ingeniería civil metalurgica

Problemas de Convección forzada, Conv. natural e Intercambiadores de Calor

1.Un tubo largo de vapor de agua, de 8 cm de diámetro, cuya temperatura superficial externa es de 90°C pasa por alguna zona abierta que no está protegida contra los vientos. Determine la razón de la pérdida de calor del tubo por unidad de longitud, cuando el aire está a 1 atm de presión y a 7°C y el viento sopla através del tubo a una velocidad de 50 km/h.
2. Una bola de acero inoxidable (p = 8055 kg/m3, cp =480 J/kg.ºC) de diámetro D = 15 cm se extrae del horno a una temperatura uniforme de 350°C. A continuación la bola se somete al flujo de aire a una presión de 1 atm y a 30°C, con una velocidad de 6 m/s. Llega el momento en que la temperatura superficial de la bola cae hasta 250°C. Determine el coeficientede transferencia de calor por convección promedio durante este
proceso de enfriamiento y estime cuánto tardará el proceso.
3. Durante una visita a una planta se advierte que una sección'de 12 m de largo de un tubo de vapor de agua de 10 cm de diámetro está por completo expuesta al aire ambiente. Las mediciones de temperatura indican que la temperatura promedio de la superficie exterior del tuboes de 75°C, cuando la temperatura ambiente es de 5°C: También se tienen vientos ligeros en la zona a 10 km/h. Se estima que la temperatura promedio de las superficies que lo rodean, incluyendo el cielo, es de O°C. Determine la cantidad de calor perdido por el vapor durante un día de l0 h de trabajo.
4. Se hace un alambre de resistencia eléctrica de 1.5 kW y 12 ft de largo de acero inoxidable (k =8.7 Btu/h.ft.°F) con un diámetro de 0.1 in. El alambre de resistencia opera en un medio a 85°F. Determine la temperatura superficial del alambre si se enfría mediante un ventilador que sopla aire a una velocidad de 20 ft/s.
5. Un componente electrónico cilíndrico de 0.4W con un diámetro de 0.3 cm y una longitud de 1.8 cm y que se encuentra montado sobre un tablero de circuito se enfría por mediode aire que fluye a través de él a una velocidad de 240 m/min. Si la temperatura del aire es de 35°C, determine la temperatura superficial del componente.
6. Un tanque esférico de 1.8 m de diámetro y de espesor despreciable contiene agua con hielo a O°C. Sobre él fluye aire a 25°C con una velocidad de 7 m/s. Determine la razón de la transferencia de calor hacia el tanque y la rapidez a la cualse funde el hielo. El calor de fusión del agua a O°C es de 333.7 kJ/kg.
7. Una botella cilíndrica de 10 cm de diámetro y 30 cm de altura contiene agua fría a 3°C. Se somete a la acción del viento, con una temperatura del aire de 27°C. Después de 45 minutos de enfriamiento se mide la temperatura del agua, la cual es de 11 °C. Si descarta los efectos de la radiación y la transferencia de calor desdelas superficies superior e inferior, estime la velocidad promedio del viento.
8. Agua caliente a 110°C fluye en un tubo de hierro fundido (k = 52 W/m.ºC) cuyo radio interior es de 2.0 cm y espesor de 0.3 cm. El tubo se debe cubrir con aislamiento adecuado de modo que la temperatura de la superficie exterior de este último no sobrepase de 30°C cuando la temperatura ambiente sea de 22°C. Si loscoeficientes de transferencia de calor en el interior y el exterior del tubo son h¡ = 80 W/m2.ºC y ho = 22 W/m2.ºC, respectivamente, determine el espesor del aislamiento de fibra de vidrio (k = 0.038 W/m·ºC) que es necesario instalar sobre el tubo. Respuesta: 1,32 cm
9. Considere un horno cuya temperatura promedio de su superficie expuesta medida es de 90°C, cuando la temperatura promedio del airecircundante es de 27 °C. El horno tiene 6 m de largo y 3 m de diámetro. La planta opera 80h por semana durante 52 semanas al año. El lector debe aislar el horno mediante fibra de vidrio (k = 0.038 W/m. ºC). Se estima que el coeficiente de transferencia de calor combinado sobre la superficie exterior es ha = 30 W/m2.ºC. Determine el espesor que debe usarse del aislamiento. Suponga que la...