Apoyos Calor

Ceneval IQ
2. Operaciones de transferencia de calor
2.1 Aislamiento
2.1.1. Calculo de pérdidas de calor
q
W
= 16.479
2
A
m
5. Calculo de q a través de pared compuesta: Calcule el flujo de calor a
través compuesta que se muestra en la siguiente figura, suponiendo flujo de
calor unidimensional y en estado estable. Incluya la representación del
circuito térmico.
1. Flujo de calor en una pared: calcúlese la pérdida de calor por m2 de área
superficial para la pared aislante de un cuarto de almacenamiento frío,
donde la temperatura exterior es de 299.9 K y la interior de 276.5 K. La pared
esta formada por 25.3 mm de corcho prensado con un valor de k de 0.0433
W/mK.
q
A
= 40.048
W
2
m
2. Flujo de calor en un tubo: un tubo cilíndrico de radio interior de 0.5 cm y
radio exterior de 2 cm se usa como serpentín de enfriamiento en un baño. La
temperatura interior del tubo es de 274.9 K y la temperatura exterior es de
297.1 K. El serpentín debe extraer un total de 14.65 W. ¿Cuál es la longitud
requerida de tubo? La conductividad térmica del material del tubo se
considera constante bajo el rango de temperaturas dada, y tiene un valor de
es de 0.151 W/mK.
L = 0.964 m
3. Flujo de calor a través de aislante: Un material súper-aislante cuya
conductividad térmica es de 2x10-4 W/(m oC) se utiliza para aislar un
depósito de nitrógeno líquido que se mantiene a -196 oC; para evaporar 1 kg
de nitrógeno a esa temperatura se necesitan 199 kJ. Suponiendo que el
depósito es una esfera que tiene un diámetro interior de 0.61 m, estímese la
cantidad de nitrógeno evaporado por día para un espesor de aislante de 2.5
cm y una temperatura exterior del aislante de 21 oC.
masa_nitrógeno = 0.953 kg
4. Flujo de calor a través de una a pared aislada en un cuarto frío: Un
cuarto de almacenamiento refrigerado se construye con una plancha (capa)
interna de 0.5 pulgadas de pino, una plancha intermedia de 4 pulgadas de
corcho prensado y una plancha externa de 3 pulgadas de concreto. La
temperatura superficial de la pared interna es de 255.4 K y la del exterior del
concreto es de 297.1 K. Las conductividades térmicas son: 0.151 W/mK para
el pino, 0.0433 W/mK para el corcho prensado y 0.762 W/mK para el
concreto. Calcúlese la pérdida de calor en W/m2, así como la temperatura de
la interfase entre el corcho y la madera. Incluya la representación del circuito
térmico.
q = 10133.333 W
6. Calculo de q a través de pared con convección: Una pared de ladrillo
(k=0.7 W/moC) de 10 cm de espesor se expone a un viento frío de 270 K
(h=40 W/m2K). El otro lado de la pared también esta expuesto al aire a una
temperatura de 330 K (h=10 W/m2K). Calcule el flujo de calor por unidad de
área. Incluya la representación del circuito térmico.
q
W
= 223 .9 2
A
m
7. Calcule el coeficiente global de transferencia de calor a través de una lamina
rectangular de acero al carbón (k = 45 W/m-K) con un espesor de 1.8 mm.
Los coeficientes convectivos interno y externo son de 25 W/m2-K.
U = 12.49
W
m2 K
2.1.2. Calculo del espesor
8. Calcular grosor de aislante: ¿Cuánto aislante de fibra de vidrio (k= 0.035
W/mK) se requiere para garantizar que la temperatura externa de un horno
de cocina no excederá de 43 oC? La temperatura del horno máxima que mide
el termostato es de 290 oC, y la temperatura ambiente de la cocina puede
variar de 15 ºC a 33 oC, y el coeficiente de transferencia de calor promedio
entre la superficie del horno y la cocina es de h =12 W/m2oC.
