OPERACIONES UNITARIAS EJERCICIOS MODULO N°1 “TRANSFERENCIA DE CALOR ”.
Ejercicio 1
R C R 1
Determine a partir de la figura adjunta: A) radio crítico (rC) B) temperatura crítica (TC) C) flujo de calor de la figura Considere lo siguiente: Coef. Conducción del asbesto 0,191 Btu/Hr pie
q
K Asbesto Asbesto
HAire ºF
T1
TC
Too
Coef. Convección del aire que rodea a la esfera es de 0,78 Btu/Hr pie2 ºF. Diámetro interno de 3 pulg. Temperatura Final de 78 ºF Temperatura Interior de 458 ºF Desprecie la transferencia por convección al interior de la esfera.
Ejercicio 2
R4
Determinar una expresión que entregue la relación entre el flujo de calor y las temperaturas que se llevan a esferas concéntricas, a partir de las ecuaciones de Flujo de calor individual. (considerar Conducción y Convección)
R3
q
R2 R1
T1
T2
T3
T4
Ejercicio 3 En placas paralelas de aislantes de Lana Mineral y Lana de Vidrio se está transfiriendo calor desde una de sus caras que hacia el exterior como se muestra en la siguiente figura. Determine: A) La mejor alternativa para evitar la perdida de calor (Lana Mineral y Lana Vidrio o viceversa) B) Costo de implementar la mejor alternativa de Aislamiento, suponiendo un área de 28 m2 C) Temperatura en el punto 2.
T1 = 535ºC
T2
T3 = 75ºC
q
q
100 mm
150 mm
Universidad Católica del Norte, Facultad de Ciencias del Mar, Ingeniería en Prevención de Riesgos y Medio Ambiente.
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Ejercicio 4 El Ingeniero de procesos del frigorífico TRANSFRIO determinó proveer a sus trabajadores de ropa térmica para aquellos que desarrollan labores al interior de las cámaras de frio. El Ingeniero le solicita a usted determinar si aún los trabajadores pierden calor corporal (Q) de acuerdo a los siguientes datos: La chaqueta y pantalón fabricados con cinco telas sintéticas presentan una resistencia total R T a la pérdida de calor por conducción de 0,1406 ºK/W y la temperatura al interior de la ropa térmica es de 28ºC. La temperatura de ambiente al interior de la cámara de frio es de 0ºC y se sabe que el calor se pierde hacia los alrededores por radiación y convección con emisividad de 0,6, un coeficiente de convección de 25 W/m2 ºC y un área de transferencia de 1,7 m2. Determinar la razón de pérdida de calor y la temperatura de la superficie de la ropa térmica.
Ropa Térmica Multicapa
Ejercicio 5 Un equipo electrónico se encuentra guardado en un cilindro de 12 pulgadas de diámetro y 2,5 pie de largo que se encuentra recostado sobre su manto. El flujo de calor emanado de este cuerpo es de 2100 W y su emisividad es de 58%. La perdida de energía proviene de su manto y sus caras hacia el medio el ambiente (Tamb = 25ºC). Calcule la temperatura de la superficie si: A.- Toda la pérdida de calor es por Radiación. B.- Toda la pérdida de calor es por Convección. C.- La perdida de calor es por Radiación y Convección. Datos de coeficientes de convección: HMANTO = 0,79 ΔT0,35 HCARA = 1,32 ΔT0,35
Universidad Católica del Norte, Facultad de Ciencias del Mar, Ingeniería en Prevención de Riesgos y Medio Ambiente.
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Ejercicio 6 Su jefe en la empresa le acaba de contar que construyó un galpón, que le servirá de Packing, en su predio agrícola ubicado en la ciudad de Vicuña. Para ello siguió los consejos de un amigo y lo construyó de Zinc-Alum 5v y por el interior lo forró con papel de construcción para evitar que el calor reinante en la zona entre en el galpón y estropee la fruta que ahí procesará. Como experto en estos temas le solicita a usted que calcule cual será la temperatura al interior del galpón si la temperatura ambiente en el exterior es de 38ºC y se sabe que la transferencia de calor desde el exterior hacia el galpón ocurre por Radiación y Convección. Desde libros usted recopila los datos necesarios y encuentra lo siguiente: Resistencia térmica del papel de construcción 0,011 m2 ºC/W La plancha de Zinc-alum tiene un espesor de 0,4 mm El coeficiente de convección para el aire que se encuentra en el exterior es de 25 W/m 2 ºK La temperatura exterior del galpón es de 33 3 3 ºC El coeficiente de conducción del Zinc-alum es de 81 W/m ºK La radiación promedio en la ciudad de Vicuña es de 206 W/m 2
Ejercicio 7 Considere una ventana de hoja doble de 0,8 m de alto y 1,5 m de ancho, que consta de dos capas de vidrio de 4 mm de espesor (k = 0,78 W / m ºC) separadas por un espacio de aire estancado de 10 mm de ancho (k = 0,026 W / m ºC). Determine la razón de la transferencia de calor a través de esta ventana de hoja doble, si la temperatura de su superficie interior se mantiene a 20ºC, en tanto que la temperatura del exterior es de -10ºC. Tome los coeficientes de transferencias de calor por convección de las superficies interior y exterior de la ventana como h 1 = 10 W / m2 ºC y h2 = 40 W / m2 ºC respectivamente, los cuales incluyen los efectos de la radiación.
Universidad Católica del Norte, Facultad de Ciencias del Mar, Ingeniería en Prevención de Riesgos y Medio Ambiente.
OPERACIONES UNITARIAS EJERCICIOS MODULO N°1 “TRANSFERENCIA DE CALOR ”.
Ejercicio 8 La pared de un horno consiste en una serie de 7” de ladrillo refractario, 6” de Ladrillo aislante y suficiente ladrillo de arcilla para reducir las pérdidas de calor a 100 Btu/pie2 hr. Cuando las temperaturas del interior y del exterior son de 1500 y 100ºF respectivamente. ¿qué espesor de ladrillo de arcilla debe usarse? Expréselo en pulgadas. Considere:
Ladrillo refractario refractar io = 0,133 Btu / hr pie ºF Ladrillo aislante = 0,15 Btu / hr pie ºF Ladrillo de arcilla = 0,58 Btu / hr pie ºF
Ejercicio 9 El techo de una casa consta de una losa de concreto ( k = 2 W / m · ºC) de 15 cm de espesor, la cual tiene 15 m de ancho y 20 m de largo. La emisividad de la superficie exterior del techo es 0,9 y se estima que el coeficiente de transferencia de calor por convección sobre esa superficie es de 15 W / m2 · ºC. La superficie interior del techo se mantiene a 15 ºC. Una noche clara de invierno, se informa que el aire ambiente está a 10 ºC, en tanto que la temperatura nocturna del cielo para la transferencia de calor por radiación es de 255 K. Considerando tanto la transferencia de calor por radiación como por convección, determine la temperatura en la superficie exterior y la razón de transferencia de calor a través del techo.
Universidad Católica del Norte, Facultad de Ciencias del Mar, Ingeniería en Prevención de Riesgos y Medio Ambiente.
