Transferencia De Calor

Universidad veracruzana |
Problemario |
Conduccion-Conveccion Multiplaca |
Ing.: Oscar Fernando Silva Aguilar |
Gabriela del Carmen Alberto López
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Facultad de Ingeniería
Facultad de Ingeniería
S10014298Coatzacoalcos Ver., a 5 de Marzo del 2013 |

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1.- Una pared compuesta de tres placas, una de Aluminio de 0.5 cm de espesor, una lámina de Asbesto de 0.25 cm de espesor yuna capa de Lana Mineral de 2 cm de espesor, la lámina de Asbesto es la del centro. La superficie externa de Aluminio está a Te=400 °C y la superficie externa de la Lana Mineral esa a Te=50°C. Si las conductividades térmicas son: k(Al)= 249 W/m°K, k (Asb)= 0.166 W/m°K y k (Lm)= 0.0548 W/m°K.
a) Determine el flujo de calor por unidad de área,
b) Si la pared se construye solo con láminas deAsbesto y la capa de Lana Mineral, conservando las temperaturas externas. ¿Cuál es el Flujo de calor?
Sol.: a) q= 920.95 W/m² b) q= 920.99 W/m²
Datos:
Aluminio: Asbesto: Lana Mineral:
L(Al)=0.05cm=0.005m L (Asb)=0.25cm=0.0025m L (Lm)=2cm=0.02m
K (Al) = 249 W/m°K* k (Asb) = 0.166 W/m°K k (Lm) = 0.0548 W/m°K
Te(Al) = T1= 400°CTe (Lm) = T2= 50°C

Formulas:

a)
q=T1- T2L(Al)k(Al)+L(Asb)k(Asb)+L(Lm)k(Lm)
Al
Al
Lm
Lm
Asb
Asb

T1
T1
T2
T2

0.25cm
0.25cm
2 cm
2 cm
0.5cm
0.5cm

q
q

q=400- 50℃0.005m249 Wm℃+0.0025m0.166 Wm℃+0.02m0.0548 Wm℃

q=350℃0.38004m2℃W

q=920.95Wm2

* Como en este caso el valor de la diferencia de temperaturas da igual para ºC que para ºK se puede reemplazar esta unidadpara poder llegar a las unidades finales.
* Como en este caso el valor de la diferencia de temperaturas da igual para ºC que para ºK se puede reemplazar esta unidad para poder llegar a las unidades finales.

b)
q=T1- T2L(Asb)k(Asb)+L(Lm)k(Lm)

Lm
Lm
Asb
Asb

T1
T1
T2
T2

0.25cm
0.25cm
2 cm
2 cm

q
q

q=400- 50℃0.0025m0.166 Wm℃+0.02m0.0548 Wm℃

q=350℃0.38002m2℃W

q=921Wm2

2.- Calcular a) el flujo calorífico a través de 1 m2 de superficie plana de una caldera y las temperaturas b) T1, c) T1-2, d) T2-3 y e) T3 en las capas respectivas de pared. Si la temperatura de los gases de combustión es de Tgas =1000 °C y la temperatura de agua hirviente es de Tagua= 200 °C, el coeficiente de convección de los gases es de h1 = 100 W/m2 °C y de lapared al agua hirviente es de h2 = 5000 W/m2 °C. En la superficie de pared de lado gases, se formó una capa de hollín de 1 mm de espesor, y en la superficie lado agua una incrustación de sales de 2 mm de espesor. Los coeficientes de conductividad térmica de la pared son de Placa= 50 W/m °C, khollín= 0.08 W/m °C y Kincr.= 0.8 W/m °C y el espesor de la pared es de 12 cm.Sol.: a) q = 31500 W/m2 b)T1= 685 °C, c) T1-2 =291 °C d)T2-3 =283 °C e)T3=206 °C

Datos:
A= 1m2
Tgas= 1000°C h1 = 100 W/m2 °C
Tagua= 200°C h2 = 5000 W/m2 °C
Placa= 50 W/m °C Placa= 12mm= 0.012m
Khollin= 0.08 W/m °C Lhollin= 1mm= 0.001m
Kincr. = 0.8 W/m °C Lincr= 2mm= 0.002m

Tagua h2

Tagua h2

incr

incr

1mm
1mm

Placa

Placa

12mm
12mmHollín

Hollín

2mm
2mm

Tgas h1

Tgas h1

Formulas:
q=Tgas- Tagua1h1+Lincrkincr+Lplacakplaca+Lhollinkhollin+1h2

T1= Tgas-qh1

T1-2=Tgas-q1h1+Lhollinkhollin

T2-3=Tgas-q1h1+Lhollinkhollin+Lplacakplaca

T3= Tagua+qh2

q=1000- 200℃1100Wm2℃+0.002m0.8 Wm °C+0.012m50 Wm °C+0.001m0.08 Wm °C+15000Wm2℃

q=800℃0.02544 m2℃W

q=31446.5Wm2
q=31446.5Wm2

T1=1000℃-31446.5Wm2100Wm2℃
T1=1000-314.46℃=685.53℃
T1=1000-314.46℃=685.53℃



T1-2=1000℃-31446.5Wm21100Wm2℃+0.001m0.08 Wm °C

T1-2=1000-707.54℃=292.45℃
T1-2=1000-707.54℃=292.45℃

T2-3=1000℃-31446.5Wm21100Wm2℃+0.001m0.08 Wm °C+0.012m50 Wm °C

T2-3=1000-715.09℃=284.9℃
T2-3=1000-715.09℃=284.9℃

T3= 200℃+31446.5Wm25000Wm2℃

T2-3=200+6.2893℃=206.28℃
T2-3=200+6.2893℃=206.28℃

3.- Una pared está...