problemasconveccion

7/24/2019 ProblemasConveccion

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pfernandezdiez.es Conveccin.V.-111

PROBLEMAS SOBRE

CONVECCINpfernandezdiez.es


2/70

u

xseg

segx

avance

dx

F

Fx

Cw 2


V.1.- Se bombea aceite de motor sin usar a 60C, a travs de 80 tubos que tienen un dimetro de 2,5 cm, una !on-

"itud de 10 m a una ve!ocidad media de 0,6 m#s.

Ca!cu!ar$

a% &a caida de 'resi(n a !o !ar"o de !os tubos 'otencia de bombeo

b% Si cada tubo se ca!ienta e!ctricamente a ra)(n de q#*+1000 #m2, a!!ar !a tem'eratura media de !a 'ared en

contacto con e!!uido./ro'iedades trmicas de! aceite de motor sin usar a 60C$

+ 86 "#m 3 c'4 + 2,0 #"C 3 + 0,1 #m7 3+ 8 10-6 m2#se" 3 /r + 1050

RESOLUCION

Re =u d

=0,6 x 0,

025

84.10-6

= 18,58 !"a#inar $ =64

Re

=64

= 0,%58418,58

a% Ca9da de 'resi(n a !o !ar"o de !os tubos.

P =

d

20,%584

2

& =

0,025

0,62

2

x 864 x 10 = 222'5(g

# seg2

= 225

(g

#2

/otencia de bombeo tota! en CV

N = ) P = ) = d2

u4

F n = x 0,025 2

40,6 x 80 =0,02%56 #

%=0,02%56 #

%225

*g=

#2

+ a#in, c+nsiderand+ /ue "a resisencia a" avance para 1 u+ es

= 5%,56*g#seg

= 0,14 C

2F = = 225

4x 0,025

2

4

= 1,116 (g

*g#

3 = Fa n uF = 1,116 x 80 x 0,6 =5%,56 seg

Coeiciente de resistencia a! avance de! aceite$

Fa = 1,116 (g =1

C w u2

& = x 864(g

x 0,62#

x !d &$ # 2 x1

= 12,46 Cw

Cw =1,11612,46

2

= 0,08'46

2 #%

seg2

g !#seg2 $

a#in se p+d7a +ener saiend+ /ue2 2 = Cw

8 2 = = 4 Cw Cw = 4

=0,%584

4= 0,08'6

b% Cada tubo se ca!ienta e!ctricamente a ra)(n de q#*+1000 #m23 !a tem'eratura media de !a 'ared en contacto

con e!!uido se determina en !a si"uiente orma.- ara f"u9+ c+#p"ea#ene desarr+""ad+ en u+ circu"ar & :, c+nf"u9+ de ca"+rc+nsane desde "apared& = 10 = 400 ;;d 0,025

2aran de ve"+cidades para->"ica !r.gi#en "a#inar$0

3u = 4,%6%6 =?C d ?C =

4,%6%6 x 0,14= 24,4% @

p i = F A/?C

(

= 60 A

0,025

1000 ! @#2 $

= 100,'BC

24,4% !@# 2 BC

$

#2.BC

V.2.-*"ua, a una tem'eratura media de 20C, se uti!i)a 'ara reri"erar un !u:o de va'or. Si e! a"ua circu!a a 2

m#se" 'or e! interior de !os tubos de #; de dimetro, determinar e! coeiciente de transmisi(n de ca!or


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+


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0 ,8

C1 %

& &

?C = 0,02%!u0, 8$f1!$ = f1!$ = f1!20BC$ = 41'1 = 0,02%!

2 $x 41'1 = 6560,%2 @d0,2

> a#in, Dius-E+e"er

0,01'050, 2

18' ,6 x 0,5'

@

#2.BC

3u = 0,02% Re 0 ,8 r0 ,% = 0,02% x %82 0 ,8 x 0 ,% = 18',6

? C =0,01'05

= 5'4%#2 BC

V..-*ire atmosrico a !a tem'eratura =4+2857 ve!ocidad u4+20 m#se", !ue sobre una '!aca '!ana ori)onta!

de !on"itud & +1,5 m, que se encuentra a una tem'eratura ='4+17.

Ca!cu!ar$

a% &as 'ro'iedades 9sicas de! aire

b% >! coeiciente medio de transmisi(n de ca!or en !a )ona en que !a ca'a !9mite es !aminar.

c%>!coeiciente medio de transmisi(n de ca!or 'ara toda !a '!aca.

d% &a transerencia de ca!or 'or metro de ancura de !a'!aca.

