$corriente$libre$de$10$m/s$y$27$°C$respectivamente.$
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a) Despreciando$los$ efectos$de$ la$radiación,$ estime$la$ temperatura$superficial$del$elemento$
eléctrico$ durante$una$ condición$ de$ estado$ estable,$ si$ se$ disipa$ energía$por$ unidad$ de$
longitud$a$una$tasa$de$1000$W/m.$
b) Si$el$calentador$es$ encendido$con$una$ temperatura$inicial$de$27$ °C,$estimar$el$tiempo$que$
le$tomará$alcanzar$su$valor$de$temperatura$superficial$correspondiente$al$estado$estable.$
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