Tratamiento

´ 1.1. PROBLEMAS DE CONVECCION

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Convecci´n o
1.1. Problemas de convecci´n o

Problema 1 Una placa cuadrada de 0,1 m de lado se sumerge en un flujo uniforme de aire a presi´n de 1 bar y 20◦ C con una velocidad de 1,5 m/s. La superficie de la placa o tiene una temperatura uniforme de 100◦ C. Determinar: a) El coeficiente medio de convecci´n. o b) El coeficiente medio de fricci´n superficial. oc) Flujo de calor. Respuesta: a) hc = 15, 2W/(m2 .K); b) Cf = 0, 0148; c) 24,34 W Problema 2 Una placa cuadrada de 2 m de lado se encuentra sumergida en un flujo de aire a presi´n de 1 bar y 30◦ C, con una velocidad de 20 m/s. La placa se mantiene a la o temperatura de 90◦ C. Determinar: a) El coeficiente medio de convecci´n. o b) La longitud cr´ ıtica. Respuesta: a) hc = 41, 5W/(m2 .K); b) xt r =0, 466m Problema 3 Sobre una placa plana fluye aire a una velocidad constante de 10 m/s, en condiciones ambientales de 20◦ C y 1 bar. La placa se calienta a una temperatura constante de 74◦ C, comenzando a una distancia de 7,5 cm del borde. Calcular el flujo de calor a partir del borde hasta una distancia de 30 cm del mismo. (Reynolds de transici´n: 2105) o Respuesta: q = 710W/m2

67.31 –Transferencia de Calor y Masa Problema 4 Aceite para transformadores fluye por el interior de un tubo de di´metro d = 8 a mm y longitud L = 1 m a una velocidad de 0.8 m/s. Si la temperatura media del aceite a lo largo del tubo es de 80◦ C, la temperatura de la pared del tubo es de 20◦ C, y suponiendo flujo desarrollado, calcular: a) El coeficiente medio de convecci´n. o b) Temperatura de entrada y salidadel aceite. c) Ca´ de presi´n. ıda o Respuesta: a) hc = 168W/(m2 .K); b) Ti = 351, 2K; Ts = 354, 8K; c) ∆p = 1232P a Problema 5 Agua entra a un tubo de 1,25 cm de di´metro interno y 4 m de largo (con extremo a abierto, borde a 90◦ C), a una temperatura de 45◦ C. Se mantiene la temperatura de pared a 65◦ C, y la velocidad del flujo es de 3,5 m/s. Calcular el flujo de calor hacia el agua. Respuesta: Q =34, 2kW Problema 6 Una corriente de Litio l´ ıquido fluye a 5 m/s dentro de un tubo de 1 cm de di´metro a interno. Evaluando las propiedades del Litio a 800 K, calcular el coeficiente de transferencia de calor si: a) La temperatura de pared es uniforme. b) La densidad de flujo de calor por la pared es uniforme. Respuesta: a) hc = 61150W/(m2 .K); b) hc = 73480W/(m2 .K) Problema 7 Amon´ ıaco l´ ıquidofluye en un conducto que tiene una secci´n transversal de un o tri´ngulo equil´tero de 1 cm de lado. La temperatura de masa promedio es de 20◦ C, a a y la temperatura de la pared del conducto es de 50◦ C. Se observa un flujo laminar bien desarrollado con un n´mero de Reynolds de 1000. Calcular el flujo de calor u para un metro de longitud del conducto, despreciando efectos de convecci´n mixta. oRespuesta: Q = 206W 2

Problemas de convecci´n o Problema 8 Agua a raz´n de 100 kg/min y 90◦ C es forzada a circular por un tubo de Cobre o de 5 cm de di´metro interno y 1 mm de espesor. Calcular la p´rdida de calor del a e agua si la longitud de la tuber´ es de 100 m en los siguientes casos (suponer flujo ıa desarrollado): a) Aire a 20◦ C y presi´n 1 bar con una velocidad de 10 m/s atravesandoexteo riormente al tubo con una direcci´n normal al mismo. o b) Idem anterior, pero con el flujo externo formando un ´ngulo de 45◦ C con el a eje del tubo. c) Aire quieto, en las mismas condiciones atmosf´ricas. e Respuesta: a) Q = 62, 71kW ; b) Q = 46, 72kW ; c) Q = 7kW Problema 9 Un cilindro vertical de 1,8 m de altura y 25 cm de di´metro se mantiene a una a ◦ temperatura de 100 C en un ambienteatmosf´rico a 34◦ C. Calcular el flujo de e calor. Respuesta: Q = 440 W Problema 10 Un colector solar de placa plana tiene 1 m por lado y est´ inclinado a un ´ngulo a a de 20◦ C con la horizontal. La superficie caliente a 160◦ C se coloca en un recinto que est´ evacuado a una presi´n de 0,1 bar. Sobre la superficie caliente y paralela a o a ella hay una ventana transparente que permite el paso de la...