RESOLUCION

a%/ro'iedades 9sicas de! aire, en e" supues+ de /ue "a f+r#u"aci>n a ui"izar re/uiera pr+piedades a "a e#peraura

#edia depe"7cu"a

r+piedades f7sicas de" aire a F A pF

2= 285 A %41

2= %1%B*

(g= 1,0'2

#% cpF = 1,014

((gGC

= 1,6.10-6#

2

seg ( = 0,0265

@#GC

r = 0,1

b% Coeiciente medio de transmisi(n de ca!or en !a )ona en que !a ca'a !9mite es !aminar

x C = Re C

u F

1,6.10-6 !# 2 seg$ x 5.10

5

=20 !#seg $

= 0,44 #

3u #edi+ = ? C x C = 0,664 Re r(1 % = 0,664 5.105 x 0,1 = 418,86

?C =418,86 x 0,0265 @

#.BC0,44 #

= 25,2% @#2.BC

!para 0 H x H 0,44$

c% Coeiciente medio de transmisi(n de ca!or 'ara toda !a '!aca.

Re & =u F &

F

20 !#seg$ x 1,5#

=1,6.10-6 !# 2 seg

$

= 1,045.10 6

" ser "a uru"encia desarr+""ada, se puede prescindir de" su#and+ '200 en "a ecuaci>n

? cF = 0,0%6 r0 ,4%

( !Re0 ,8- '200$ !

FpF

$0 ,25= ara e"aire

FpF

= 1 =

=0,0%6x 0,10,45x0,0265

x !1,045.106 $0,8=52,'5@

d% =ranserencia de ca!or 'or metro de ancura de'!aca

1,5 #2 B*

/= ?cF !pF - F$ = 52,'5@

#2.B*x !1,5 x 1$ #2 x !%41 - 285$B* = 4450 @

V..- *ire atmosrico a =

4+ 007 !ue con una ve!ocidad u

4+ m#se" a !o !ar"o de una '!aca de !on"itud &+ 1

m.&atem'eratura de !a 'ared se mantiene constante a ='4 +007.

>! coeiciente medio de transerencia de ca!or es c4 + ,5 #m2C

>stimar mediante !a ana!o"9a de ?eno!ds-Co!burn !a uer)a de resistencia 'or 1 metro de ancura de '!aca'!ana.


5/70

RESOLUCION

=400 A %00

= %50B* = 0,''8(g

c =1,00'(

r = 0,6'2 #

% pF (gBC


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2 #

2

0,8

pF

2

d

2

(g

Cw=

? cFr2 % =

,5 @# BCx 0,6'2 % = 0,00151

2 cpF u F2

0,''8 !(g# % $ x 1,00' !((g BC$ x 4 ! #seg$

Fa =Cw u F !& x a$

= 0,

''82

2x 4 x 1,51.10-%

#% seg2

x !1 x 1$ #2

= 0,024# (g

= 0,024 3seg2

V.5.- >! crter de un autom(vi! tiene !as si"uientes dimensiones$ &on"itud, 0,6 m3 ancura, 0,2 m 3 'roundidad,

0,1 m. Su'oniendo que e! crter tiene una tem'eratura su'ericia! de 50@7, determinar !a 'rdida de ca!or a !a at-

m(sera, 'or unidad de tiem'o, sabiendo que sta se encuentra a @C 'ara una ve!ocidad de! ve9cu!o de 0 m#se". Se

su'ondr que !a ca'a !9mite es turbu!enta en toda !a su'ericie3 e! coeiciente de transerencia de ca!or C se su-

'ondr constante 'ara cua!quier direcci(n.

RESOLUCION

r+piedades f7sicas de" aire

=%50 A 2 6

= %1%B* = 1,0'2(g

=1,6.10-6#

(= 0,0265@

r = 0,12 # % seg #BC

Re & =u F &F

=%0 !#seg$ x 0,6

#

1,6.10-6 !# 2

seg$

= 1,022.106

!uru"encia desarr+""ada $

" ser "a uru"encia desarr+""ada, se puede prescindir de" su#and+ '200 en "a ecuaci>n

?cF = 0,0%6 r0,4% (

&!Re& - '200$

0 ,8 0,0265p+r "+ /ue ?cF = 0,0%6 . r0,4%(&

Re& = 0,0%6 x 0, 10,4% x

0,6x !1,022 x 106$0,8 = 88,15 @

#2.B*/ = ?cF !pF - F$ = = 2 I!0,6 x 0,2$ A !0,6 x 0,1$J = 0,%6 #

2 =

= 88,15 @#2.B*

x 0,%6 #2 x !%50 - 26$B* = 2%48,4 @

V.6.-Se uti!i)a una tuber9a ori)onta! de cobre, de dimetro 16 mm, 'ara ca!entar una abitaci(n 'or convecci(n

natura!. /or su interior circu!a a"ua mu ca!iente de orma que !a tem'eratura eterior de !a tuber9a sea de 100@C,mientras que se desea que !a abitaci(n 'ermane)ca a 20@C.

