CONVECCIÓN 1.- Si la temperatura del aire exterior en el problema 1.11 es -2 °C, calcule el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la superficie exterior de la ventana y el aire, suponiendo que la radiación es insignificante.
= ℎ̅ ∆ ∆ = ℎ̅ = ∞ ℎ̅ = 1 × 1040 31 3177 + 2℃ 2℃ ℎ̅ = 18,2 / ° 2.- Un termopar (alambre de 0.8 mm de diámetro) utilizado para medir l a temperatura del gas inmóvil en un horno da una lectura de 165 °C. Sin embargo, se sabe que la tasa de flujo de calor radiante por metro de longitud de las paredes calientes del horno al termopar de alambre es 1.1 W/m y el coeficiente de transferencia de calor por convección entre el
K. Con esta información, estime la temperatura verdadera del
alambre y el gas es 6.8 W/
gas. Formule sus suposiciones e Indique las l as ecuaciones utilizadas.
= ℎ̅ ∆ ∆ = ℎ̅
= ℎ̅( ) = = ℎ̅ / = 165℃ 6,8 1,10. ° 0008 = 101℃ 3.- En un recipiente se evapora lentamente agua a una temperatura de 77 °C. El agua está en un recipiente a baja presión rodeado por vapor, como se muestra en el bosquejo siguiente. El valor se condensa a 107 °C. El coeficiente de transferencia de calor global entre el agua
K. Calcule el área superficial del recipiente que se requeriría para
y el vapor es 1 100 W/
evaporar el agua a una tasa de 0.01 kg/s
= ̇ × ℎ = ∆ = ̇ ×ℎ ̇ × ℎ = ∆ 01/2317/1000/ = 0,1100 / ° 107℃77℃ = 0,70
4.- Un fluido criogénico está almacenado en un recipiente esférico de 0.3 m de diámetro en un ambiente de aire en calma. Si el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la superficie exterior del recipiente y el aire es 6.8 W/m K, la temperatura del aire es 27 °C y la temperatura de la superficie de la esfera es -183 °C, determine la tasa de transferencia de calor por convección.
= ℎ̅ ∆ = ℎ̅∞ = 6,8 / 0,3 27℃183℃ = 404 5.- La tasa de transferencia de calor de aire caliente por convección a 100 °C fluyendo sobre un lado de una placa plana con dimensiones de 0.1 por 0.5 m se determina que es 125 W cuando la superficie de la placa se mantiene a 30 °C. ¿Cuál es el coeficiente de transferencia de calor por convección promedio entre la placa y el aire?
= ℎ̅ ∆ = ℎ̅ ∞ ℎ̅ = ∞ ℎ̅ = 0,1 ×0,125 510030℃ ℎ̅ = 35,7 / ° RADIACION 1.- Dos placas grandes paralelas con condiciones superficiales que se aproximan a las de un cuerpo negro se mantienen a 1 500 °F y 500 °F, respectivamente. Determine la tasa de
transferencia de calor por radiación entre las placas en transferencia de calor por radiación y en
/ .
/ y el coeficiente de
= = 5,7× 10− 1089 533 = 75,56 / = ℎ ∆ / 1 7,556×10 ℎ = ∆ = 816260℃ ℎ = 136 / 2.-Un recipiente esférico de 0.3 m de diámetro, está ubicado en una habitación grande cuyas paredes están 27 °C (consulte el bosquejo). Si el recipiente se utiliza para almacenar oxígeno líquido a -183 °C y tanto la superficie del recipiente de almacenamiento como las paredes de la habitación son negras, calcule la tasa de transferencia de calor por radiación para el oxígeno líquido en watts y en Btu.
= ( ) = ( )
= 0,35,67×10− /300° 90° = 133 3.- Determine la tasa de emisión de calor radiante en watts por metro cuadrado de un cuerpo negro a: a) 150 °C, b) 600 °C y c ) 5 700 °C. a)
= 423° = = = 5,67×10− /423° = 1820 /
b)
= 873°
c)
= 5973°
= 5,67×10− /873° = 32900 / = 5,67×10− /5973° = 7,2 × 10 /
4.- Un satélite de comunicaciones esférico de 2 m de diámetro, se coloca en órbita alrededor de la Tierra. El satélite genera 1 000 W de energía interna de un generador nuclear pequeño. Si la superficie del satélite tiene una emitancia de 0.3 y está protegido contra la radiación solar por la Tierra, estime su temperatura superficial. ¿Cuál sería la temperatura si el satélite con una absorbencia de 0,2 estuviera en órbita en la cual estaría expuesto a la radiación solar? Suponga que el Sol es un cuerpo negro a 6 700 K y formule sus suposiciones.
= ( ) ⁄ ⁄ = [ ] = [] ⁄ 1000 = [20,35,67×10− /] = 262 = 11℃ 5.- El Sol tiene un radio de 7*10 m y se aproxima a un cuerpo negro con una temperatura superficial de aproximadamente 5 800 K. Calcule la tasa total de radiación del Sol y el flujo de radiación emitida por metro cuadrado de área superficial.
= = [5,67×10− ]47×10 5800 = 4,0 ×10 = = [5,67×10− ]5800 = 6,4 × 10 /
