Ejercicios Tranferencia De Calor

1.52 Al analizar el funcionamiento de un sistema térmico el ingeniero debe ser capaz de identificar los procesos de transferencia de calor relevantes. Sólo entonces es posible cuantificar de forma apropiada el comportamiento del sistema. Para los siguientes sistemas, identifique los procesos pertinentes designándolos mediante flechas etiquetadas apropiadamente en un bosquejo del sistema. Contestelas preguntas adicionales que aparecen en el planteamiento del problema.

(a)Identifique los procesos de transferencia de calor que determinan la temperatura de un pavimento de asfalto en un día de verano. Escriba un balance de energía para la superficie del pavimento.

(b) Se sabe que la radiación de microondas es transmitida por plásticos, vidrio y cerámicas, pero es absorbida pormateriales que tienen moléculas polares como el agua. Las moléculas de agua expuestas a la radiación de microondas se alinean e invierten la alineación con la radiación de microondas a frecuencias por arriba de 109 s-1, ocasionando ue se genere calor. Compare el acto de cocinar en un horno de microondas con el de
cocinar en un horno convencional de radiación o en uno de convección. En cada caso, ¿cuál esel mecanismo físico responsable de calentar la comida? ¿Cuál horno tiene la mayor eficiencia de utilización de la energía? ¿Por qué? El calentamiento por microondas se está considerando para el secado de ropa. ¿En que diferiría la operación de una secadora de ropa de microondas de la de una secadora convencional? ¿Cuál es probable
que tenga la mayor eficiencia de utilización de energía y porqué?

(c) Considere una parte de su cuerpo expuesta (por ejemplo, su antebrazo si viste una playera de manga corta) mientras está sentado en una habitación. Identifique todos los procesos de transferencia de calor que ocurren en la superficie de su piel. Para conservar combustible y recursos, la esposa del ingeniero insiste en mantener el termostato de su casa en 15°C (59°F) en los meses deinvierno. El ingeniero es capaz de tolerar esta condición
si la temperatura del aire ambiental exterior está por encima de -10°C (14°F), pero se queja de tener frío si la temperatura ambiente cae muy por abajo de este valor. ¿Está imaginando cosas el ingeniero?

(d) Considere una fuente de luz incandescente que consiste en un filamento de tungsteno encerrado en un bulbo de vidrio lleno de gas.Suponiendo una operación de estado estable con el filamento a una temperatura de aproximadamente 2900 K, elabore una lista de todos los procesos de transferencia de calor pertinentes para (i) el filamento y (ii) el bulbo de vidrio.

(e) Hay considerable interés por desarrollar materiales de construcción con aislamiento de mejor calidad. El desarrollo de tales materiales contribuiría mucho a laconservación de la energía reduciendo los requerimientos de calentamiento espacial. Se sugiere que sería posible obtener calidades estructurales y de aislamiento superiores con el compuesto que se muestra. El material consiste en un panal, con celdas de sección transversal cuadrada, intercaladas entre losas sólidas. Las celdas están llenas de aire, y las losas, así como la matriz del panal, se fabricancon plásticos de baja conductividad térmica. Identifique todos los procesos de transferencia de calor pertinentes para el funcionamiento del compuesto. Sugiera formas en las que sería posible mejorar
este funcionamiento.

(f) Se usa la unión de un termopar para medir la temperatura de un chorro de gas caliente, que fluye a través de un canal, insertando la unión en el chorro de gas. Lasuperficie del canal se enfría de modo que su temperatura está por debajo de la del gas. Identifique los procesos de transferencia de calor asociados con la superficie de la unión. ¿La unión percibirá una temperatura menor, igual o mayor que la del gas? Una coraza de radiación
es un tubo pequeño de extremos abiertos que encierra la unión del termopar, pero que permite el paso del gas. ¿Cómo mejora el...