Aeterminar !a cantidad de ca!or que se disi'ar 'or metro !inea! de tuber9a.

RESOLUCION

e#peraura #edia de "a pe"7cu"a de aire en "a ?aiaci>n = 100 A 202 = 60BC

(g= 1,025

#% c = 1,01

((g BC

=1',4.10-6#

seg ( = 0,02'

@

#BCg

= 0,82.108 r = 0,12

)r =g

&% = = 100 - 20 =

80CB= 0,82.108

x

80 x 0,016% = 25625

2 & = d = 0,016 #)r r = 25625 x 0,1 = 181'% !C+nvecci>n naura" "a#inar$

ara f"u9+ "a#inar


7/70

d

3u d = 0,%6A

0,518 Ra 1 4

=K1 A !

0 ,56$' 16L4 '

r0,02' x 4,'1

106

H Ra d H 10'

r ; 0,5= 0,%6 A

0,518 !181'%$1

4

K1 A !0, 56

$' 1 6L4

'

0,1

= 4,'1

? cF = ( 3u = 0,016 =8,56 @#2 BC


8/70

C

d

2

= 60BC

pF

< = ?cF !pF - F $ = = d & = x 0,016 x 1 = 0,05026 # 2 = 8,56@

x 0,05026 # 2 x 80 BC = %4,4

@#

2 BC

C!cu!o de c4'or otros mtodos$

a$ ara f"u9+ "a#inar en c+nvecci>n naura"

? = 1,18 4d

$ )rMfica#ene

= 1,18 4 800,016 =','2

@

#2 BC

"g Ra = "g !181'%$ = 4,26

"g 3u = 0,8 3u = 6,026

6,026 x 0,02'? cF =

3u (=

0,016=10,51

@

#2 BC

V..-Aeterminar !a ve!ocidad de transerencia trmica corres'ondiente a! aire atmosrico a 58@7, !uendo a unave!ocidad de 5 m#se", 'er'endicu!armente a un conducto de 0,5 m de dimetro 10 m de !on"itud, cua tem'eratura

su'ericia! es de @7

RESOLUCION

r+piedades f7sicas de" aire a

=%% A %58

= %65,5B*2

(g= 0,'%6

#% = 21,%.10-6 (g

#.seg (= 0,0%02

@#BC

r = 0,1

F&NOP CRNQDOP Re =uF d

=

pF

5 x 0,5 x 0,'%6= 10'860 !uru"en+ $

21,%.10-6

ara 40000 H Re H 4000003u = 1,11 C Re

nr

0 ,42 !0,85

$n4= F C = 0,02666 n = 0,805

=

= 1,11 x 0,02666 x 10'8600 ,805 x 0,10 ,42 !0,85%%

$0 ,8054 =

280,6%58

?cF =3u (=

280,6 x 0,0%02= 16,'5 @

d 0,5#

2

.BC/ = ? cF !pF - F $ = K = d & = x 0,5 x 10 = 15,1#2

L= 16 ,'5 @ x 15 ,1 # 2 ! %% - %58$BC = %''4 @# BC

V.8.-* travs de un tubo ca'i!ar de 0, m de !ar"o 2,5.10- metros de dimetro interior, !ue a"ua a una ve!oci-

dadde 0,2 m#se". &a tem'eratura de entrada de! a"ua es de 0@C. Su'oniendo que !a tem'eratura media de! tubo es

de 80@C,ca!cu!ar !a tem'eratura de sa!ida de! a"ua

RESOLUCION

s un e9ercici+ en e" /ue ?a /ue ierar, p+r cuan+ n+ se c+n+ce "a e#peraura #edia de" agua, s7 "a de enrada.

+r "+ an+ p+de#+s parir de una e#peraura dada p+r F =2

pF A enrada

=280 A 40

2

= '8%,2(g

#% c = 4,181 (

(gBC= 0,48.10-6#

seg (= 0,658 @

#BC r = %

g = 22,45.10'

2

-%


9/70

Rgi#en de" f"u9+ a "a e#peraura de 60BC Re =u F d

=0,2 !#seg$ x 2,

54.10#

= 106% ! "a#inar $

0,48.10 -6 !# 2 seg$a$ ara c+nvecci>n en u+s en rgi#en "a#inar !s>"+ para e" agua$


10/70

& d

d F (g

pF

C

? C = 1,62 !u

$1 % f2 ! $ = f2 !$ = f2 !60BC$ = 11%,6

= 1,62 !

0,20,% x 2,54.10

-%

$1% x 11%,6 =11'@

#2 BC

/ = ) cpF !sa" - en$ = ?CF & !pF - F$ c+n F =sa" A en

22

F"u9+ #Msic+ ) = u = '8%,24x !2,54.10

-%

$2

4

x 0,2 =','6.10-4seg

"ueg+

','6.10 -4(g

x 4,181(

!

