Problemario Calor y Masa

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Fundamentos de Transferencia de Calor y Masa

Problemario Primer Parcial

Ana Karen Hernández Pérez

1. Se coloca una superficie negra en un recipiente vacío tal que absorbe la energía solar radiante que incide sobre la misma, a razón de 950 W/m2. Si la superficie no conduce calor a sus alrededores, determine su temperatura de equilibrio.

Datos:                        Fórmula:                Sustitución y resultado:

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1. Se coloca una pieza de aluminio en una jarra al vacío. La energía radiante que incide del sol es 300 BTU/h pie2. El aluminio absorbe 10% de la energía solar incidente. Si, en el estado estacionario, el 50% de la energía que se absorbe se conduce a los alrededores y el 50% se irradia al espacio, estime la temperatura del aluminio si su emisividad es de 0.05.

Datos:                        Fórmula:                Sustitución y resultado:

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1. Una placa de metal se encuentra sobre una avenida y recibe 950 W/m2 de energía radiante que incide del sol. La placa absorbe el 80% de la energía solar incidente y tienen una emisividad de 0.05. Considere que la superficie inferior esta térmicamente aislada de la superficie de la avenida. Si la temperatura del aire es de 20°C y el coeficiente de convección natural de transferencia de calor entre la superficie de la placa y el aire que la rodea es de 10 W/m2K, estime la temperatura de la placa.

Suposiciones:

• No hay transferencia de calor por la superficie inferior
• La pérdida de calor por convección es igual a la energía solar absorbida por la placa, más la irradiada al espacio.
• Estado estacionario.

Datos:                                Fórmula:

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Sustitución y resultado:

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Para la :[pic 30][pic 31][pic 32]

Para la :[pic 33][pic 34][pic 35]

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Desarrollando la resolución del polinomio con un método numérico en Excel:

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1. Considere una pared con forros de pino de ½ pulgada de espesor en ambos lados. Las temperaturas de las superficies interior y exterior son de 70°F y 10°F respectivamente. ¿Qué cantidad de aislante de fibra de vidrio (k= 0.025 Btu/h pie2°F) se requiere entre los forros para limitar la pérdida de calor de una sección de la pared que mide 10 pies por 10 pies a 500 Btu/h?

Suposiciones

• La conducción de calor es unidireccional
• Se encuentra en condiciones de estado estacionario
• Se mantiene una conductividad constante

Datos                                                Fórmula

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Sustitución y resultado

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Despejando :[pic 54]

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1. Un flexómetro de calor comercial usa uniones termoacopladas para mediar la diferencia de temperatura a través de una malla delgada de vermiculita (k= 0.059 W/mK) que tiene 5x10-4 cm de espesor. ¿Cuál es el flujo de calor cuando la diferencia de temperatura es de 3°C?

Datos:                                Fórmula:                Sustitución y resultado:

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1. Un ladrillo refractario tiene una conductividad térmica que varía con la temperatura de acuerdo con la ecuación: 𝑘=0.1+5𝑥10−5𝑇[=], este ladrillo se usará para aislar un horno con una pared de 10 cm de espesor. La temperatura exterior del aislante deberá ser de 40°C y la interior de 800°C. Calcule el flujo de calor.[pic 66]

Suposiciones

• El sistema está en estado estacionario.
• Se trata de un flujo unidireccional.
• La convección interna y externa se desprecia.
• El área es igual a A=1 m2.

Datos:                                Fórmula:                Sustitución y resultado:

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1. Una tubería cédula 40 de 2 pulgadas de diámetro, que transporta vapor sobrecalentado, está aislada con 1.25 pulgadas de un aislante hecho a base de tierra de diatomáceas k=0.0862 kcal/h m°C. En una prueba, la temperatura ambiente fue de 480°C y la temperatura de la superficie de 30°C. Calcule:

1. Las pérdidas por calor por metro de tubería
2. La temperatura en la interfase entre las dos capas de aislante
3. El coeficiente h en la superficie en kcal/hm2°C

Datos

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