1.-La pared de un horno consiste de tres materiales aislantes en serie, 32% de ladrillo al cromo, ladrillo de magnesita y ladrillo refractario común ( k = 0.5). Los ladrillos de magnesita no pueden resistir una temperatura mayor de 1500°F, y los ladrillos comunes no mayor de 600°F. ¿Qué grosor de pared dará una pérdida de calor que no exceda a los
1,500 ∙
cuando las temperaturas en las caras
extremas son de 2 500 °F y 200° F, respectivamente?
DATOS:
= 1500 × 1 × 2.93×10− ∙ℎ∙ ℎ × 1000 = 4725.80 ℎ ∙∙ 0.093 1 1 = 2500° = 18 2500° 2500° 459 459..67 = 369.95 = 200° = 18 200° 459.67 = 82.45 RESOLVIENDO:
= +−+ = ∆ = ∆ ∆ ∆ ∙ ∙ ∙ pero si
, entonces;
= ∆ 1 1 1 ∙ ∙ ∙ ∆(1 ∙ 1 ∙ 1 ∙ ) = ∆ = 1 × 1 × 1 11 1 ∙ ∙ ∙ 45 × 1 × ∙ ∆ = 369.9582. 1 4725.80 2.132 2.168 0.15 ∆ = 0.0216
2.- El comportamiento de un congelador consiste en una cavidad cúbica que tiene 2 m de lado. Suponga que el fondo está perfectamente aislado. ¿Cuál es el espesor del mínimo de aislante de espuma de poliuretano (
= 0.030 ∙
) que
debe aplicarse en las paredes superior y laterales para asegurar una carga de calor menos de 500W, cuando las superficies internas y externas están a -10°C y 35°C?
DATOS:
= 2 Á = 4 = 0.030 ∙ = 500 = 10° = 263.15 = 35° = 308.15 =? RESOLVIENDO:
= ∙ = ∙ 308.15263.15 1 0 . 0 30 4 = ∙ × 1 × × 500 = 0.0108 1 Pero son 5 paredes (la superior y las laterales);
= 0.01085 = 0.054
3.- Un calentador de resistencia eléctrica se encapsula en un cilindro largo de 30 mm de diámetro. Cuando fluye agua con una temperatura de 25°C y velocidad de
1
cruzando el cilindro, la potencia por unidad de longitud que se requiere
para mantener la superficie a una temperatura uniforme de 90°C es
28
.
Cuando fluye aire, también a 25°C, pero con una velocidad d e 10 m/s, la potencia por unidad de longitud que se requiere para mantener la misma temperatura superficial es
400
. Calcule y compare los coeficientes de convección para los
flujos de agua y aire.
DATOS:
Agua;
= 30 = 0.03 = 25° = 298.15 = 1 = 90° = 363.15 = 28 = 28,000 Aire;
= 30 = 0.03 = 25° = 298015 = 10 = 90° = 363.15 = 400 RESOLVIENDO:
Convección por área;
= ℎ ∙
Convección por unidad de longitud;
= ℎ ∙ Coeficiente de conductividad;
ℎ =
Si la longitud del área del círculo es
ℎ = 2 Agua:
= 2
, entonces;
1 1 = 4,570 ℎ = 28,000 × × ∙ 363.15298.15 20.015 ∙ 1 1 = 65.29 ℎ = 400 × × ∙ 363.15298.15 20.015 ∙
Aire:
4.-Una sonda interplanetaria esférica de 0.5m de diámetro contiene dispositivos electrónicos que disipan 150W. Si la superficie de la sonda tiene una emisividad de 0.8, y la sonda no recibe radiación de otras superficies como, por ejemplo, del sol, ¿cuál es la temperatura de la superficie?
DATOS: Esfera
= 0.5 = 0.8 = 150 = 5.67×10− ∙ = 4 RESOLVIENDO:
= = = () ∙ 150 1 1 = 1 × 0.8 × 5.67×10− × 40.25 = 254.73
0.5
5.- Una superficie de de área, emisividad de 0.8, y 150°C de temperatura se coloca en una cámara grande al vacío cuyas paredes se mantienen a 25°C. ¿Cuál es la velocidad a la que la superficie emite radiación? ¿Cuál es la velocidad neta a la que se intercambia radiación entre la superficie y las paredes de la cámara?
DATOS:
= 0.5 = 0.8 = 5.67×10− ∙ = 150° = 423.15 = 25° = 298.15 RESOLVIENDO:
Velocidad a la que la superficie emite radiación;
= − 0.5 423.15 298.15 0 . 8 5.67×10 = 1 × ∙ × 1 × = 547.92 1 Velocidad neta;
= − 0.5 423.15 0 . 8 5.67×10 = 1 × ∙ × 1 × 1 = 727.14
6.- Determine la rapidez de transferencia de calor por metro cuadrado de área de pared en el caso de un horno en el que el aire del interior está a 1340 K. La pared del horno está compuesta por una capa de 0.0106 m de ladrillo refractario y grosor 0.635 cm de acero blando en su superficie exterior. Los coeficientes de transferencia de calor en las superficies de las paredes interiores y exteriores son de 5110
y 45 , respectivamente. El aire del exterior se encuentra a ∙ ∙
295 K. ¿Cuáles serán las temperaturas de cada una de las superficies del espacio intermedio?
DATOS:
Á ℎ = 1 ℎ = 5110 ∙ = 1 ∙ = 1.13 ∙ ℎ = 45 ∙ = 0.106 = 0.635 = 6.35×10− = 1340 =? =? = 294 = 294
RESOLVIENDO:
Como es en serie;
=
Calculando las resistencias;
∙ × 1 = 0.0938 = ∙ = 0.1061 0 × 1.13 1 − 0 ∙ 1 0.0222 6 . 3 5×10 = ∙ = × 1.13 × 1 = 1 Calculando el flujo de calor total;
= 9000.8613 = = 13401295 × 0.1161 = = = : = ∙ ∙ × 1 = 495.67 = ∙∙ = 1340 9000.168 × 0.106 × 1 1.13 1 Obteniendo a
: = ∙ − ∙ 1 ∙ 9000. 6 8 6.35×10 = ∙ = 295 1 × 1 × 45 × 1 = 495.015 Obteniendo a
2 cuadrados es de 400 . La placa tiene un grosor de 1.4 y está colocada horizontalmente sobre 7.- La radiación solar incidente en una placa de acero de
una superficie aislante, encontrándose su superficie superior en contacto con aire a 90° F. Si el coeficiente de calor convectivo entre la superficie superior y el aire circundante, es de de la placa?
4 ∙∙°
, ¿cuál será la temperatura del estado permanente
DATOS:
= 2 = 400 ℎ = 1.41 = 607 = 90° ℎ = 4 ℎ ∙ ∙ ° RESOLVIENDO:
= ℎ = ℎ ∙ ° 1 4 00 ℎ ∙ = ℎ × 4 × 2 90° = 140°