- %1%$B* = 11'@

!2,5.10 -% x 0,%$ # 2 x !%5% - $

seg (gB* Fsa"

Fsa" A %1%#

2BC

F

4,165' !Fsa"ida -%1%$*B

= 2,841 !%5%- 2

$ Fsa" = %%%,

%*B

= 60,%CB

C+n ese resu"ad+ ?ar7a /ue v+"ver a ierar c+n F =40 A 60,%

= 50,15BC, p+r "+ /ue =50,15 A 80

= 65,08BC2 2

3+a a#in se p+d7a ?aer ca"cu"ad+ e" c+eficiene de c+nvecci>n ?C c+nsiderand+ f"u9+ "a#inar desarr+""ad+ p+r e"ineri+r de uer7as c+n e#peraura de pared unif+r#e, en "a f+r#a

-%

3u = %,656 =?C

d(

=? C x 2,

54.100,658

?C= '45@

#2 BC

V.


11/70

pF

ratura de 60@C3 !a '!aca se introduce en e! a"ua de orma que disi'a ca!or 'or !as dos caras. Aeterminar e! ca!or

transerido a!a"ua cuando sta se encuentra a 20@C.

RESOLUCION

=em'eratura de 'ared constante

e#peraura #edia de "a pe"7cu"a =

pF A F2

(g

= 60 A 2022

= 40BC

= ''2,2#%

c = 4,15(

(gBC= 0,658.10-6

#seg

(= 0,6%@

#BC r = 4,5


12/70

&

)r =g

&% = = 60 - 20 = 40

BC = 8,8%%.10'

x 40 x 0,5%= 4,41.1010

2 & = ? = 0,5 #

Ra=)rr= 4,41.1010x4,5=1,'84.1011

!Pe raa de un ca"ena#ien+ c+n uru"encia #u desarr+""ada !10' H Ra H 1 012$0 ,43u = 0,021 Ra & = 0,021 x !1'84.10

11$0 ,4 = 6'4,2

?cF =3u (

&=

6'4,2 x

0,50,6%

= '%4,4 @#2.BC

/ = ?cF = '%4,4 x !2 x 0, 52$ x !60 - 20$ = 18.688 @

V.11.- Ca!cu!ar !a disi'aci(n de ca!or desde una 'ared vertica! e'uesta a! medio ambiente com'uesto 'or Bitr("e-

no a5@C 'resi(n 1 atm abs. &a 'ared tiene 2 m de a!tura m de anco, siendo su tem'eratura de


13/70

$0,%% = 201,

?cF =3u (

&=

201,54 x

0,'0,02'%

= 6,56 @#2.BC

/ = ?cF = 6,56 x !1 x 0,8$ x !140 - 20$ = 6%0 @


14/70

2

2

d

-6

V.1.- Aeterminar e! ca!or "enerado en !a 'arri!!a de asar de un restaurante, cuas dimensiones son 1,00 0,80

m2%,que se mantiene a una tem'eratura media de 10@C, sabiendo que !a tem'eratura media de! restaurante es de

20@C eiste una corriente de aire de 1 m#se"

RESOLUCION

Convecci(nor)ada

e#peraura #edia de "a pe"7cu"a =pF A F

2 =140 A 20

2= 80BC

(g= 0,'68

#%=21,5.10-6

#seg

(= 0,02'%@

#BC r = 0,1

3u = 0,664 Re r1% = Re =uF & =

1 !#seg$ x 0,'

#

21,5.10-6 !# 2 seg$

= 41860 H 5.105 ! "a#inar $ = 121,2

?cF =3u (=

121,2 x 0,02'%= %,'44 @

& 0,' #2.BC/ = ?cF = %,'44 x !1 x 0,8$ x !140 - 20$ = %8,8 @

V.1.- *"ua a !a tem'eratura media de 15@C se e!eva a !a ve!ocidad media u+ 0,10 m#se" 'or un tubo de dimetro

interiordi+ 0,015 metros. &a !on"itud de! tubo es &+ 0,5 metros. &a tem'eratura de !a 'ared de! tubo es de 5@C.

Aeterminar e! coeiciente C de transmisi(n de ca!or.

RESOLUCION

&d =

0,50,015

= %%,%% !F"u9+ n+ desarr+""ad+$ , /ue puede ser "a#inar + uru"en+.

n a#as siuaci+nes "a f+r#u"aci>n a ui"izar dice /ue "as pr+piedades de" f"uid+ ?a /ue +#ar"as a F p+r "+ /ue "aspr+piedades de" agua se +#an a "a e#peraura de 15BC(g

= ''8,5#%

=1,2.10-6#

seg (=0,58

@#BC r = 8,65 = 11'%,25.10 -6

(g#.seg

Re =u F d

=0,1 !#seg$ x 0,

015 # = 1248 !"a#inar$

1,2.10-6 !# 2 seg$

3u = 1,86 !Re r$ 0 ,%% !d

$0 ,%%!

