Conveccion enunciados
ProazinExamen30 de Noviembre de 2020
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[pic 1][pic 2][pic 3]
Ejercicios Propuestos de CONVECCIÓN
Ejercicio 1
Se precisa que la temperatura periférica superficial de elemento cilíndrico de diámetro 0,05 m y longitud 0,2 m, y que contiene en su interior un componente electrónico, no supere los 67ºC. Si el cilindro se considera aislado por sus bases y está en un ambiente a 27 ºC, se pide calcular potencia disipada para los casos siguientes:
- El movimiento del aire no se fuerza introduciendo un ventilador y el cilindro está dispuesto verticalmente.
- El movimiento del aire no se fuerza introduciendo un ventilador y el cilindro está dispuesto horizontalmente.
- El movimiento del aire se fuerza a una velocidad de 0,7 m/s introduciendo un ventilador y el cilindro está dispuesto horizontalmente (flujo perpendicular al eje del cilíndro).
Sol.:
a) Q& = 6,4W
b) Q& = 7,06 W
c) Q& = 15,4 W
Ejercicio 2(*)
Un cambiador de calor está formado por 2 tuberías concéntricas de acero, 1% de carbono, de diámetros interiores 48 y 80 mm y espesores de 8 mm. Por un extremo de la interior se introduce agua fría a 0ºC y a una velocidad de 10 km/h; por el extremo opuesto, y por el espacio anular, entra agua caliente a 40ºC a una velocidad de 5 km/h, saliendo a 2ºC. Calcúlese:
- Flujo de calor intercambiado.
- Temperatura de salida del agua fría.
- Coeficiente global de transmisión.
- Longitud del cambiador.
DATOS:
- No existen pérdidas de calor hacia el exterior
- Conductividad térmica de las tuberías: k= 37 kcal/h m ºC
- Propiedades del agua líquida saturada en la siguiente tabla:
T (ºC) | ρ (kg/m3) | μ (kg/m h) | k (kcal/h m ºC) | cp(kcal/kg ºC) | Pr |
0 | 999,8 | 6,45 | 0,487 | 1,009 | 13,37 |
4,44 | 999,8 | 5,59 | 0,495 | 1,005 | 11,36 |
10 | 999,2 | 4,72 | 0,504 | 1,002 | 9,41 |
15,5 | 998,5 | 4,04 | 0,513 | 1 | 7,88 |
21,1 | 997,4 | 3,53 | 0,520 | 0,998 | 6,78 |
26,7 | 995,8 | 3,10 | 0,529 | 0,998 | 5,85 |
32,2 | 994,9 | 2,76 | 0,536 | 0,997 | 5,13 |
37,8 | 992,9 | 2,46 | 0,542 | 0,997 | 4,52 |
43,3 | 990,5 | 2,22 | 0,548 | 0,997 | 4,04 |
Sol.:
UsandoDittus & Boelter en ambos tubos: a) Q& = 342236 kcal
h[pic 4]
- Ts = 18,9 º C
c) U = 1386,8
kcal
[pic 5]
hm2 oC
d) L=151,4 m
Ejercicio 3(*)
En una instalación de calefacción de un cierto edificio una tubería de cobre, de dimensiones 51/46, debe atravesar un local sin calefactar cuya temperatura media se estima en 10°C. Sabiendo que la tubería transporta 2,42 kg/s de agua caliente a la temperatura media de 80°C, determínese:
- Pérdidas de calor experimentadas por el tubo desnudo.
- Pérdidas de calor si el tubo se aísla con 2 cm de espesor de un aislante cuya conductividad térmica es 0,033 W/m K.
DATOS:
- Conductividad térmica del cobre: 372 W/m K.
- Propiedades del agua a 80°C y 3 bar
ρ= 972 kg/m3 ; k= 0,669 W/m K ; cw= 4,195 kJ/kg K ;
μ= 3,556 x 10-4 kg/m s
- Propiedades del aire a la presión atmosférica
T (°C) | ρ (kg/m3) | μ 104 (kg/m s) | k 102 (W/m K) | Pr |
10 | 1,206 | 0,1785 | 2,44 | 0,713 |
20 | 1,164 | 0,1824 | 2,51 | 0,711 |
30 | 1,127 | 0,1868 | 2,58 | 0,709 |
40 | 1,092 | 0,1912 | 2,65 | 0,706 |
50 | 1,057 | 0,1915 | 2,72 | 0,703 |
60 | 1,025 | 0,1991 | 2,79 | 0,700 |
70 | 0,996 | 0,2040 | 2,86 | 0,698 |
80 | 0,968 | 0,2079 | 2,93 | 0,696 |
Sol.:
Usando Dittus & Boelter en el interior y McAdams en el exterior:
a) Q& = 88,5 W[pic 6]
m
b) Q& = 19,9 W[pic 7]
m
Ejercicio 4
En un día de invierno el viento sopla a una velocidad de 8 m/s sobre una cabaña de
techo cuadrado plano de 5 m2. Si la temperatura ambiente es de 273 K y la temperatura en la superficie es de 283 K, estime el coeficiente promedio de transferencia de calor. Si el viento deja de soplar y se mantiene la misma temperatura en superficie que en el caso anterior, estime también el coeficiente de transferencia de calor promedio.
En un día de verano no sopla viento. Si la temperatura ambiente es de 295 K y la temperatura en la superficie es de 315 K estime el coeficiente promedio de transferencia de calor. Si al techo llega procedente del exterior una radiación incidente de 400 W/m2 y se tiene en cuanta que además el techo se comporta como un cuerpo gris de emisividad 0,7 y el ambiente se comporta como un cuerpo negro, calcular la potencia transmitida considerando la radiación incidente y el intercambio neto por radiación entre el techo y el ambiente.
Sol.:
hconv
Invierno: convención forzada
= 3,74W / m2K
hconv
= 23,25W / m2K
y convención natural
Verano: convención natural hconv
= 4,57W / m2K ; potencia
Q&trans
= 1091,8 W
Ejercicio 5
Por el interior de los tubos de un cambiador de calor (di=10 mm, L=1.2 m) circula un fluido una temperatura media de la masa de 300 K con una velocidad de 1.8 m/s, mientras que en el exterior de los mismos se condensa vapor de agua a 340K. Determinar el error relativo que se cometería en el cálculo del coeficiente medio de transferencia de calor en el interior de los tubos si no se consideraran los efectos de entrada, si el fluido es:
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