7/25/2019 ProblemasPropuestosTransferenciaDeCalor_2015_2016

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1. Incide radiacin solar sobre la superficie frontal de una placa delgada a razn de

300 W/m2. Las superficies de la placa tienen una absortividad solar de 0.63 y una

emisividad de 0.93. La temepratura del aire es de 5C y el coeficiente de

transferencia de calor por conveccin es de 20 W/m2. La temperature efectiva delcielo para la supericie del frente es 33C, en tanto que las superficies circundantes

estna 5C para la superficie posterior. Determine la temperature de equilibrio de

la placa.

2. Se construye un colector solar sencillo colocando un tubo de plstico transparentede 6 cm de dimetro alrededor de una manguera para jardn cuyo dimetro exteriores de 2 cm. La manguera est pintada de negro con el fin de maximizar la

absorcin solar y se usan algunos anillos de plstico para mantener constante elespaciamiento entre la manguera y la cubierta de plstico transparente. Lasemisividades de la superficie de la manguera y de la cubierta de vidrio son 0.9 y seestima que la temperatura efectiva del cielo es de 15C. Se mide que la temperaturadel tubo de plstico es de 40C, en tanto que la del aire ambiente es de 25C.Determine la razn de la prdida de calor del agua que est dentro de la manguera,por conveccin natural y por radiacin, por metro de su longitud, en condicionesestacionarias.

3.

Un colector solar consta de un tubo horizontal de aluminio que tiene un dimetroexterior de 2.5 in, encerrado en un tubo concntrico de vidrio delgado de 5 in dedimetro. El agua se calienta conforme fluye por el tubo yel espacio anular entreel tubo de aluminio y el de vidrio est lleno con aire a la presin de 0.5 atm.Durante un da claro falla la bomba que hace circular el agua y la temperatura dela que se encuentra en el tubo empieza a elevarse. El tubo de aluminio absorbe laradiacin solar a razn de 40 Btu/h por pie de longitud y la temperatura del aireambiente del exterior es de 75F. Las emisividades del tubo y de la cubierta de

vidrio son 0.9. Tomando que la temperatura efectiva del cielo es de 60F,determine la temperatura del tubo de aluminio cuando se establece el equilibriotrmico (es decir, cuando la razn de la prdida de calor del tubo es igual a lacantidad de energa solar ganada por el mismo).

4. Se usa un intercambiador de calor largo, de tubo doble y pared delgada, condimetros del tubo y del casco de 1.0 cm y 2.5 cm, respectivamente, paracondensar refrigerante 134a por medio de agua a 20C. El refrigerante fluye porel tubo, con un coeficiente de transferencia de calor por conveccin de hi_4 100

W/m2 C. Por el casco fluye agua a razn de 0.3 kg/s.a.

Determine el coeficiente de transferencia de calor total de esteintercambiador.

b. Repita el problema suponiendo que sobre la superficie exterior del tubo

interior se forma una capa de 2 mm de espesor de caliza (k_ 1.3 W/m C).

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c. Mediante el software EES (o cualquier otro semejante), trace la grfica delcoeficiente de transferencia de calor total como funcin del espesor de lacaliza, conforme ste vara de1 mm hasta 3 mm y discuta los resultados.

5. Las superficies laterales de un horno industrial cbico de 3 m de alto en el que sequema gas natural no estn aisladas y se mide que la temperatura en la superficieexterior de esta seccin es de 110C. La temperatura de la sala del horno,incluyendo sus superficies, es de 30C y la emisividad de la superficie exterior dedicho horno es 0.7. Se propone que esta seccin de la pared del horno se asle conlana de vidrio (k_ 0.038 W/m C) envuelto por una lmina reflectora (e _ 0.2),con el fin de reducir la prdida de calor en 90%. Suponiendo que la temperaturade la superficie exterior de la seccin metlica todava permanece a alrededor de110C, determine el espesor del aislamiento que es necesario usar. El horno opera

en forma continua durante todo el ao y tiene una eficiencia de 78%. El preciodel gas natural es de $1.10 dlar por therm (1 therm _ 105 500 kJ de contenido deenerga). Si el costo de la instalacin del aislamiento costara 550 dlares enmateriales y mano de obra, determine cunto tiempo tardar el aislamiento enpagarse con base en la energa que ahorra.