F$ 01, 4 =

45BC= 611,5.10-6

(g=

& pF # seg

= 1,86 !1248 x 8,65$0 ,%% !0,015

$0 ,%%!11'%,

25.10$0 ,14= 1%,

? cF =3u ( 1%, x 0,

58=

0,015

= 5%'@

#2 BC

0,5 611,5.10 -6

V.15.- *ire atmosrico a !a tem'eratura =4+20@C ve!ocidad u4+0 m#se", incide sobre una esera de dimetro 2,5

cmtem'eratura constante i"ua! a =esera+15@C

Aeterminar e! ca!or evacuado 'or !a esera !a uer)a que sta o'one a! !u:o de aire

RESOLUCION

- Pi se ui"iza "a ecuaci>n exc"usiva para gases, "as pr+piedades de" aire ?a /ue +#ar"as a "a e#peraura #edia de "a pe-"7cu"a.


15/70

2 =

pF A F=

21%5 A 2 0

= ,5BC ,5BC = 20,6.10-6 !# 2 seg$ ( = 0,0% !@#BC$

3u = 0,% Re0 ,6 = Re =d u F

0,025 ! #$ x %0 ! #seg

$=

20,6.10-6 ! #2 seg

$

= %612 = 0,% x %6120 ,6 = 200,86


16/70

d

d

u2

=

=

? cF =3u ( 200,86 x 0,

0%=

0,025

= 241,%6@

#2 BC

- Pi se ui"iza "a ecuaci>n genera" de @?ia(er, "as pr+piedades de" aire ?a /ue +#ar"as a F = 20BC.

20BC = 15,'5.10-6 ! #2 seg$ ( 20BC = 0,02568 !@#BC$ r = 0,1

3u = 2 A !0,4 Re A 0 ,06 Re 2 % $ r 0 ,4 = Re = d u

F

= 0,025x

%0

15,'5.10-6

= 4021 = 145,5

? cF =3u ( 145,5 x 0,

0256=

0,025

=14',25@

#2 BC

a% Ca!or evacuado 'or !a esera.- Pe +serva una fuere discrepancia enre a#as resu"ad+s, p+r "+ /ue +#are#+s e"c+rresp+ndiene a "a ecuaci>n exc"usiva para gases/ = ?cF =241,%6

@#2.BC

x !4 x 0,012 52$ #2 x !1%5 - 20$ B* = 54,5 @

b% 4uer)a que o'one !a esera a! !u:o de! aire2 C w = 0,4, para 10

% H Re H %.105

F

%02 #

Fa = C w 2

= =

d x 0 ,0252 -4 2 0,4 x 4,'1.10-4 #2 x 1,21

(gx

% 2!

seg$2 =

Fr+na"4

=4

= 4,'1.10 # #

= 0,1256 3

V.16.- Dn tubo vertica! de ,6 cm de dimetro eterior 0, metros de !on"itud est a !a tem'eratura =4+05@7 e in-

merso en aire atmosrico a !a tem'eratura =4+28@C.

Aeterminar e! coeiciente de transmisi(n de ca!or e! ca!or evacuado a! eterior

RESOLUCION

=pF A F

2

(g

400 A !28 A 2%$2

= %50,5B*

2 g = 0,''8#%

= 20,6.10-6#

seg (= 0,0%

@#B*

r = 0,6' = 0,58.1081

2 B*# %

)r =g

&% = = 400 - %01 = ''

BC= 0,58.108

x

'' x 0,4% = 4,8.108

2 & = 0,4 #

)r r = 4,8.108

x 0,6' = %,%4.108

H 10'

&a#inar

arae"cas+paricu"arde"aire?cF = 1,18! $0,25 = 1,18 x ! '' $0,25=8,545 @d 0,0%6 #2.B*

/ = ?cF ! d &$ = = 8,545 @ ! x 0,0%6 x 0,4 $ #2 x ''BC = %8,2 @#2.B*

V.1.- Eo!as esricas de 0,6 cm de dimetro caen a una ve!ocidad de 2 m#se" en un de'(sito de a"ua. Ca!cu!ar e!

coeiciente de 'e!9cu!a si !as bo!as se encuentran a 100C e! a"ua a 20C.

RESOLUCION

r+piedades de" agua a 20BC

(g 2 (g= ''8,2#% =1,006.10

-6 #seg

(= 0,5' @#B*

r= ,02 = ''%.10-6# seg

isc+sidad dinM#ica de" agua a 100BC agua !100BC$ = 28.10-6

!(g# seg$


17/70

@?ia(er 3u = 2 A !0,4 Re A 0 ,06 Re 2 % $ r0 ,4 !

