Ejercicios combinados convección-conducción

1. Una tubería que conduce vapor a 5 atm y a 120°C cruza un ambiente a 15°C. La tubería es de acero

(k= 38 W/m oK) de 2,5 pulg de diámetro exterior y 1/8 pulg de espesor. Sabiendo que los coeficientes

de convección son hvapor = 10000 W/m2 o

K y el haire= 25 W/m2 o

K. Calcular la pérdida de calor por

metro lineal de tubería y evaluar cuánto se perdería al colocar 5 cm de un aislante de k=0,12 W/m oK.

Resp. Q sin aislación =520,5 W/m Q con aislación = 78,8 W/m

2. Un tanque contiene melaza a 60°C (ho= 90 W/m2 o

K) mediante un sistema de calefacción

compuesto de un serpentin de 50 m de cobre (k = 186 W/m oK) de 1,5 pulg de diámetro exterior y de

1/16 pulg de espesor por el que circula vapor saturado a 120°C (hv = 18000 W/m2 o

K). Después de

varias operaciones se observa que en el exterior del tubo se ha formado de manera uniforme una capa

residual de 1,5 mm de composición indefinida y que ha disminuido en 20% la transferencia de calor

respecto a su valor inicial. Calcule el calor transferido inicialmente y la conductividad de la capa

residual.

Resp. Q= 32109,3 W k = 0,52 W/moK

3. Una habitación se encuentra a una temperatura de 24°C mientras el exterior se encuentra a -5°C.

Las paredes son de ladrillo de 25 cm de espesor (k = 15 W/moK). El propietario desea saber cuánto

será la perdida de calor por metro cuadrado de pared sabiendo que se le coloca una pared de 12 cm de

espesor en paralelo conformada por dos tipos de poliuretano de conductividades 0,21 y 0,16 W/moK

respectivamente. Asumir los coeficientes de convección del aire interior y exterior como 26 W/m2o

K y

38 W/m2o

K respectivamente.

Resp. Q = 71,8 W/m2

4. La ventana delantera de un automóvil está sometido a una temperatura ambiente de -10 ºC y con un

coeficiente h0 de 65 W/m2o

K; se desempaña mediante el paso de aire caliente, sobre su superficie

interna. Si el aire está a 40 ºC con un coeficiente de convección hi = 30 W/m2o

K. Calcular las

temperaturas de las superficies interna y externa de la ventana de vidrio (k= 1,4 W/moK) de 4 mm de

espesor.

Resp. Ti=4,7 ºC Te=7,6ºC

5. A través de un tubo de acero (k = 400 W/moK), de 60 mm de diámetro interior y 75 mm de

diámetro exterior, fluye vapor a una temperatura de 250°C. El coeficiente de convección entre el vapor

y la superficie interna del tubo es 500 W/m2o

K, mientras que entre la superficie externa del tubo y los

alrededores es 25 W/m2o

K. La temperatura del aire y los alrededores es 20°C. ¿Cuál es el % de pérdida

de calor por unidad de longitud de tubo si se le coloca 5 cm de un aislante de conductividad térmica

0,09 W/moK?

Resp. 99,3%