UNIVERSIDAD TCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERA

INGENIERA QUIMICA

OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE FLUIDOS Y CALOR PRQ 3218

PRACTICA N 3

TEMA Transferencia de Calor - Estado Estacionario

FECHA DE PUBLICACION 14 de mayo de 2015

FECHA DE ENTREGA 20 de mayo de 2015 IMPOSTERGABLE (en horario de auxiliatura)

1. El muro de una cmara frigorfica de conservacin de productos congelados consta de:

Capa de cemento de 3 cm de espesor (k = 0,8 kcal/hmC) Ladrillo macizo de 1,2 pie (k = 0,6 kcal/ hmC) Corcho expandido (k = 0,05 kcal/ hmC) Ladrillo hueco de 8 cm de espesor (k = 1,1 kcal/ hmC) Capa de cemento de 3 cm de espesor (k = 0,8 kcal/ hmC)

La temperatura del aire interior de la cmara es 30C y la del aire exterior 25C. Los coeficientes de conveccin exterior e interior son 22 y 15 kcal/hm2C respectivamente. Si las prdidas de calor del muro de la cmara han de ser inferiores a 11 kcal/hm2 Determinar el espesor de aislamiento del corcho que debe colocarse.

2. Por el interior de una tubera de acero, de 19 cm de dimetro exterior y 17 cm de dimetro

interior (conductividad trmica 15 kcal/hmC), circula vapor saturado a 60 kgf/cm2 de presin (T = 274C) atravesando un local que se encuentra a 31C. Los coeficientes de conveccin exterior e interior son 12 y 2020 kcal/hm2C respectivamente. Calcular: a) Flujo de calor por unidad de longitud. b) Espesor de aislante (lana de roca de conductividad trmica 0,048 kcal/hmC) necesario

para reducir el flujo de calor a la tercera parte. c) Espesor de aislante necesario para reducir la temperatura superficial exterior hasta un

mximo de 50C. 3. Un horno con un calentador radiante para el secado de piezas de metal utiliza una banda

transportadora como se muestra en la figura. La longitud de la seccin calentada es de 3 m y la temperatura del calentador es de 450 C. Las paredes de los lados son adiabticas y el conjunto banda-piezas con una emisividad de 0,8 alcanza una temperatura de 120 C. La superficie del calentador radiante tiene una emisividad de 0,7. Calclese el calor cedido por el calentador suponiendo que los alrededores se encuentran a 25 C. Cul sera dicho calor si las paredes laterales estuvieran aisladas con 15 cm de un aislante de conductividad de 0,035 Kcal/hmC, con una emisividad interior de 0,8 y una exterior de 0,6?

4. Un chip de espesor despreciable se coloca sobre una placa base de baquelita de 9 mm de espesor y conductividad k=1,0 W/mK. La resistencia trmica de contacto entre el chip y la

plaqueta es 10 - 4 m2K/W. El chip disipa calor en su parte superior por conveccin forzada con hs = 500 W/m

2K. La base de la plaqueta disipa calor por conveccin natural con hb = 40 W/m2K (suponga que el flujo de calor es transversal a la placa base). Todo el sistema se encuentra en un ambiente a T1 = 25C. Cul es la temperatura de operacin del chip si genera calor a una tasa de 40 kW/m2?

5. Una pared plana de un horno se fabrica con acero (k = 60 W/mK; = 7850 kg/m3; c = 430 J/kgK) y tiene un espesor e = 15 mm. Para protegerla de los efecto corrosivos de los gases de combustin, la superficie interna de la pared se recubre de una capa llena de material cermico que tiene una resistencia trmica (por unidad de superficie) de R = 0,008 m2K/W. La superficie externa de la pared est bien aislada de los alrededores. Al encender el horno, la pared se encuentra a T0 = 350 K. Los gases de combustin entran al horno a T1 = 1300 K y la conveccin con la capa cermica es con h = 25 W/m2. Desprecie la capacidad trmica de la pelcula cermica. Cunto demora la superficie interna de acero de la pared en alcanzar los 1200 K?

6. Un recipiente aislado trmicamente contiene una cierta cantidad de agua. Si la superficie libre

de lquido queda expuesta al aire durante la noche y la temperatura del aire es de 45C. Calcular la temperatura del agua en el recipiente. Asumir que el coeficiente convectivo del aire en contacto con el agua es de 10 W/m2K y que la temperatura del firmamento es de 0 K. Considerar el sistema como cuerpos negros.

7. Una esfera hueca de aluminio con un calentador elctrico en el centro, se utiliza en pruebas

para determinar la conductividad trmica de materiales aislantes. Los radios interior y exterior de la esfera son 0,12 y 0,15 m, respectivamente, y la prueba se hace en condiciones de estado estable, en las que la superficie interna del aluminio se mantiene a 220C. En una prueba particular una capa esfrica de aislante se funde sobre la superficie externa de la esfera y alcanza un espesor de 0,1 m. El sistema est en un cuarto para el que la temperatura del aire es 20C, y el coeficiente de conveccin en la superficie externa del aislante es 30 W/m2K. Si se disipan 80 W por el calentador bajo condiciones de estado estable Cul es la conductividad trmica del aislante?

8. Una sonda esfrica crioquirrgica se incrusta en tejido enfermo con el propsito de congelarlo

y por tanto, destruirlo. Considere una sonda de 3 mm de dimetro cuya superficie se mantiene a - 25C cuando se incrusta en tejido que est a 37C. Una capa esfrica de tejido congelado se forma alrededor de la sombra, con una temperatura de 0C en la fase frontal (interfaz) entre el tejido normal y el congelado. Si la conductividad trmica del tejido congelado es aproximadamente 1,2 W/mK y la transferencia de calor en la fase frontal se caracteriza por una coeficiente de conveccin efectivo de 50 W/m2K Cul es el espesor de la capa del tejido congelado?

Nota: Las personas que tienen el 100% de Asistencia a Clases de Auxiliatura para el 2Parcial, tienen derecho a presentar slo 4 problemas de su eleccin.

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Ing. Jos Luis Zamorano Escalante Univ. Priscilla S. Paredes Rodrguez DOCENTE AUXILIAR