3-57. Considera una pared de 5m de altura, 8m de longitud y 0.22m de ancho, cuya área de sección transversal es tal como está dada en la figura. Las conductividades térmicas de varios materiales usados en W/m°C son k A = k F = 2, k B = 8, k C = 20, k D = 15 y k E = 35. Las superficies izquierda y derecha de la pared se mantienen a temperaturas uniformes de 300°C y 100°C respectivamente. Asumiendo que la transferencia de calor a través de la pared es unidimensional, determina: a) La tasa de transferencia de calor a través de la pared; b) La temperatura en el punto donde las secciones B, D y E convergen y c) La caída de temperatura a través de la sección F. Descarta cualquier resistencia de contacto en las interfases.
El Flujo de Calor en una Sección Representativa de la Pared
Tasa de Transferencia de Calor desde la Superficie Total de la Pared
b) CALCULAR LA TEMPERATURA DONDE LOS PUNTOS B, D Y E CONVERGEN
c) CALCULAR LA CAÍDA DE TEMPERATURA A TRAVÉS DE LA SECCIÓN F
3-81. La temperatura de ebullición del nitrógeno a presión atmosférica a nivel del mar (presión de 1atm) es de -196°C, debido a esto el nitrógeno es usado comúnmente en estudios científicos de baja temperatura, ya que la temperatura del nitrógeno líquido en un tanque abierto a la atmosfera permanecerá constante a -196°C hasta que se agote. Cualquier transferencia del calor hacia el tanque resultará en la evaporación de una parte del nitrógeno líquido, el cual tiene un calor de vaporización de 198 kJ/kg y una densidad de 810 kg/m3 a 1 atm. Considere un tanque esférico que posee un diámetro de 3m que ha sido llenado inicialmente de nitrógeno líquido a 1 atm y -196°C. El tanque está expuesto al aire del ambiente a 15°C, con un valor combinado de convección y radiación de transferencia de calor de 35 W/m°C. La temperatura del tanque esférico de capa delgada es casi igual que la temperatura del nitrógeno que posee en su interior. Determine la tasa de evaporación del nitrógeno líquido en el tanque como resultado de la transferencia de calor desde el aire del ambiente si el tanque: a) no posee un aislante; b) posee un aislante de fibra de vidrio de 5cm de espesor (k = 0.035 W/m°C) y c) posee un super aislante de 2cm de espesor el cual tiene una conductividad térmica efectiva de 0.00005 W/m°C.
3-82. Repite el problema 3-81 para oxígeno líquido, el cual tiene una temperatura de ebullición de -183°C, con un calor de vaporización de 213 kJ/kg y una densidad de 1140 kg/m3 a una presión de 1atm.
