Taller segundo parcial

1. El coeficiente de transferencia de calor para el aire que fluye alrededor de una esfera, se determina mediante la observacin de la historia de temperatura de una esfera fabricada con cobre puro ( = 8933kg/m3, cp=385 J/kgK y k = 401 W/mK). La esfera, que tiene 13 mm de dimetro, est a 70 C antes de colocarse en un flujo de aire que tiene una temperatura 27 C. Un termopar en la superficie externa de la esfera indica 50 C, 70 s despus de que se inserta la esfera en el flujo de aire. Verifique si es posible aplicar el modelo de resistencia trmica despreciable (MRTD) y calcule el coeficiente de transferencia de calor por conveccin.

2. Se usa un tanque esfrico con un dimetro interno de 3 m y fabricado de acero inoxidable (k = 15 W/mC) de 1 cm de espesor para almacenar agua con hielo. El tanque esta ubicado en el exterior donde el aire a 30 C incide sobre el a una velocidad de 30 km/h. Si se considera que la superficie interior del tanque esta 0 C, determine: (a) el coeficiente de conveccin sobre la superficie externa del tanque (asuma para la primera iteracin que la superficie en contacto con el aire est a 5 C y verifique si es necesario otra iteracin), (b) la transferencia de calor hacia el agua con hielo (dibuje el circuito trmico) y (c) la cantidad de hielo que se funde durante 6 horas si el calor de fusin del agua a presin atmosfrica es 334 kJ/kg.

3. Una placa circular de 1000 mm de dimetro y emisividad 0,75; se mantiene a T1 = 1000 K por medio de una resistencia elctrica. Esta se coloca de forma coaxial con una forma cnica (ver Figura) que se debe curar mediante la radiacin de la placa calentadora. El cono tiene un rea superficial de 6 m2 y est separado de la placa calentadora a 500 mm, la superficie interior se encuentra a T2 = 700 K en condiciones de estado estacionario y tiene una emisividad de 0,85. La placa y el cono se colocan en un recinto cuyas paredes se encuestan a 27 C. Cunto valen los factores de formas requeridos para resolver el problema?. Cul es el calor absorbido por la superficie cnica si se desprecian los efectos de conveccin?, Cul es la potencia elctrica suministrar por la resistencia para mantener la placa a los 1000 K?.

4. Un elemento cilndrico grande de calentamiento de dimetro D = 10 mm, temperatura 1500 K, y emisividad 1 = 1 se usa en un horno como el mostrado en la Figura. La superficie inferior (fondo) A2 se puede considerar gris y difusa con 2==0,62 y se mantiene a 500 K. Las paredes laterales y superior estn constituidas con ladrillo refractario aislante que es difuso y gris con emisividad 0,9. La longitud del horno normal a la pgina es muy larga en comparacin con el ancho, w, y alto, h. Ignore la conveccin y trate las paredes del horno como isotrmicas, dibuje el circuito trmico equivalente, y determine la potencia por unidad de longitud que debe proporcionar el elemento de calentamiento para mantener las condiciones de estado estable. Calcule la temperatura de la pared del horno.

5. Una pared difusa de ladrillo refractario se encuentra a Tp = 500 K y tiene una emisividad espectral como la mostrada en la Figura. La pared se expone a un lecho de hulla que se encuentra a 1800 K (ver Figura). Determine: (a) la emisividad total; (b) potencia emisiva de la pared de ladrillo; (b) Cual es la absortividad total de la pared a la irradiacin que resulta de la emisin de la hulla?

Un intercambiador de calor de tubos concntricos en contraflujo se disea para calentar agua de 27 C a 85C con uso de aceite caliente, que se suministra al anillo a 160 C y se descarga a 130 C. El tubo interior de pared delgada tiene un dimetro de 20 mm y el coeficiente global de transferencia de calor es 500W/m2C. La condicin de diseo requiere una transferencia total de calor de 3000 W. Se pide:a. Cul es la longitud del intercambiador de calor?.b. Cunto es el caudal de aceite y el caudal de agua con que opera el intercambiador?c. Despus de tres (3) aos de operacin, el funcionamiento de degrada por la suciedad en el lado del agua del intercambiador y la temperatura de salida del agua es de 70 C para las mismas corrientes del fluidos y temperaturas de entrada. Cules son los valores correspondientes de la transferencia de calor, la temperatura de salida del aceite, el coeficiente global de transferencia de calor y el factor de impureza del lado agua.