UNIDAD IV: CONDUCCIÓN

Problemas.

1) Una chimenea de hormigón armado con diámetro interior D2 = 800 mm, diámetro exterior D3 = 1300 mm, debe ser revestida por dentro con refractario. Determinar el espesor del revestimiento y la temperatura T3 de la superficie exterior de la chimenea, partiendo de la condición de que las pérdidas de calos de un metro de la chimenea no excedan de 2000 W/m, y de que la temperatura T2 de la superficie interior de la pared de hormigón armado no supere 200 °C. La temperatura de la superficie interior del revestimiento es de T1 = 425 °C; el coeficiente de conductividad térmica de revestimiento es K1 = 0.5 W/m°C; el coeficiente de conductividad térmica del hormigón es K2 = 1.1 W/m°C.

2) Calcular las pérdidas de calor de 1m de una tubería no aislada con diámetro d1/d2 = 150/165 mm tenía al aire libre cuando por el interior de ésta corre agua con una temperatura media T1 = 90°C y la temperatura ambiente Ta = -15°C. El coeficiente de conductividad térmica del material del tubo es K = 50 W/m°C. El coeficiente de transferencia de calor para el agua y el tubo es 1000 W/m2°C y el del tubo y el ambiente es 12 W/m2°C. Determinar también las temperaturas en las superficies interior y exterior del tubo.

UNIDAD IV: CONVECCIÓN

Problemas.

1) Por una tubería de 150 m circulan 0.63 kg/s de vapor húmedo con calidad 10% a una temperatura de 250 °F. El diámetro interior de la tubería es 4”. A la salida de la tubería se tiene líquido saturado. Calcular la temperatura de la superficie interior del tubo.

1 lbm = 0.45359 kg

1 pulg = 2.54 cm

1 Joule = 9.478x10-4 BTU

De la tabla de vapor húmedo

2) Por una tubería de plástico (K = 0.5 W/mK) circula un fluido de modo que el coeficiente de transferencia de calor por convección es 300 W/m2K. La temperatura media del fluido es 100°C.  La tubería tiene un diámetro interno de 3 cm y un diámetro externo de 4 cm. Si la cantidad de calor  que se transfiere a través de la unidad de longitud de tubería por unidad de tiempo es 500 W/m, calcular la temperatura de la superficie exterior de la tubería. Hallar el coeficiente de transferencia térmica global U basado en el área de la superficie exterior de la misma.

UNIDAD IV: RADIACIÓN

Problemas.

1) En un horno de 1 m3, las paredes verticales están hechas de un material aislante. La resistencia eléctrica fue colocada en la superficie inferior produce una potencia total de 60 W siendo su temperatura 328 K. Determine la temperatura de la cara superior del horno.

2) Se necesita conocer la cantidad de calor que una pared de un cuarto irradia sobre el piso. La temperatura de la pared es de 50°C y la del piso 27°C. La dimensiones de la pared son 3 x 6 m y la del piso 6 x 9 m.  La emisividad de la pared es 0.8 y la del piso 0.6.

UNIDAD IV: INTERCAMBIADORES DE CALOR

Problemas.

1) Un condensador opera con vapor condensante en el lado de la coraza a 27°C. El agua de enfriamiento entra a 5°C y sale a 10°C. Si el coeficiente total de transferencia de calor es de 5000 W/m2°C con base en la superficie del tubo exterior. Determine la transferencia de calor por metro cuadrado de superficie de tubo exterior.

2) En un intercambiador tubular de calor tipo vapor-agua el vapor de agua seco y saturado cuya presión es P = 3.5 x 105 Pa, se condensan en la superficie exterior de los tubos. El agua, que circula por los tubos se calienta desde 20°C hasta 90°C. Determinar:

a) La temperatura media logarítmica en este intercambiador de calor.b) El gasto de vapor en el intercambiador vapor-agua si el gasto del agua es 8 t/h. Suponer que no existe subenfriamiento del condensado.