Termofluidos: termodinámica, mecánica de fluidos y transferencia de calor
Qué evalúa
Este dominio integra balances de energía, propiedades termodinámicas, ciclos, flujo de fluidos y modos de transferencia de calor. Se espera que resuelvas problemas de conservación con unidades consistentes y que distingas régimen laminar de turbulento.
Reglas y conceptos
- En gases ideales y radiación, usa temperatura absoluta.
- Balance estacionario de volumen de control: Q − W = ΔH + ΔEC + ΔEP.
- Continuidad: ρAv = constante. Bernoulli solo sin pérdidas ni trabajo externo.
- Reynolds: Re = ρvD/μ; en tubería, laminar por debajo de ~2300 y turbulento por encima de ~4000.
- Conducción: q = kAΔT/L. Convección: q = hAΔT. Radiación: q = εσA(Ts⁴ − Tsur⁴).
- En paredes compuestas, las resistencias térmicas se suman.
Ejemplo resuelto
Una pared plana de 0.10 m de espesor, k = 0.50 W/(m·K), área 10 m², separa caras a 30 °C y 10 °C. Calcula el flujo de calor.
q = kAΔT/L = 0.50 × 10 × 20/0.10 = 1000 W. Verificación por resistencia: R = L/(kA) = 0.10/(0.50 × 10) = 0.02 K/W; q = ΔT/R = 20/0.02 = 1000 W. Si hubiera dos capas, Rtotal = R1 + R2 y el mismo ΔT total daría un q menor. Observa que el espesor está en el denominador: duplicarlo reduce el calor a la mitad.
Errores que cuestan puntos
- Usar °C en la ley de gases ideales o en Stefan-Boltzmann.
- Aplicar Bernoulli con bombas o pérdidas por fricción.
- Confundir caudal volumétrico con velocidad.
- Usar diámetro y radio indistintamente en el área.
- Olvidar que la convección depende de h, no solo del material.