Ejercicios de Transferencia de Calor

Ejercicios de transferencia de calor Ejercicio # 1 3-71. Se usa un tanque esférico con un diámetro interior de 8 m, hecho de lámina de acero inoxidable (k 15 W/m · °C) de 1.5 cm de espesor, para almacenar agua con hielo a 0°C. El tanque está ubicado en un cuarto cuya temperatura es de 25°C. Las paredes del cuarto también están a 25°C. La superficie exterior del tanque es negra (emisividad 1) y la transferencia de calor entre la superficie exterior del tanque y los alrededores es por convección natural y radiación. Los coeficientes de transferencia de calor por convección en las superficies interior y exterior del tanque son de 80 W/m2 · °C y 10 W/m2 · °C, respectivamente. Determine a) la razón de la transferencia de calor hacia el agua con hielo que está en el tanque y b) la cantidad de hielo a 0°C que se funde durante un periodo de 24 h. El calor de fusión del agua a la presión atmosférica es hif 333.7 kJ/kg.

Solución Un contenedor esférico lleno de agua helada se somete a convección y transferencia de calor por radiación en su superficie externa. Se determinará la velocidad de transferencia de calor y la cantidad de hielo que se funde por día. Suposiciones 1 La transferencia de calor es constante ya que las condiciones térmicas especificadas en los límites no cambian con el tiempo. 2 La transferencia de calor es unidimensional ya que hay simetría térmica alrededor del punto medio. 3 La conductividad térmica es constante. Propiedades La conductividad térmica del acero se da para ser k = 15 W / m⋅ ° C. El calor de fusión de agua a 1 atm es = kJ / kg 7,333. La superficie exterior del tanque es negra y por lo tanto su emisividad es ε = 1. si h Análisis (a) Las áreas superficiales interna y externa de la esfera son

Asumimos que la temperatura de la superficie exterior T2 es de 5 ° C después de comparar los coeficientes de transferencia de calor por convección. En las superficies interior y exterior del depósito. Con esta suposición, el coeficiente de transferencia de calor de radiación Puede determinarse a partir de

Las resistencias térmicas individuales son

Entonces, la velocidad constante de transferencia de calor al agua helada se convierte en

(B) La cantidad total de transferencia de calor durante un período de 24 horas y la cantidad de hielo que se derretirá durante Este período son

Comprobar: La temperatura exterior de la superficie del tanque es

Que está muy cerca de la temperatura asumida de 5 ° C para la temperatura de la superficie exterior utilizada en la Evaluación del coeficiente de transferencia de calor de radiación. Por lo tanto, no hay necesidad de repetir los cálculos.

Ejercicio 3-72 En un tubo de acero inoxidable (k 15 W/m · °C) cuyos diámetros interior y exterior son de 5 cm y 5.5 cm, respectivamente, fluye vapor de agua a 320°C. El tubo está cubierto con aislamiento de lana de vidrio (k 0.038 W/m · °C) de 3 cm de espesor. El calor se pierde hacia los alrededores que están a 5°C por convección natural y radiación, con un coeficiente combinado de transferencia de calor por convección natural y radiación de 15 W/m2 · °C. Si el coeficiente de transferencia de calor dentro del tubo es 80 W/m2 · °C, determine la razón de la pérdida de calor del vapor por unidad de longitud del tubo. Determine también las caídas de temperatura a través de la pared del tubo y de la capa de aislamiento.

Una tubería de vapor cubierta con aislamiento de lana de vidrio de 3 cm de espesor se somete a convección en sus superficies. Se determinará la velocidad de transferencia de calor por unidad de longitud y las caídas de temperatura a través de la tubería y el aislamiento. Suposiciones 1 La transferencia de calor es estable ya que no hay indicación de ningún cambio con el tiempo. 2 La transferencia de calor es unidimensional ya que hay simetría térmica alrededor de la línea central y no hay variación en la dirección axial. 3 Las conductividades térmicas son constantes. 4 La resistencia de contacto térmico en la interfase es despreciable. Propiedades: Las conductividades térmicas se dan para ser k = 15 W / m⋅ ° C para el acero y k = 0.038 W / m⋅ ° C para el aislamiento de lana de vidrio