operaciones unitarias

Problemas
4.1-1. Aislamiento en un cuarto frío. Calcule la pérdida de calor por m2 de área superficial en la pared aislante
temporal de un cuarto de almacenamiento en frío, si la temperatura exterior es de 299.9 K Y la
interior de 276.5 K. La pared está formada por 25.4 mm de corcho prensado con un valor de k de
0.0433 W/m • K.
Respuesta: 39.9 W/m2
4.1-2. Determinación de la conductividadtérmica. En la determinación de la conductividad térmica de un
material aislante, la temperatura en ambos lados de una placa plana de 25 mm del material es 318.4 y
303.2 K. El flujo específico de calor es 35.1 W/m2. Calcule la conductividad térmica en btu/h . pie· 0p
yen W/m · K.
4.2-1. Conductividad térmica media en un cilindro. Demuestre que cuando la conductividad térmica varía
linealmentecon la temperatura como en la ecuación (4.1 -11), el valor medio apropiado km que se debe
emplear en las ecuaciones cilíndricas, se obtiene mediante la ecuación (4.2-3) para placas.
4.2-2. Extracción de calor con un serpentín de enfriamiento. Se usa un serpentín de enfriamiento de acero
inoxidable 304 de 1.0 pie de longitud, con diámetro interno de 0.25 pulg y diámetro externo de
0.40 pulg,para extraer calor de un baño. La temperatura en la superficie interior del tubo es de 40 0p
Y de 80 0p en el exterior. La conductividad térmica del acero inoxidable 304 depende de la temperatura.
k = 7.75 + 7.78 x 10-3 T
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Procesos de transporte y principios de procesos de separación
donde k se da en btu/h . pie' °P y Ten 0F. Calcule la extracción de calor en btu/s ywatts.
Respuesta: 1.225 btu/s, 1 292 W
4.2-3. Extracción de calor de un baño. Repita el problema 4.2-2 con un serpentín de enfriamiento de acero
inoxidable 308 que tiene una conductividad térmica promedio de 15.23 W/m . K.
4.2-4. Variación de la conductividad térmica. Un plano de espesor Ax tiene una superficie que se mantiene
a TI y otra a T2. Si la conductividad térmica varía con latemperatura de acuerdo con
k =A + bT+ CT3
donde a, b y e son constantes, deduzca la expresión para el flujo específico de calor monodimensional,
qlA.
4.2-5. Distribución de temperatura en una esfera hueca. Deduzca la ecuación (4.2-14) para conducción de
calor en estado estable en una esfera hueca. También deduzca una ecuación que demuestre que la temperatura
varía hiperbólicamente con el radio r.Respuesta: T - T¡ = ~ (1 _ ~)
T2 - T¡ r2 - r¡ r
4.3-1. Aislamiento necesario para un almacén de alimento refrigerado. Se desea construir un almacén refrigerado
con una capa interna de 19.1 mm de madera de pino, una capa intermedia de corcho prensado y
una capa externa de 50.8 mm de concreto. La temperatura de la pared interior es de - 17.8 oC y la de la
superficie exterior de 29.4 oC en elconcreto. Las conductividades medias son, para el pino, 0.151; para
el corcho, 0.0433; y para el concreto, 0.762 W/m . K. El área superficial total interna que, se debe usar
en los cálculos es aproximadamente 39 m2 (omitiendo los efectos de las esquinas y los extremos).
¿Qué espesor de corcho prensado se necesita para mantener la pérdida de calor en 586 W?
Respuesta: 0.128 m de espesor
4.3-2.Aislamiento de un horno. La pared de un horno de 0.244 m de espesor se construye con un material
que tiene una conductividad térmica de 1.30 W/m . K. La pared estará aislada en el exterior con un
material que tiene una k promedio de 0.346 W 1m . K, de tal manera que las pérdidas de calor en el
horno sean iguales o inferiores a 1830 W/m2. La temperatura de la superficie interior es 1 588 K y lade la externa es 299 K. Calcule el espesor del aislante necesario.
Re'spuesta: 0.179 m
4.3-3. Pérdidas de calor en ventanas dobles "termopane". Las ventanas dobles conocidas comercialmente
como "thermopane" están constituidas por dos capas de vidrio separadas por una capa de aire seco
inmóvil. En una ventana de este tipo, cada una de las placas de vidrio mide 6.35 mm de espesor y están...