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Ejercicios resultos transporte de calor

"Fenómenos de transporte se refiere al estudio sistemático y unificado de la transferencia de cantidad de movimiento, energía y materia."

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OPERACIONES UNITARIAS I
Guía de ejercicios resueltos Nº 4, clase 12.05.2012
1.- Una cara de una placa de cobre de 3 cm de espesor se mantiene a 400 ºC y la otra se mantiene a
100 ºC ¿Qué cantidad de calor se transfiere a través de la placa?. Conductividad térmica del cobre a
250ºC es de 370 W/m ºC.
OPERACIONES UNITARIAS I
2.- La pared de un horno industrial se construye con ladrillo de arcilla refractaria de 0,15 m de espesor
que tiene una conductividad térmica de 1,7 W/ m·K. Mediciones realizadas durante la operación en
estado estable revelan temperaturas de 1400 y 1150 K en las superficies interna y externa,
respectivamente. ¿Cuál es la velocidad de perdida de calor a través de una pared que tiene 0,5 m por
3 m de lado?
3.- Dos cuartos comparten una pared de ladrillos de 12 cm de grosor, pero están perfectamente
aislados en las demás paredes. Cada cuarto es un cubo de 4,0 m de arista. Si el aire de uno de los
cuartos está a 10 ºC y el otro a 30 ºC. ¿Cuántos focos de 100 W se necesitarán tener encendidas en el
cuarto más caliente para mantener la misma diferencia de temperatura? Coeficiente de conductividad
térmica del ladrillo k = 1,0 W/(m K).
OPERACIONES UNITARIAS I
4.- Una pared plana de un horno está construida con una capa de ladrillo Silo-cel de 4,5 in., cuya
conductividad térmica es de 0,08 Btu/ft·h· ºF, y que está recubierta exteriormente por una capa de
ladrillo común de 9 in., de conductividad térmica 0,8 Btu/ft·h·ºF. La temperatura de la cara interna de la
pared es de 1400 ºF, y la de la cara externa es de 170 ºF. A) ¿Cuál es la perdida de calor a través de
la pared? B) ¿Cuál es la temperatura de la interface entre el ladrillo refractario y el ladrillo común? C)
Suponiendo que el contacto entre las paredes de ladrillo es deficiente y que existe una “resistencia de
contacto” de 0,5 ºF·h·ft2
/ Btu, ¿Cuál será la pérdida de calor?
OPERACIONES UNITARIAS I
5.- Una pared exterior de una casa se puede aproximar por una capa de 10,16 cm de ladrillo corriente
(k= 0,7 W/m ºC), seguida de una capa de 3,81 cm de yeso (k= 0,48 W/mºC) ¿Qué espesor de aislante
de lana de roca (k= 0,065 W/ m ºC) debería añadirse para reducir en un 80 % la perdida de calor (o la
ganancia) a través de la pared?
OPERACIONES UNITARIAS I
6.- Un tubo de paredes gruesas de acero inoxidable (18% Cr, 8% Ni, k=19W/mºC) de 2 cm de diámetro
interior (DI) y 4 cm de diámetro exterior (DE), se cubre con una capa de de 3 cm de aislante de
asbesto (k=0,2 W/mºC). Si la temperatura de la pared interna del conducto se mantiene a 600 ºC,
calcúlese la perdida de calor por metro de longitud. Calcúlese también la temperatura de interfaz tubo-
aislante. T exterior 100 ºC.
OPERACIONES UNITARIAS I
7.- 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 calor 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.

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Ejercicios resultos transporte de calor

  • 1. OPERACIONES UNITARIAS I Guía de ejercicios resueltos Nº 4, clase 12.05.2012 1.- Una cara de una placa de cobre de 3 cm de espesor se mantiene a 400 ºC y la otra se mantiene a 100 ºC ¿Qué cantidad de calor se transfiere a través de la placa?. Conductividad térmica del cobre a 250ºC es de 370 W/m ºC.
  • 2. OPERACIONES UNITARIAS I 2.- La pared de un horno industrial se construye con ladrillo de arcilla refractaria de 0,15 m de espesor que tiene una conductividad térmica de 1,7 W/ m·K. Mediciones realizadas durante la operación en estado estable revelan temperaturas de 1400 y 1150 K en las superficies interna y externa, respectivamente. ¿Cuál es la velocidad de perdida de calor a través de una pared que tiene 0,5 m por 3 m de lado? 3.- Dos cuartos comparten una pared de ladrillos de 12 cm de grosor, pero están perfectamente aislados en las demás paredes. Cada cuarto es un cubo de 4,0 m de arista. Si el aire de uno de los cuartos está a 10 ºC y el otro a 30 ºC. ¿Cuántos focos de 100 W se necesitarán tener encendidas en el cuarto más caliente para mantener la misma diferencia de temperatura? Coeficiente de conductividad térmica del ladrillo k = 1,0 W/(m K).
  • 3. OPERACIONES UNITARIAS I 4.- Una pared plana de un horno está construida con una capa de ladrillo Silo-cel de 4,5 in., cuya conductividad térmica es de 0,08 Btu/ft·h· ºF, y que está recubierta exteriormente por una capa de ladrillo común de 9 in., de conductividad térmica 0,8 Btu/ft·h·ºF. La temperatura de la cara interna de la pared es de 1400 ºF, y la de la cara externa es de 170 ºF. A) ¿Cuál es la perdida de calor a través de la pared? B) ¿Cuál es la temperatura de la interface entre el ladrillo refractario y el ladrillo común? C) Suponiendo que el contacto entre las paredes de ladrillo es deficiente y que existe una “resistencia de contacto” de 0,5 ºF·h·ft2 / Btu, ¿Cuál será la pérdida de calor?
  • 4. OPERACIONES UNITARIAS I 5.- Una pared exterior de una casa se puede aproximar por una capa de 10,16 cm de ladrillo corriente (k= 0,7 W/m ºC), seguida de una capa de 3,81 cm de yeso (k= 0,48 W/mºC) ¿Qué espesor de aislante de lana de roca (k= 0,065 W/ m ºC) debería añadirse para reducir en un 80 % la perdida de calor (o la ganancia) a través de la pared?
  • 5. OPERACIONES UNITARIAS I 6.- Un tubo de paredes gruesas de acero inoxidable (18% Cr, 8% Ni, k=19W/mºC) de 2 cm de diámetro interior (DI) y 4 cm de diámetro exterior (DE), se cubre con una capa de de 3 cm de aislante de asbesto (k=0,2 W/mºC). Si la temperatura de la pared interna del conducto se mantiene a 600 ºC, calcúlese la perdida de calor por metro de longitud. Calcúlese también la temperatura de interfaz tubo- aislante. T exterior 100 ºC.
  • 6. OPERACIONES UNITARIAS I 7.- 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 calor 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.