Gerencia De Recursos Humanos

Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Química

Fenómenos de transporte

Problema No.4 “Habitación calentada por medio de resistencias eléctricas”
Integrantes: Agnezska Batres Moncada Jordano Rosales Flores Eder Michell Molina

• Un habitación (área de piso 3x7m y altura 3.5m) cuyas paredes y techo están forradas con madera, se mantiene caliente durante el invierno por mediode cinco resistencias eléctricas que lo atraviesan a lo largo y están colocados equidistantes entre si y los extremos del local. Gracias a este sistema de calefacción el aire y las paredes de la habitación se mantienen a 24⁰C, y el piso (en su parte superior) a 30C. • El piso esta conformado por una capa de 15cm de material de relleno con conductividad térmica 10.7W/m.K. Las resistencias de 2.5 cmde diámetro extremo se mantienen a 270⁰C y están enterradas a 3 cm de la superficie. • Adicionalmente, a 7 cm de profundidad hay enterrados 10 tubos de cobre de 1 ½ pulgadas de diámetro externo que atraviesan la habitación a lo ancho y están colocados equidistantes entre si y los extremos del local. A cada tubo entran 0.015kg/s de agua a 15⁰C y salen a 69⁰C. Dada la alta conductividad del cobre yque la tubería es de 2mm de grosor se puede considerar que tiene la misma temperatura que la del material de relleno del piso con que esta en contacto. También se puede asumir que en toda la superficie de contacto con el agua el cobre tiene una sola temperatura.

De donde a donde se transfiere la Energía?
Techo Aire Paredes Agua Tuberías de Cobre

Material de Relleno

Resistencias

• 1.Describatodos los mecanismos de transferencia de calor involucrados en cada parte de este sistema, indicando de donde a donde se transfiere el calor.

– Transferencia de calor por conducción de la resistencia térmica a través del material de relleno – Transferencia de calor por conducción del material de relleno a través de los tubos de cobre. – Transferencia de calor por convección forzada de los tubosde cobre al agua. – Transferencia de calor por conducción del material de relleno a través de las paredes de madera. – Transferencia de calor de las paredes de madera a través del techo. – Transferencia de calor por convección natural del piso hacia el aire dentro de la habitación. – Transferencia de calor por convección natural del aire hacia la parte inferior del techo y a las caras internas delas paredes de madera. – Transferencia de calor por radiación del piso al techo. – Transferencia de calor por radiación del piso a las paredes. – Transferencia de calor con convección y Radiación de la habitación hacia el medio ambiente

2.¿Cuánta energía es transferida desde las
resistencias hacia la parte superior del piso?
• debido a que la conducción no se transfiere por una geometría comouna pared plana no podemos utilizar la formula de conducción normal.

• debemos utilizar la siguiente ecuación , y debemos utilizar un factor de forma, para nuestro ejercicio el factor de forma que utilizaremos será restricciones: L>>D,z y w>1.5D

Pagina 171 del Cengel 2da Edición Tabla A-3

Datos

Q=Sk(T1-T2)

3.¿Determine el coeficiente convectivo de transferencia de calor del aire y lacantidad de energía transferida del piso hacia el aire?

• ley de enfriamiento de Newton.
• primero debemos determinar el coeficiente convectivo apoyándonos con el número de Nusselt
Pagina 511 del Cengel 3era Edición

• Grashof Pagina 465 del Cengel 2da Edición
Grashof Pagina 465 del Cengel 2da Edición

Siendo β el coeficiente de expansión térmica, que se determina de la siguiente forma

Pagina 509 delCengel 3era Edición

Datos
Datos de pagina 860 del Cengel 3era Edición a 25⁰C y del EES

Tabla A-9, pagina 468 del Cengel 2da Edición

4.¿Cuanta energía estaría transfiriendo por
radiación del piso hacia las paredes y el techo de la habitación?
• Para determinar la transferencia de calor que existe por radiación del piso a las paredes y del piso al techo, es necesario aplicar la Ley de...