Parcial Transfer Uni-2010-II

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Departamento Académico de Ciencias de Ingeniería

CICLO 2010-II 13/10/2010 13/10/2010

TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA (MN 314) EXAMEN PARCIAL Se permite el uso de Cuaderno y / o Libros de Texto del curso . No está permitido el uso de Solucionarios . Cada alumno trabaja con su propio material. Prohibido préstamos durante la prueba. El orden , la limpieza limpieza , claridad y ortografía en en las respuestas respuestas serán tomados en en cuenta en la la calificación.

Problema 1. (05 puntos ) Una tubería de acero de 36 cm de diámetro exterior y 34 cm de diámetro interior de conductividad térmica 46 W/m.K , transporta fueloil a 50ºC través de un local donde el aire ambiental se encuentra a 10ºC . A fin de mantener constante la temperatura del fueloil , se rodea la tubería con una resistencia eléctrica la que se puede asemejar a una capa de un material material con espesor de 1 cm , conductividad conductividad térmica de 0,232 W/m.K W/m.K y una generación volumétrica volumétrica uniforme de calor G . Asumiendo las simplificaciones prácticas adecuadas , 3 a. Calcule el valor mínimo requerido de G , en W/m  , para que las pérdidas de calor en el fueloil sean nulas. b. Calcule y gráfique las distribución de temperaturas en el sistema .

Problema 2. (05 puntos) Una habitación de longitud = 4 m , ancho ancho = 4 m y altura = 3 m tiene sus paredes adiabáticas e isotérmicas. En un día de verano el techo se encuentra a T 1 = 35ºC y tiene una emisividad    . El piso se encuentra a T 2 = 20ºC y tiene una emisividad    . Si no hay convección , a. Grafique el circuito térmico b. Calcule el valor valor de la temperatura temperatura de las paredes (T3 ) c. Calcule la tasa tasa de calor calor radiante que recibe el el piso (Q2)

Problema 3. (05 puntos) Por un conductor horizontal de cobre     ⁄   de 2 mm de diámetro y 30 cm de longitud , circula corriente eléctrica . El conductor está inmerso en una corriente de 2 aire a 30ºC con un coeficiente convectivo de 35 W/m .K  . Ambos extremos del conductor se mantienen también a 30ºC y la temperatura del punto intermedio no debe ser mayor a 60ºC . a. Desarrolle la ecuación diferencial aplicable a este caso. b. ¿Cuál será la expresión necesaria para evaluar la temperatura en cualquier punto del conductor? c. Determine el valor de la máxima corriente eléctrica que circulará por el conductor.

Problema 4.

(05 puntos)

Una fila de elementos de calentamiento cilíndricos regularmente espaciados (superficie 1) se usa para “curar” un recubrimiento superficial que se aplica a una de las caras a una

lámina de metal (superficie 2) colocado por debajo de los elementos . La lámina tiene un espesor de 1 cm y una conductividad k = 30 W/m.K . Un segundo panel ( superficie 3 ) cuya superficie superior está bien aislada , se coloca por encima de los elementos. Los elementos son negros y se mantienen a T1 = 600 K , mientras que la lámina tiene una emisividad de    y se mantiene a T2  = 400 K . La cavidad se llena con un gas totalmente transparente a la radiación , teniendo lugar una transferencia de calor 2 convectiva en las superficies 1 y 2 con h 1 = 10 W/m2.K y h2  = 2 W/m .K . La convección en el panel aislado se puede despreciar . a. Calcule la temperatura media del gas b. ¿Qué potencia , por unidad de longitud axial , se debe suministrar a cada elemento para mantener la temperatura establecida? c. ¿Cuál es el valor del coeficiente de transferencia de calor convectivo en la cara inferior de la lámina de metal ( superficie 4 ,    ) si la temperatura del aire en contacto con ésta y la temperatura de los alrededores son iguales a Ta = 300 K ?