F

pF

$0 ,25

= Re =d u

F

0,006 x2

=1,006.10-6

= 11'28,4 =

= 2 A !0,4 11'28 ,4 A 0,06 x 11'28,4 2 % $ ,020 ,4 !''%

$0 ,25 =

22 28


18/70

= 80 A 26

2

1

?cF =3u (=

22 x 0,5'=21568 @

d 0,006 #2.BC

V.18.- >! muro 'osterior de una ca!dera tiene en su cara eterior una tem'eratura media de 80@C, siendo sus di-

mensiones$ *ncura + 6,5 metros3 a!tura + ,2 metros. &a tem'eratura media de! ambiente es de 26@C.

Aeterminara% >! coeiciente de transmisi(n de ca!or 'or convecci(n 'ared-aire eterior

b% >! coeiciente de transmisi(n de ca!or 'or radiaci(n 'ared-aire eterior 'ar ed + aire + 0,8c% >! n@ de 7ca!#ora que se 'ierden a! eterior a travs de !a'ared.

RESOLUCION

a% Coeiciente de transmisi(n de ca!or 'or convecci(n 'ared-aire eterior

=pF A F

22

= 5%BC = %26B*

(g= 1,08

#% =18,8.10

-6#

seg (= 0,0221%

@

#BC

r = 0,025

',8 x1

x 54 x %,2%

)r =g

&% = = 80 - 26 = 54 BC & = %,2 # !pared

verica" $ =2''

=1,64.1011

2 = 12''B*

!18,8.10-6

$2

Ra=)rr=1,64.1011x0,025=1,152.1011

3u = 0,021 Ra 0 ,4 = 0,021 x !1,152.1011$0 ,4 = 558,21

?cF =3u (=

558,21 x 0,0221%=%,86 @

& %,2 #2.B*

b% Coeiciente de transmisi(n de ca!or 'or radiaci(n 'ared-aire eterior.- Pe puede sup+ner /ue "a pared e#ie radia-ci>n /ue es capada p+r e" #edi+ a#iene, /ue se a su vez esM en e/ui"iri+ r#ic+ c+n e" #edi+ /ue "e r+dea esdecir, p+dr7ae/uipararse a un pr+ces+ de radiaci>n enre p"acas para"e"as, sup+niend+ a" aire c+#+ una p"aca ficicia si-uada a "a disancia /ue #ar/ue "a capa "7#ie r#ica, para"e"a a "a pared /ue irradia. &a pared e" aire se c+#p+ranc+#+ cuerp+sgrises.

/1!nea $ 1 - 2"acas para"e"as infinias de igua" Mrea 1 = 2 F12 = 1, = 1 A1 1

- 12

= ? cF !pF - F $

? cF =1 -

2

5,6.10-8 ! @# 2 B* 4 $ !%5% 4 - 2'' 4 $B*4

== 5,24

@

!1

A1

- 1$ !pF- F $ !1

A1

- 1$ !%5% - 2''$B* #2 B*

1 2 0,8 0,8

?+a" = ?cF A ?rF =%,86A5,24 = ',1%4@

#2.B*

Ca"+revacuad+a"exeri+r


19/70

2araf"u9+ "a#inar,e" c+eficiene de rans#isi>n de ca"+r p+r c+nvecci>n es0

?cF =4811

(d

= 4811

0,140,0125

=48,8 @#2.BC


20/70

4

pF

2 FF F F

2

4

w

=

2450 ! @#2 $

/ = ? cF !pF - F $ pF - F = 48,8 !@# BC$= 50,1BC

V.20.- Se bombea aceite de motor con una ve!ocidad media de 0,6 m#se" a travs de 80 tubos de dimetro 2,5 cm

!on"itud 10 m. &as 'ro'iedades 9sicas de! aceite son, + 0,5 10- m2#se" + 868 "#m.Aeterminar !a ca9da de 'resi(n a !o !ar"o de !os tubos !a 'otencia de bombeo tota! en CV

RESOLUCION

2 Re =d u F

=0 ,025 x 0,

6 = 200 "a#inar0,%2 x868

(gx 0,6 2 !

#$2 x 10 #

p=

uF

&=

2 d g

0,5.104

= #% sg

= 2040(g

= 64Re

=64

= 0,%2200

2 x 0,0252

2 x 0,025#x ',8#

seg2

%

#

*g#

+encia de+#e+ ) p = ) = nd

uF = 80 x

x 0,6 = 0,02%56#

seg= 48

seg= 0,64 C

V.21.- *ire atmosrico a 007, a !a ve!ocidad u4 + 5 m#se" !ue a !o !ar"o de una '!aca '!ana de 1 m de !on"itud

ancura 0,5 m. &a uer)a de arrastre tota! que actFa sobre !a '!aca '!ana es 4 + 0,018 B. Dti!i)ando !a ana!o"9a

de ?eno!ds-Co!burn estimar e! coeiciente de convecci(n medio entre !a '!aca e! !uido.

