Problemas de Características Térmicas PDF

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Enunciados de problemas de características térmicas....

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CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS

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P01. Calcular la temperatura después de introducir 5 kcal en 2.50 kg de Fe a 25 ºC. MW del Fe = 55.85 g/mol. Capacidad calorífica a P cte (3R) = 25 J/mol K. Solución: 316.68 k o 43.68 ºC P02. Calcular el calor específico del cobre sabiendo que para 1.5 kg, el salto térmico desde 0 a 100 ºC consume 59.1 kJ. ¿Cuál es el valor de su capacidad calorífica a P cte? MW del cobre = 63.5 g/mol. Sol.: CE = 394 J/kg-K, CP = 25 J/mol-K P03. Una pieza fundida base aluminio solidifica a 660 ºC. En ese punto, su longitud e de 250 mm. Calcular su longitud a la temperatura de 27 ºC. Coeficiente de dilatación lineal del aluminio: 25 x 10-6 m/m ºC. Sol: 246 mm P04. Determinar la temperatura máxima de servicio de un raíl de acero de 10 m de longitud, sabiendo que está separado de sus raíles vecinos por un espacio de 1 cm. Coeficiente de dilatación lineal del acero: 12.6 x 10-6 m/m ºC. Temperatura ambiente 12 ºC. Sol. 91 ºC P05. Calcular la difusividad térmica de la alúmina (Al2O3). Datos: Conductividad térmica = 42 W/m K, densidad = 3.86 g/cm3, calor específico calorífica a P cte = 837 J/kg-K. Sol. 1.30x10-9 m2/s. P06. Una placa de polietileno de 1 m2 de superficie y 1 cm de espesor es atravesada por una energía de 88.89 kcal durante 10 minutos para producir en la cara que recibe el flujo calorífico un aumento de temperatura hasta los 35 ºC, mientras que en la cara opuesta, por l que escapa el calor, se mantienen los 15 ºC. Calcular la conductividad térmica. (1 cal = 4.18 J). Solución: 0.31 W/m K P07. Se necesita revestir las paredes de la cámara de un horno eléctrico y la de la puerta de acceso con revestimiento aislante del calor. La capacidad volumétrica del mismo es de 1 m3. El horno debe alcanzar la temperatura de 950 ºC en 1/2 hora. Las caras opuestas de las paredes aislantes se mantienen a 50 ºC. Se selecciona el cerámico refractario SiO2Al2O3 con un valor de k = 6 W/mK. El calentamiento se produce mediante resistencias eléctricas que consumen 54 A de intensidad a 1 kV de tensión durante ese tiempo. ¿Cuál será el espesor de material aislante? Solución: 0.6 m. P08. La composición de una capa cerámica es 80% en volumen de alúmina, 13% de titania (TiO2) y el resto porosidad dispersa. Predecir el valor de la conductividad térmica k, aplicando el modelo de mezclas de fases. Conductividad de aire, despreciable. K de la alúmina y la titania, 42 y 4 W/m K respectivamente. Solución: 34.4 W/m K P09. Una barra de níquel es soldada por sus extremos, por lo que su contracción estará restringida durante el enfriamiento. La temperatura en la zona de soldadura, una vez solidificada, que produce tensiones térmicas es 1300 ºC. Suponiendo que toda la tensión acumulada es debida a la contracción longitudinal hasta llegar a la temperatura de 300 ºC, determinar el nivel de tensiones residuales. Módulo elástico 190 GPa, α = 13x10-6 m/m ºC. Solución: 2470 MPa, material rompe o el modelo es muy simple.

P10. Se aplica un recubrimiento de W, de espesor 500 µm, a una placa de acero de 20 mm de espesor. Durante la aplicación de la capa de W, tanto éste como la superficie del acero se encentran a 600 ºC. Módulo de elasticidad: 380 y 200 GPa respectivamente. Coeficientes de dilatación lineal: 5x10-6 y 12x10-6 K-1. Coeficiente de Poisson, 0.28 y 0.33. Determinar: las deformaciones térmicas y las tensiones térmicas residuales cuando capa depositada y superficie recubierta del sustrato se encuentren a 400 ºC. Hipótesis: las deformaciones para un mismo material son iguales en el plano XY, y libres en la dirección del espesor (eje Z). P11. Calcular la resistencia al choque térmico de un acero Cr-Ni-Mo para elementos de maquinaria sabiendo que: Módulo de elasticidad: E = 205 GPa, conductividad térmica k = 60 W/mK, α = 12.6x10-6 ºC-1, Resistencia a fractura σF = 1200 MPa, Calor específico CE = 447 J/kg-ºC, coeficiente de Poisson ν = 0.32. ¿Valor del Índice al shock térmico? Solución: ΔT = 316 ºK = 316 ºC, ITS = 62 ºC/m s P12. Calcular la resistencia al choque térmico del vidrio Pyrex (boro-sílice) sabiendo que E = 60 GPa, conductividad térmica k = 1 W/mK, α = 3x10-6 ºC-1, Resistencia a fractura σF = 100 MPa, Calor específico CE = 1 kJ/kg-ºC, coeficiente de Poisson ν = 0.25....