Problemas de Transferencia de Calor

EDWARD O.

CEL: 952011309

ASESOR EN: TERMODINAMICA GRAL, PRINCIPIOS DE ING, INGENIERIA 1, REFRIGERACION

PROBLEMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

1.- Una lámina de corcho de 10 cm de espesor tiene una cara a  –12 ºC y la otra a 21 ºC. Cuál es la velocidad de transmisión de calor a través de 1 m 2 de pared si la conductividad térmica media en ese intervalo de temperaturas vale 0.042 J/m s ºC. Solución: 13.86 W; 13.86 W/m2

2.- Una cara de una plancha de acero inoxidable con un espesor de 1 cm se mantiene a 110 ºC, mientras que la otra cara está a 90 ºC (según la figura adjunta). Suponiendo condiciones de estado estacionario, calcular el flujo de calor a través de la plancha. La conductividad térmica del acero inoxidable es 17 W/m ºC. Solución: 34000 W/m2

3. La pared del horno de panadería está hecha con ladrillo refractario de 10 cm de espesor cuya conductividad térmica es de 0.22 J/m s ºC. En ella hay una serie de piezas de acero cuya área transversal total representa el 1% del área total de la pared interna del horno, y que tienen una conductividad térmica de 45 J/m s ºC. Calcular: a) Calor transmitido a través de la pared por el ladrillo y el acero. b) Las pérdidas de calor por cada m 2 de pared del horno, si la parte interior de la pared está a 230 ºC y la pared exterior a 25 ºC. Solución: a) qladrillo /Ai = 446.49 W/m2; qacero /Ai = 992.5 W/m2 b) Pérdidas de calor: 1369 W/m 2

4.- Una tubería de acero (conductividad térmica = 43 W/m ºC) que tiene un espesor de 2 cm y un radio interno de 6 cm se utiliza para transportar vapor de EDWARD O.

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agua desde una caldera a un intercambiador de calor que está a una distancia de 40 m. La temperatura en la superficie interna del tubo es de 115 ºC y en el exterior de 90 ºC. a) Calcular la pérdida de calor hacia los alrededores suponiendo estado estacionario. b) ¿Qué espesor de aislante (k = 0.035 W/m ºC) habría que poner alrededor de la tubería para que en la superficie sólo hubiera una temperatura de 25 ºC? Nota.- La pérdida de calor máxima autorizada por motivos económicos es de 1 kW Solución: a) 939 kW b) 9.65 cm

5.- La pared (3 m x 6 m) de un tanque de almacenamiento de hormigón (conductividad térmica = 1.37 W/m ºC) tiene un espesor de 15 cm. Se debe colocar un aislante para que el caudal a través de la pared sea igual o inferior a 500 W (ver figura). Si la conductividad térmica del aislante es de 0.04 W/m ºC, calcular el espesor del aislante requerido. La temperatura de la superficie exterior de la pared es de 38 ºC y la pared interior de 5 ºC.

Solución:0.043m

6.- Se desea limitar las pérdidas de calor con una pared de espuma de poliestireno cuyo coeficiente de transmisión de calor es 8 J/m s ºC. La temperatura a una lado de la pared es de 20 ºC, y al otro lado  –19 ºC ¿Cuál es el espesor necesario de poliestireno? q max admitido = 1 kW/m2. Solución: 31.2 cm 7.- La pared de una cámara frigorífica está formada por 11 cm de ladrillo en el exterior, 7.5 cm de cemento y por último 10 cm de corcho. La temperatura media en el interior del frigorífico es de  –18 ºC, y la temperatura en la superficie exterior es de 18 ºC. Calcular a) la velocidad de transmisión de calor a través de la pared, y b) la temperatura de la interfase entre las capas de cemento y

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corcho. Las conductividades térmicas del ladrillo, cemento y corcho son, respectivamente, 0.69, 0.76 y 0.043 J/m s ºC Solución: a) 13.93 W/m2, b) 14.4 ºC 8.- Se desea utilizar una tubería de acero inoxidable (k = 17 W/m ºC) para transportar un aceite caliente. La temperatura en la superficie interior ha de ser 130 ºC, siendo la tubería de 2 cm de espesor y 8 cm de diámetro interior. La tubería está aislada con una capa de 0.04 m de espesor de un material aislante de conductividad térmica 0.035 W/m ºC, siendo la temperatura en la cara exterior de 25 ºC. Calcular la temperatura en la superficie de contacto entre el acero y el aislante suponiendo estado estacionario. Solución: 129.8 ºC

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