Problemas resueltos. resistencias de transmisión de calor PDF

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Ejercicios resueltos problemas de resistencias de transmisión de calor, materia de fenómenos de transporte para ingenieros químicos...

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Horno tubular. Un tubo que transporta un fluido pasa a través de un gran horno caliente. Desarróllese una expresión para el calor absorbido por el fluido utilizando la nomenclatura y los valores dados a continuación. a) Supóngase que las paredes del horno y el gas del horno estan a la misma temperatura, T1 = T2. b) Considérese que el gas del horno y las paredes del mismo están a temperaturas diferentes, o sea, T1  T2. c) Considérese T1  T2 e inclúyase resistencia debida a depósitos salinos en el interior y en el exterior del tubo.

Un gas transparente circula por un canal rodeado por dos superficies paralelas próximas que están a diferentes temperaturas. Desarróllese una expresión para el intercambio de calor entre estas superficies, por convección y por radiación. Supóngase que ambas superficies son grises y tienen la misma emisividad .

Tubos concéntricos. Encuéntrese una expresión para la pérdida de calor desde un fluido caliente, que circula por un tubo, hacia los alrededores. El tubo caliente está protegido por un tubo pantalla concéntrico.

07/02/2018

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Dr. Roberto Flores Velázquez

Considérese que hay radiación entre los tubos interior y exterior y entre el tubo exterior y los alrededores; considérese que los tubos tienen una resistencia despreciable a la conducción y que se trata de superficies grises de emisividad ; y refiérase el valor de U al área exterior del tubo caliente A2. Para nomenclatura adicional véase el esquema.

Un termopar, protegido por una funda de acero inoxidable, se coloca en un conducto precalentador de aire. Para la velocidad del aire que circula por el tubo se estima que hconv = 100 W/m2K. Encuéntrese la temperatura del aire caliente. a) Sí el termopar lee Ttc = 400 K y si la temperatura de las paredes de acero es Tw = 300 K. b) Si Ttc = 1000 K y si Tw = 900 K. Nótese cómo aumenta fuertemente el error en la lectura de Ttc (debido a la intrusión de la radiación) a medida que el nivel de temperatura aumenta.

De acorazado a pista de patinaje. Mi vecino no puede resistirse a las subastas, y la última semana compró el acorazado de la Segunda Guerra Mundial USS Iowa por $277,00. Tiene grandes planes para esta reliquia de guerra y desea llevarlos a cabo tan pronto como sea posible, Uno de sus esquemas es construir una pista de patinaje cercana, utilizando planchas de acero en vez de tubos para hacer circular el refrigerante. Por consiguiente el suelo de la pista consistirá en una doble capa de planchas de acero a corta distancia, circulando el refrigerante entre ellas y el hielo encima. Es importante que no se forme agua

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en la superficie del hielo. Con esta restricción en mente, ¿qué espesor deberá tener la capa de hielo? El refrigerante está a -18°C. (a) Realícense primero los cálculos ignorando la transmisión de calor por radiación. (b) A continuación inclúyase la contribución de la radiación. Comparando estas respuestas, dígase si la contribución de la radiación es importante.

Hornos cerámicos. El negocio es tan bueno en la Cerámica Oeste que el maestro ceramista planea construir un nuevo horno más grande de aproximadamente 2 m de alto, donde realizar la cocción de sus creaciones artísticas, Estímese: (a) la temperatura exterior de la pared vertical de este horno. (b) la pérdida de calor a través de esta pared. Datos: La temperatura interior de la pared del horno será 1150°C; la temperatura ambiente es 20°C. La pared del horno será de 20 cm de espesor, hecha de ladrillo refractario para alta temperatura (k = 0.l W/mK,  = 0.8). Nota: La solución del problema anterior sugiere que no se debería ignorar la radiación desde la pared al entorno.

Temperatura de un prototipo espacial. Estímese la temperatura de una sonda espacial esférica cuando pasa por Marte camino de planetas más lejanos. Datos: Temperatura efectiva del Sol = 6,150 K Radio del Sol = 695,000 km Distancia del Sol a la Tierra = 148,000,000 km. Distancia del Sol a Marte = 228,000,000 km. La pared del prototipo es de acero inoxidable # 301

Temperatura de la Tierra. ¿Cuál sería la temperatura media de la Tierra si se puede considerar como un cuerpo gris? Véase problema anterior para los datos.

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Aislamiento de conductos de aire caliente. Energy Savers, Inc., se turbaron al descubrir que los conductos de aire caliente bajo nuestro edificio no están aislados, tubos de hojalata reluciente de 300 mm ( = 0.05). Lo que equivale a un despilfarro de energía. Nos urgieron a que se aislaran inmediatamente, debido a que cada minuto de retraso nos cuesta dinero. Se podría optar por su aislamiento prefabricado de espuma expandida. Sin embargo, para una solución realmente definitiva recomiendan fuertemente su fórmula patentada de doble protección, una capa de 1.6 mm de cartón aislante especialmente grueso (k = 0.15 J/mK), fuertemente pegado al tubo, y entonces un recubrimiento de una pintura de aluminio de baja emisividad ( = 0.55) repelente a los insectos, no biodegradable, y de larga duración. Aunque es más laborioso y más costoso, aseguran que esto es lo mejor que la tecnología moderna puede ofrecer. Supongo que tienen razón. Sin embargo, antes de firmar el contrato me gustaría saber si el ahorro energético sería realmente substancial. Por tanto, ¿podría determinar qué fracción de la pérdida original de energía se evita? Para estos cálculos tómese la temperatura de las paredes del tubo como 75°C, y 5°C como la del entorno.

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