ejercicios carga enfriamiento

INGENIERÍA TERMODINÁMICA – EJERCICIOS

1.- Obtener la cantidad total de calor en Btu por hora que pasaría a través de una pared de 10 pies por 20 pies, si el valor del factor U para la pared es de 0.16 Btu/hr pie 2 °F y la temperatura temperatura en un lado de la pared es 40°F mientras que en el otro lado es 95°F. 2.- Calcular el valor de C para material aislante que tiene un espesor de 4 plg el cual tiene un valor de k de 0.24 Btu/plg h pie 2°F. 3.- Suponiendo que la velocidad del viento sea de 7.5 mph, calcular el valor de U para una pared construida con bloques de concreto de 8 pulg con agregado de escoria, placa de corcho de 4 plg y con acabado de enjarre de ladrillo común de 0.5 plg. 4.- Suponiendo que la velocidad del viento sea de 7.5 mph, calcular el valor de U para una pared construida de barrobloque hueco de 8 pulg aislado con espuma de poliuretano de 6 plg y con acabado interior de 0.5 plg de enjarre de cemento. 5.- La pared de un enfriador de 10 pies x 18 pies está aislada con el equivalente a 3 plg de poliestireno expandido. Calcular la ganancia de calor a través de la pared en Btu por 24 horas si la temperatura interior es 37°F y la temperatura exterior exterior es 78°F. Suponga que la velocidad velocidad del viento es de 7.5 mph. 6.- Un enfriador tipo casero está equipado con ocho puertas de vidrio de triple capa, midiendo cada una 2 pies por 2.5 pies. Calcular la ganancia de calor por conducción a través de las puertas en Btu por hora, si la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior es 40°F, con velosidad de viento de 7.5 mph. 7.- Para efectos de ventilación se introduce a un espacio refrigerado 300 pies 3 de aire por  minuto. Si el interior del enfriador está a 35°F y la temperatura del exterior y humedad relativa son 85°F y 50% respectivamente, calcular la carga por cambio de aire en Btu/24 hr. 8.- Un cuarto almacén congelador tiene un volumen interior de 2000 pies 3 y se mantiene a la temperatura de -10°F. El uso es ligero y las condiciones de diseño exteriores (antesala) son 50°F y 70%HR. Calcular el cambio de aire en Btu por 24 h. 9.- Un enfriador con pasillo interior de 8 pies x 15 pies x 10 pies de alto está construido con placa de corcho de 4 plg con tablones de madera de 1 pulg en cada lado. La temperatura exterior es 95°F y la humedad 50%. La temperatura interior en el enfriador es 35°F y el uso es promedio. Calcular la carga por cambio de aire en Btu por 24 hr. 10.- Siete mil quinientas libras de carne de res fresca entran diariamente a un cuarto de enfriamiento a 102°F y son enfriados hasta 45°F. Calcular la carga del producto en Btu por 24 hr. 11.- Calcular la carga del producto en Btu por 24 horas suponiendo que la carne de res descrita en el ejemplo anterior es enfriada en 20 horas en lugar del periodo estipulado de 24 horas.

12.- Cinco mil libras de carne de res enjuta fresca entran a un enfriador de preenfriamiento a 100°F y son enfriados hasta 30°F en 24 h. Calcular la carga de enfriamiento en Btu por 24 h. 13.- Quinientas libras de pollo entran en un enfriador a 40°F y son congelados y enfriados hasta una temperatura final de -5°F para después almacenarse durante 12 horas. Calcular la carga de producto en Btu por 24 horas. 14.- Cuatro mil libras de habas verdes empacadas en canastas (32 lb por canasta) entran a un enfriador de preenfriamiento a la temperatura de 80°F donde son enfriadas a la temperatura de 33°F en 20 h. Las canastas vacías tienen una masa de 3 lb y un calor específico de 0.6 Btu/lb°F, calcular la carga del producto por 24 h. 15.- Seiscientas libras de carne de borrego entran a un congelador a la temperatura de 36°F. La carne es congelada en 5 h bajando su temperatura a 0°F. Calcular la carga del producto. 16.- a.- Un enfriador con pasillo interior de 18 pies x 10 pies x 10 pies de alto tiene un aislamiento de placa de corcho de 4 plg y madera de 1 plg en cada lado (el espesor total de la pared es 6 plg). La temperatura exterior al enfriador es 85°F. Tres mil quinientas libras de vegetales mezclados son enfriados 10 °F cada día. Calcular la carga de enfriamiento en Btu por  hora basada en 16 h/día como tiempo de funcionamiento del equipo. La temperatura del interior  es 40°F, la humedad relativa e de 50%. Considere que el calor de respiración de la mezcla de verduras es de 0.09 Btu/lb h. 17.- Un enfriador de 18 pies x 30 pies x 12 pies de alto se usa para almacenaje por tiempo corto para carne fresca de res. Diariamente entrar 7500 libras de carne de res al enfriador a 45°F y se enfrían hasta 35°F que es la temperatura del almacén. Todas las partes son tabiques adyacentes a espacios no acondicionados (90°F y 50% H.R.), excepto la pared este, la cual queda adyacente al cuarto de enfriamiento previo el que se mantiene a la misma temperatura del diseño anterior. Las paredes están construidas con bloques de 4 plg con agregado de escoria y están aislados con el equivalente a placa de corcho de 4 plg. El piso está localizado encima de un espacio no acondicionado, consiste de una placa de concreto de losa 5 de 4 plg de espesor y está acabado con concreto de 3 plg. El cielo está situado debajo de un espacio no acondicionado, está construido con placa de concreto de 4 plg sobre vigas de madera y está aislado con el equivalente a placa de corcho de 4 plg. Durante los periodos de carga, trabajan dos personas en el espacio refrigerado y la carga de alumbrado es 500W. Calcular la capacidad requerida de equipo en Btu por hora basada en tiempo de funcionamiento del equipo igual a 18 hr. 18.- Tres mil cajas de manzanas son almacenadas a 35°F en un almacén enfriador de 50 pies x 40 pies x 10 pies. Las manzanas entran al enfriador a la temperatura de 85°F y a razón de 200 cajas diarias durante los 15 días que dura la recolección. Las paredes incluyendo piso y cielo están construidas con tablones de madera de 1 plg colocados por ambos lados sobre los postes de madera de 2 x 4 y están aislados con lana de roca de 35/8 plg. Toldas las paredes están sombreadas y la temperatura ambiente es 85°F. El peso promedio de las manzanas es 59 lb por cada caja. Las cajas tienen un peso promedio de 4.5 lb y el valor del calor específico es 0.60 Btu/lb°F. Calcular la carga de enfriamiento por hora basada en un equipo de 20 h de funcionamiento del equipo.

