Electronica

1.- Un calentador de resistencia eléctrica se encapsula en un cilindro largo de 30 mm de diámetro. Cuando fluye agua con una temperatura de 25ºC y velocidad de 1 m/s cruzando el cilindro, la potencia por unidad de longitud que se requiere para mantener la superficie a una temperatura uniforme de 90ºC es de 28 kW/m. Cuando fluye aire, también a 25ºC, pero con una velocidad de 10 m/s, la potenciapor unidad de longitud que se requiere para mantener la misma temperatura superficial es de 400 W/m. Calcule y compare los coeficientes de convección para los flujos de agua y aire.

2.- Un calentador eléctrico de cartucho tiene forma cilíndrica de longitud L = 200 mm y diámetro exterior D = 20 mm. En condiciones de operación normal el calentador disipa 2 kW, mientras se sumerge en un flujo deagua que está a 20ºC y provee un coeficiente de transferencia de calor por convección de h = 5000 W/m2K. Sin tomar en cuenta la transferencia de calor de los extremos del calentador, determine la temperatura superficial Ts. Si el flujo de agua cesa sin advertirlo mientras el calentador continúa operando, la superficie del calentador se expone al aire que también está a 20ºC, pero para el que h = 50W/m2K. ¿Cuál es la temperatura superficial correspondiente? ¿Cuáles son las consecuencias de tal evento?

3.- Un objeto de 0,5 m2 de área, emisividad 0,8 y 150ºC de temperatura se coloca en una cámara grande al vacío cuyas paredes se mantienen a 25ºC. ¿Cuál es la rapidez a la que la superficie emite radiación? ¿Cuál es la rapidez neta a la que se intercambia radiación entre la superficie y lasparedes de la cámara?

PROBLEMAS

1.1. Si por conducción se transfieren 3 kW a través de un material aislante de 1 m2 de sección recta, 2,5cm de espesor y cuya conductividad térmica puede tomarse igual a 0,2 W/(m “C), calcúlese
la diferencia de temperaturas entre las caras del material.

1.2.-En una capa de fibra de vidrio de 13 cm de espesor se impone una diferencia de temperaturasde 85 “C. La conductividad térmica de la fibra de vidrio es 0,035 W/(m . “C). Calcúlese el calor transferido
a través del material por hora y por unidad de área.

1.3.- Un cono truncado de 30 cm de alto está hecho de aluminio. El diámetro de la superficie superior es 7,5 cm y el de la inferior es 12,5 cm. La superficie inferior se mantiene a 93 “C y la superior a
540°C. La superficie lateralestá aislada. Suponiendo el flujo decalor unidimensional, icuál es el flujo de calor en vatios?

1.4.- Las temperaturas de las caras de una pared plana de 15 cm de espesor son 370 y 93°C. La pared está construida con un vidrio especial que tiene las siguientes propiedades: k = 0,78 W/(m . “C),
p = 2.700 kg/m3, c = 0,84 kJ/(kg . “C). ¿Cuál es el flujo de calor através de la pared :n condicionesestacionarias?

1.5.- Un material super-aislante cuya conductividad térmica es 2 x lo4 W/(m . “C) se utiliza para aislar un depósito de nitrógeno líquido que se mantiene a - 196 “C; para evaporar 1 kg de nitrógeno a esa temperatura se necesitan 199 kJ. Suponiendo que el depósito es una esfera que tiene un diámetro interior (DI) de 0,61 m, estímese la cantidad de nitrógeno evaporado por día paraun espesor
de aislante de 2,5 cm y una temperatura ambiente de 21 “C. Supóngase que la temperatura exterior del aislante es 21 “C.

1.6.- Clasificar los materiales siguientes según a) la respuesta transitoria y b) la conducción estacionaria. Eligiendo el material mejor clasificado, dar los otros materiales según el tanto por ciento respecto a ese: aluminio, cobre, plata, hierro, plomo, acero alcromo (18 % Cr, 8 % Ni), magnesio, ¿Qué se concluye de esta clasificación?

1.7.- Un oleoducto de 50 cm de diámetro transporta, en el Ártico, petróleo a 30 “C y está expuesto a una temperatura ambiente de -20°C. Un aislante especial de polvo de 5 cm de espesor y de conductividad térmica 7 mW/(m . “C) cubre la superficie del oleoducto. El coeficiente de convección en el exterior del oleoducto...