TALLER No. 1

1. Una plancha de acero de espesor L con una conductividad térmica K es sometida a un flujo de calor uniforme y constante q0 (W/m²) en la superficie límite a X=0. En la otra superficie límite X=L, el calor es disipado por convección hacia un fluido con temperatura T∞ y con un coeficiente de transferencia de calor h. Calcular las temperaturas superficiales T1 y T2.

2. Un cilindro hueco con radio interior r = a y radio exterior r = b es calentado en la superficie interior a una velocidad q0 (W/m²) y disipa calor por convección desde la superficie exterior hacia un fluido a una temperatura T∞ con un coeficiente de transferencia de calor h. La conductividad térmica es constante. Calcular las temperaturas T1 y T2 correspondientes a las superficies interior y exterior, respectivamente.

3. 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 °F y 80 °F en el exterior. La conductividad térmica del acero inoxidable 304 depende de la temperatura: K = 7,75 + 7,78 X 10 -3 T, donde K está en BTU/hr-pie-°F y T en °F. Calcúlese la extracción de calor en BTU/s y Watts.

4. Se desea construir un almacén refrigerado con una capa interna de 20 mm de madera de pino, una capa intermedia de corcho prensado y una capa externa de 52 mm de concreto. La temperatura de la pared interior es - 18°C y la de la superficie exterior, 30°C en el concreto. Las conductividades promedio 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 50 m² (omitiendo las esquinas y los efectos de los extremos). ¿Qué espesor de corcho prensado se necesita para mantener la pérdida de calor en 550 W?

5. ¿Qué cantidad de aislante de fibra de vidrio (K=0,02 BTU/hr-pie-°F) es necesaria para garantizar que la temperatura exterior de un horno de cocina no excederá de 120 °F? La temperatura máxima del horno que será mantenida por el control termostático de tipo convencional es de 550 °F, la temperatura del ambiente de la cocina puede variar de 60 a 90 °F y el coeficiente promedio de transferencia de calor entre la superficie del horno y la cocina es de 2,5 BTU/hr-pie²-°F.

6. Un gas a 450 °K fluye en el interior de una tubería de acero, número de lista 40 (K = 45 W/m-K), de 2,5 pulg. de diámetro. La tubería está aislada con 60 mm de un revestimiento que tiene un valor medio de K = 0,0623 W/m-K. El coeficiente convectivo de transferencia de calor del gas en el interior de la tubería es 40 W/m²-K y el coeficiente convectivo en el interior del revestimiento es 10. La temperatura del aire es 320 °K.

7. En el interior de una tubería de acero (K = 45 W/m-K) de 2,0 pulg. de diámetro, fluye agua a temperatura promedio de 70°F, mientras en el exterior se condensa vapor de agua a 220 °F. El coeficiente convectivo del agua en el interior de la tubería es h = 500 BTU/hr-pie²-°F y el coeficiente del condensado de vapor en el exterior es h = 1600 W/m²-K. Calcúlese la pérdida de calor por unidad de longitud en pies.

8. Para la pared compuesta representada en la figura adjunta, asumiendo una transferencia de calor unidireccional y sabiendo que: Area A = 1 pie², Area B = Area E, Area C = AreaD= AreaE/ 2, KA = 100 BTU/hr - pie - °F; KB = 20 BTU/hr - pie - °F; KC = 60 BTU/hr - pie - °F; KD = 40 BTU/hr - pie - °F; KE = 80 BTU/hr - pie - °F; KF = 100 BTU/hr - pie - °F. a) Encontrar el flujo de calor, b) Encontrar la temperatura en la interfase de las paredes C y D.