RESOLUCION

+r "a ana"+g7a de Ren+"ds-C+"urnC#2 =!P$!r$

2 %=?cF

cpF uF

(g

r2 %

r+piedades de" aire a %00B * = 1,1

#

% c = 1,006.10%

(gBC

r = 0,1

Fa =1 P C w u

2=

1!& a $ C u

2

2

= !& a $? cF

cpF uFr2 % u2

= ! & a $?cFcpF

r2 % u2

C w =2 Fa 2 x18.10 -%

2= 2,44.10-%

? cF =

!& a$ u FFa cpF

1,1 x !1 x 0,5$ x 52

0,018 x 1,006.10%

== ',1

@

!& a $ r 2 % u

F

!1 x 0,5$ x 0,12 % x5

#2 BC

V.22.- Dna '!aca cuadrada de 0,16 m2 est sus'endida vertica!mente. Su tem'eratura es de 007 estando e! aire

que !arodea a 007.

Aeterminar

a% >! es'esor % de !a ca'a !9mite en e! bordeb% >! coeiciente de transmisi(n de ca!or

RESOLUCION

4

a% >s'esor % de !a ca'a !9mite en e! borde$ x = %,'%0,'52 A r

x )rx r2

2r+piedadesf7sicasde"airea %00B* A 400B * =%50B* =20,5.10-6# (=0,0% @ r = 0 6'

)rx = )r0 ,4 =g

&%=2

2

',8 x !12'%$ !20,6.10 -6 $2 x!40

0 - %00$ x 0,4%

=

4,16.108


21/70

0 ,4 0,4

seg #BC

Ra x = )rx r = 4,16.108

x 0,6' = 2,'.108 H 10'

= %,'% 4

0,'52 A 0,6'= 0,0%%5 = 0,0%%5 x 0,4 = 0,014' #x 4,16.108 x 0,6'2


22/70

1 4

x

2

8

b% Coeiciente de convecci(n$ 3u = 0,68 A0,6 Ra x

= 0,68 A0,6 !2,'.10 $1 4 = 6,64

? cF =3u ( 6,64 x 0,

0%=

0,4

K1A!0, 4'2

$'16L4 'r

= 5,0 @# 2 BC

K1A!0, 4'2

$'16L4 '0,6'

De +ra f+r#a 3u = 0,5' !)rx r$0 ,25

= 0,5' !2,'.108 $0 ,25= ? cF = 5, !

@#2 BC$

V.2.- *ire atmosrico a !a tem'eratura de 2857 ve!ocidad 20 m#se", !ue sobre una '!aca '!ana ori)onta! de

!on"itud 1,5 m, que est a su ve) conormada 'or un materia! ais!ante de !on"itud i"ua! a !a de !a ca'a !9mite !a-

minar tem'eratura !a de! aire, se"uida de un materia! conductor de! ca!or que se encuentra a !a tem'eratura de

17, con una !on"itud de 0, m a continuaci(n materia! ais!ante a 2857, asta com'!etar !os 1,5 m de !on"i-

tud.

Aeterminar$

a% &a cantidad de ca!or disi'ada 'or !a '!aca com'uesta, 'or unidad de ancura.

b% Ca!or disi'ado 'or !a '!aca si toda e!!a uera met!ica a 17.Aatos de! aire a 17$ + 1,0


23/70

derada, sa reas+re pare de" ca"+r desarr+""ad+ en "a regi>n !2$.b% Ca!or disi'ado 'or !a '!aca si toda e!!a uera met!ica a 17.

20 x 1,5Re & = 1,6.10

-6

= 1,045.106


24/70

&

2

v v " v "-v

?

pF

C C

C

r

CC

?

3u = 0,0%6 Re0 ,

8r0 ,4% !

FpF

$0 ,1 4= 0,0%6 x !1,045.106 $0 ,8 x 0,10,4% x 1 = %00%,5

?cF =3 u& (

& =%00%,5 x

1,50,0265

= 5%,06 @#2.B*

/ = ?cF !pF - F$ = 5%,06@

!1,5 x 1$ #2 x !%41 - 285$B* = 445,1 @#2.B*

V.2.- Dna barra ci!9ndrica de 5 cm de dimetro 1 m de !on"itud que se encuentra inicia!mente a una tem'eratura

de 500C, se introduce ori)onta!mente en un de'(sito de a"ua a 100C.