19.- Cinco mil quinientas cajas de manzanas están en un almacén a 37°F, 500 cajas más llegan al almacén a una temperatura de 85°F y son enfriadas hasta la temperatura del almacén en 24 horas. La masa promedio de manzanas en cada caja es de 60 lb. La caja tiene una masa de 10 lb y calor específico de 0.6 Btu/lb°F. Calcular la carga del producto en Btu por 24 horas. 20.- Dos mil doscientas libras de pollo preparado son diariamente congeladas mediante corriente de aire, son colocadas en carros manuales y pasados por un túnel congelador de 14 pies x 9 pies x 10 pies de alto. Los pollos son preenfriados a 45°F antes de entrar al congelador  en donde para su congelamiento su temperatura es bajada hasta 0°F para después almacenarse. La carga de alumbrado es 200 Watts. Cada carro lleva un total de 40 lb de pollo por día y tienen un calor específico de 0.25 Btu/lb°F. Las divisiones norte y este están construidas de barrobloque de 6 plg aisladas con placa de corcho de 8 plg. Las divisiones sur y oeste están contiguas al almacén y están construidas de barrobloque de 4 plg con aislamiento de placa de corcho de 2 plg. El techo es de placa de concreto de 6 plg aislado con placa de corcho de 8 plg y cubierto con alquitrán, fieltro y grava. El piso es de placa de concreto de 6 plg aislado con placa de corcho de 8 plg y acabado con concreto de 4 plg. El piso está sobre un espacio serpeado y ventilado. El techo está expuesto al sol. El cuarto del equipo está muy bien ventilado de manera que la temperatura interior es aproximadamente igual a la temperatura de diseño exterior de la localidad (92°F). La temperatura interior de diseño tanto para el cuarto almacén como para el congelador es de 0°F. La temperatura y humedad relativa en el vestíbulo son 50°F y 70% respectivamente. Calcular la carga de refrigeración horaria promedio basada en el tiempo de funcionamiento del equipo igual a 20 h por día. 21.- Quinientos galones de helado parcialmente congelado a 25°F llegan cada día a un cuarto para su enfriamiento cuyas dimensiones son 10 pies x 15 pies por 9 pies. Se efectúale congelamiento en 10 h al bajar la temperatura del helado hasta -20°F. Las paredes incluyendo piso y cielo están aisladas con placa de corcho de 8 plg y el espesor total de las paredes es 12 plg. La temperatura ambiente es 90°F y la carga de alumbrado es 300 Watts. Suponiendo que el peso promedio del helado sea de 5 lb por galón, el calor específico promedio debajo de congelamiento es de 0.5 Btu/lb°F y el calor latente promedio por libra es 100 Btu. Calcular la carga horaria promedio basada en 18 h de funcionamiento.

22.- Un enfriador de 10 pies x 12 pies x 9 pies de alto equipado con cuatro puertas de vidrio triple de 2 pies x 3 pies es utilizado para propósitos generales en una tienda de comestibles. El enfriador se mantiene a 35°F. Las paredes están aisladas con equivalente a placa de corcho de 4 plg y la temperatura ambiente es 80°F. Calcular la carga de enfriamiento en Btu por hora basada en un tiempo de operación de 16 h. 23.- Un enfriador con pasillo interno de 8 pies x 16 pies x 9 pies de alto está equipado con 12 puertas de vidrio triple de 2 pies x 2 pies, se usa en un mercado como almacén en general (uso pesado). Las paredes están aisladas con 2 plg de poliestireno expandido (equivalente a placa de corcho de 3 plg) y la temperatura en su interior es 35°F, calcular la carga de enfriamiento en Btu por hora basada en un tiempo de funcionamiento del equipo de 16 h y temperatura ambiente de 75°F.