“La verdadera libertad consiste en el dominio de sí mismo”

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARÍA

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

TERCER EXAMEN  DE TRANSFERNCIA DE CALOR Y MASA       2009-07-11

Tiempo : 1 hora 10 MIN , SIN ELEMNTOS DE CONSULTA  Puntaje  0-12 Ptos 0-2 IO+ 0-3 Trabajo+0-2 PD+0-1 AP-video Crítico

“La verdadera libertad consiste en el dominio de sí mismo”  Montaigne

1.- En una turbina de gas de una planta de energía, se utiliza un regenerador de Contraflujo para precalentar aire antes de que entre a la cámara de combustión. El aire sale del compresor a una temperatura de 350ºC, los gases de escape salen de la turbina a 700ºC, las velocidades de flujo másico del aire y gas son de 5 kg/s. Considere el Cp del aire y el gas igual a 1.05 KJ/kgºK. Determine el área necesaria para transferencia de calor en función de la eficiencia del regenerador, si el coeficiente de transferencia total es de 75 W/m2K.  (5 Ptos)

2.- Un secador solar como el mostrado en la figura, se usa para calentar aire y con él secar orégano en la cámara de secado. Las dimensiones son: ancho 60 cm, espesor total despreciando el espesor de plancha negra (absorvedor) 20 mm y longitud 1 m. La radiación solar que llega es G= 600 W/m2. De esta radiación una parte es absorbida por el vidrio cobertor y lo disipa por convección,  otra parte es reflejada por el vidrio (considere absortividad α= 0.05 y reflectividad ρ= 0.1), el resto se transmite por el cobertor, siendo absorbido por la placa negra (placa absorvente), donde por convección se disipa a ambos lados hacia el aire a calentar. El resto de los lados está totalmente aislado como se muestra en la figura. El área total de la placa negra es 25% más que el área expuesta o del vidrio cobertor, la misma que se ha corrugado como se muestra, para mejorar la transferencia de calor. La temperatura del aire al ingreso es Tm,i = 20ºC y la velocidad media de 0.8 m/s, se pide:

a) la temperatura del aire a la salida Tm,o en ºC.  (2 Ptos)

b) La temperatura de placa negra a la salida Ts,o en ºC  (2 Ptos)

3.- A qué se llama constante solar? ¿Su valor es?.  (1 Pto)

4.- ¿Qué es un muro trombe?, haga un esquema  (1 Pto)

5.- ¿Cómo se atenúa la radiación solar a medida que pasa por la atmósfera terrestre? (1 Pto)

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARÍA

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

SEGUNDO EXAMEN  DE TRANSFERNCIA DE CALOR Y MASA       2009-05-30

Tiempo : 1 hora 30 MIN , SIN ELEMNTOS DE CONSULTA  Puntaje  0-10 Ptos 0-4 PC+ 0-3 Trabajo+0-2 PD+0-1 AP-IO

“La verdadera libertad consiste en el dominio de sí mismo”  Montaigne

1.- Aire caliente a presión atmosférica y a 85ºC, para acondicionar una casa, ingresa a un ducto cuadrado sin aislamiento, de 8 m de largo y sección transversal de 0.15mx0.15m, en el interior de una casa. El flujo de aire es de 0.1 m3/s. Considere que el ducto es casi isotérmico a 70ºC. Determine la temperatura de salida del aire y el flujo de calor que cede el ducto para calefacción. (2.5 Ptos)

2.- Agua caliente a 120ºC fluye en un ducto de hierro fundido (k= 52w/mºC) cuyo radio interior es 2 cm y espesor de 0.3 cm. El tubo se debe cubrir con aislamiento adecuado de modo que la temperatura de la superficie exterior de este último  no sobrepase de 30ºC cuando la temperatura ambiente sea de 22 ºC. Si los coeficientes de TC en el interior y el exterior del tubo son hi= 80 y ho= 22 W/m2ºC, respectivamente, determine el espesor del aislamiento de fibra de vidrio (k= 0.0038w/mºC) que es necesario instalar sobre el tubo. (2.5 Ptos)

3.- El flujo de aceite en una chumacera se puede considerar como flujo paralelo entre dos placas isotérmicas grandes, con una en movimiento a la velocidad constante de 15 m/s y la otra estacionaria. Considere un flujo de este tipo con un espaciamiento uniforme de 0.8 mm entre la placas. Las temperaturas de las placas superior e inferior son de 40ºC y 15ºC respectivamente. Mediante la simplificación y la solución de las ecuaciones de continuidad y la de cantidad de movimiento y energía, determine:

a) la temperatura máxima del aceite  (1.5 Ptos)        b) El flujo de calor del aceite hacia cada placa.  (1 Pto)

4.- La tarjeta de un circuito electrónico cuya forma es de una placa plana de 0.3x0.3 m, disipa 15 W. Se pondrá en operación sobre una superficie aislada en posición horizontal, así como a un ángulo de 45º respecto a la horizontal. En ambos casos estará en aire estático a 25ºC. Si el circuito falla por encima de los 60 ºC, determine si las configuraciones propuestas son seguras. (2.5 Ptos)

Ing. Camilo Fernández

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARÍA

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

SEGUNDO EXAMEN  DE TRANSFERNCIA DE CALOR Y MASA       2009-05-30

Tiempo : 1 hora 30 MIN , SIN ELEMNTOS DE CONSULTA  Puntaje  0-10 Ptos 0-4 PC+ 0-3 Trabajo+0-2 PD+0-1 AP-IO

“La verdadera libertad consiste en el dominio de sí mismo”  Montaigne

1.- Aire caliente a presión atmosférica y a 85ºC, para acondicionar una casa, ingresa a un ducto cuadrado sin aislamiento, de 8 m de largo y sección transversal de 0.15mx0.15m, en el interior de una casa. El flujo de aire es de 0.1 m3/s. Considere que el ducto es casi isotérmico a 70ºC. Determine la temperatura de salida del aire y el flujo de calor que cede el ducto para calefacción. (2.5 Ptos)

2.- Agua caliente a 120ºC fluye en un ducto de hierro fundido (k= 52w/mºC) cuyo radio interior es 2 cm y espesor de 0.3 cm. El tubo se debe cubrir con aislamiento adecuado de modo que la temperatura de la superficie exterior de este último  no sobrepase de 30ºC cuando la temperatura ambiente sea de 22 ºC. Si los coeficientes de TC en el interior y el exterior del tubo son hi= 80 y ho= 22 W/m2ºC, respectivamente, determine el espesor del aislamiento de fibra de vidrio (k= 0.0038w/mºC) que es necesario instalar sobre el tubo. (2.5 Ptos)

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