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Examen Enero 2015. Transferencia de Calor. Ingeniería Térmica. Grado en Ingeniería Mecánica....

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EPS. UC3M Departamento de INGENIERÍA TÉRMICA Y DE FLUIDOS ASIGNATURA: INGENIERÍA TÉRMICA 19 Enero 2015 Transferencia de calor APELLIDOS:_____________________________________NOMBRE:____________    

Duración: 90 minutos. Solo se permite el uso de una calculadora simple y del formulario (sin anotaciones) colgado en Aula Global, para realizar el examen. Los resultados numéricos sin especificar unidades se considerarán erróneos. La comprensión de los enunciados forma parte de la evaluación.

EJERCICIO 1 (5 puntos): El evaporador de una máquina frigorífica es un intercambiador de calor formado por un tubo de cobre de longitud H=1m y 1mm de espesor, con 100 aletas anulares también de cobre (N=100), figura 1. Las características geométricas del intercambiador se muestran en la tabla 1. Por el interior del tubo circula un refrigerante, que se evapora a una temperatura de evaporación Tevap, y por el exterior hay aire a Taire=25ºC. Debido al uso prolongado, en la pared interior del tubo se ha formado una capa de suciedad. A efectos de cálculo, esa capa de suciedad se considerará como una resistencia de contacto de valor R”cont =10-5 m2K/W. El coeficiente de convección en el interior del tubo es hi=2000W/m2K y en el exterior ho=80W/m2K. Sabiendo que la superficie exterior del tubo (y la base de las aletas) está a una temperatura Tb=5ºC y que kcobre=380W/mK: Calcular la temperatura a la que se está evaporando el fluido refrigerante (Tevap)

Tabla 1 ri re raleta t H

1.5 cm 1.6 cm 4.5 cm 0.8 mm 1m

Figura 1 Sección transversal y longitudinal

EJERCICIO 2 (2.5 puntos): Se dispone de un dispositivo rectangular de espesor edispositivo=1cm y conductividad térmica 30W/mK que genera una potencia . Por la base se encuentra adosado a una superficie adiabática. La temperatura más alta del dispositivo es Tmax=100ºC. Sobre el dispositivo se encuentra un material de conductividad térmica 2W/mK y espesor ematerial=2cm. Considerando estado estacionario y conducción unidimensional. a) Calcular la temperatura en la superficie superior del material, (T material) (2 puntos) b) Dibujar la distribución de temperaturas en los dos componentes (0.5puntos)

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EPS. UC3M Departamento de INGENIERÍA TÉRMICA Y DE FLUIDOS ASIGNATURA: INGENIERÍA TÉRMICA 19 Enero 2015

EJERCICIO 3 (2.5 puntos): Se dispone de una pieza cilíndrica hueca de hierro (figura 1, re=5cm, ri=4.5cm H=1.5cm) a una temperatura inicial de 120ºC. Esa pieza se sumerge en un recipiente que contiene agua a 6ºC. El agua se puede considerar un foco frío de temperatura. El coeficiente de convección del agua en contacto con el cilindro es h=200W/m2K. Aplicando el método de la capacidad térmica global: a) Calcular el tiempo que tarda el cilindro en disipar 7450 J. (2 puntos) b) Determinar el tiempo que tarda el cilindro en llegar a 0ºC. (0.5 puntos) Datos hierro: densidad: 7874kg/m3 calor específico: 440J/kgK conductividad térmica: 80 W/mK h h

Figura 1. Pieza de hierro

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