&as 'ro'iedades 9sicas de !a barra son$

e#isividad = 0,' difusividad = 0,025'#

?+ra c+nducividad r#ica(= 25,5@

# BCAeterminar e! tiem'o necesario 'ara que !a tem'eratura de !a su'ericie de !a barra !!e"ue a !os 00C

RPO&NCST3Pe puede sup+ner un enfria#ien+ en agua en eu""ici>n en pe"7cu"a esa"e, a s = 100BC&a rans#isi>n de ca"+r en "a superficie se rea"iza si#u"Mnea#ene p+r c+nvecci>n radiaci>n de f+r#a /ue

*? C

? C = 0,624

(% ( - )g

r

v de

(1 +0,4 c p(sa)

)

r"-v

? C =? C% *

+? r ,

siend+C

? r

=

! 4 - 4 $

!1

A

1

s

- 1$ ! pF - s $

en d+nde es "a as+rividad de" "7/uid+ = 1.&a ecuaci>n aneri+r es dif7ci" de ui"izar, a /ue C esM en f+r#a i#p"7cia, p+r "+ /ue se puede ?acer us+ de +ras ecua-ci+nes,vM"idaspara,uFH!gd$0, 5

* % 1 ? r 1 ? r? C = ?C A ? r K4

A

4

?!

2,62 A ! ? ? $$L , c+n 0 H

?H 10 U 0,%V de err+r

?* = ?A

% ? r, c+n

4? r

H 1 U 5V de err+rC

r+piedades f7sicas de" vap+r de agua a "a e#peraura #edia de pe"7cu"a500 A 100

2= %00BC

v = 46,1' ! (g#%

$ c pv = 6,18 ! ((g BC$ ( v = 0 ,02 ! @# BC$ v = 0,01'8.10-%

!(g# seg$r+piedades f7sicas de" agua a s = 100BC " = '58 !(g#

%$ r"v= 225 !((g$

= pF - s = 500 - 100 = 400BC%

? C = 0,624

( v v(" -v )gr"-v

v de

(1 +0,4 cp(sa)

)=

r"-v

= 0,62 40,02%

x 46,1'('58- 46,1')',8 x 225(1+

0,4 x 6,18 x 400)=116,8

@

0,01'8.10-% x 0,05 x400

4 4

225 #2 BC

? r = !pF - s $ 5,6.10-8 !%4 - %%4 $


25/70

?

== 4%,08

@

!1

A1

- 1$ !pF - s$

!1

A1

- 1$ ! % - %%$ #2

BC

? r 4%,08

0,'

*

1

% ?r % x 4%,08

@C+#+

C

=

116,8

H 1 ? C = ? C A4

= 116,8 A4

= 14',2

#2 BC=iem'o de enriamiento$

Ei =?C R

=(

14',2 x 0,02525,5

= 0,146 ? C

= 5,85 !C.c. c+nvecci >n$(

n "a pri#era grMfica de Wes"er se +iene C = 0,'4


26/70

-1

2

-4

n "a 2X de Wes"erC

=C

=

C=

1= 1,064

0,'4= 1,064 x 0,6 =0,64

E

i

=

6,

8

F+ = 1,5

0 0 = 400 - 100 = 0,6

p+r"+/ueF+=

1,5 =0,025' !#

0

?+ra$

600 - 100

= 0,0%62 ?+ras = 2 #in 10 segR

2 0,0252

V.25.- >n un !aboratorio se ace un e'erimento en e! que una corriente de 1


27/70

"

=

x

=" r"-

v

*!

r"-v$ =

r1 , C = 58,8.10-%3#

"cp " = 4,211 ((gBC

= 281.10-63seg# 2 r" = 1,5

= K C = 0,0058 L = 281.10-6 x 225',8 !'58 - 0,5'8)

!4,

211

!106 - 100$$% = 104,'

(@

58,8.10-%3# 225 x 1,51 , x 0,0058 # 2

C+#+ e" va"+r enc+nrad+ es #en+r /ue e" c+rresp+ndienea" pic+ de ca"+r 104,' !(@#2$ H 1520, !(@#2$, e" #+de-


28/70

"+ ad+pad+ para "a eu""ici>n nuc"eada es c+rrec+.$ " susiuir "a p"aca de acer+ in+xida"e p+r +ra p"aca de c+re a "a #is#a e#peraura, "as pr+piedades de" agua n+se #+difican, per+ s7 e" va"+r de C de" c+nac+ p"aca-agua. n c+nsecuencia se puede p+ner< Cacer+ in+x. % < 0,0058 (@ (@C+re =

!$CC+re

cer+ in+x.= ! 0,01%$ x 104,'

#2

= ',%2#2

en "a /ue e" va"+r de CC+re = 0,01%

V.2.- Dna 'ared vertica! de 0, m de a!tura que se encuentra a una tem'eratura de n ui"izada.

problemasconveccion

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