9. Una tubería de 5 cm de diámetro transporta vapor a 200 oC, y esta rodeada
por una capa de aislante de asbesto (k=0.17 W/m oC). La tubería se
encuentra en una habitación con una temperatura ambiente de 20 oC, con un
coeficiente de transferencia de calor por convección h = 3 W/m2 oC.
a. Calcule la pérdida de calor por metro lineal de tubería, cuando el
grosor de la capa de aislante produce el radio crítico: r2= rcritico .
q_maximo = 105.739
W
m
b. Calcule la perdida de calor cuando no se tiene la capa de aislante.
W
q_sin = 84.823
m
c. Calcule la perdida de calor cuando grosoraislante=0.5 grosoraislante,crítico
q_05 = 102.357
W
m
d. Calcule la perdida de calor cuando grosoraislante=2 grosor aislante,crítico
2.2 Intercambiadores de calor
2.2.1 Clasificación de intercambiadores de calor
2.2.2 Cálculo de intercambiadores de calor de tubos y
coraza
10. Cálculo del tamaño de un intercambiador a CONTRACORRIENTE de
calor si se conocen las temperaturas: Se calienta un flujo másico de agua
de 68 kg/min desde 35 oC hasta 75 oC, con un aceite de calor específico igual
a 1.9 kJ/kg oC. Los fluidos se utilizan en un intercambiador de calor de tubo
doble a contracorriente, y el aceite entra al intercambiador de 110 oC y sale
del mismo a 80 oC. El coeficiente global de transferencia de calor es 320
W/m2 oC. Calcúlese el área del intercambiador de calor.
Se utilizó tablas de vapor ara calcular el Cp promedio del agua.
∆Tml = 39.791 C
5
q = 1.896 × 10 W
2
Area = 14.893 m
11. Cálculo del tamaño de un intercambiador en PARALELO de calor si se
conocen las temperaturas. Repita el problema anterior, pero ahora
suponga que el intercambiador de calor es operado en paralelo.
∆Tml = 25.849 C
2
Area = 22.925 m
2.2.3 Condensadores y evaporadores
e. Calcule la perdida de calor cuando grosoraislante=5 grosor aislante,crítico
q_5 = 83.538
W
m
f. Encuentre el grosor de aislante necesario para que la pérdida de
calor con una capa de aislante sea igual a la pérdida de calor sin la
capa de aislante.
r_aislante = 0.174 m
grosor = 0.149 m
g. Compare los resultados, haga una pequeña grafica de grosor de
aislante contra q, y comente sobre como el grosor del aislante afecta
a la transferencia de calor.
grosor del aislante = radioaislante – radiotubo_sin_aislante
12. Condensación de vapor: Se va a condensar vapor de agua proveniente de
un proceso de alimentos, el cual esta a una temperatura de 30 oC, con agua
de enfriamiento proveniente de una planta tratadora de agua, la cual entra en
los tubos del condensador a 14 oC y sale a 22 oC. El área superficial de los
tubos es de 45 m2 y el coeficiente global de transferencia de calor total es de
2100 W/m2oC. Determine el gasto de masa necesario de agua de
enfriamiento (wc) y la velocidad de condensación del vapor de agua en kg/s.
(Se requiere usar tablas de vapor).
6
q = 1.091 × 10 W
wc = 32.585
wh = 0.449
kg
s
kg
s
13. Un evaporador de simple efecto ha de concentrar 20,000 lb/hr de una
solución de NaOH al 20% masa hasta un 50% masa. La presión
manométrica del vapor de agua será 20 lbf/pulg2 y la presión absoluta será
en el espacio del vapor será 1.93 lbf/pulg2. El coeficiente global se estima
U= 250 BTU/hr pie ºF. La temperatura de la alimentación es 100 ºF.
Calcúlese la cantidad de vapor de agua consumido, la economía y la
superficie de calefacción que se requiere.
Masa_vapor=6990 kg/h
Economía = 0.78
Area = 86.4 m2
Extra
1. En la pared de un horno se tiene una pérdida de calor en estado
estacionario. La pared es plana y consiste de dos materiales. Los
medidores de temperatura señalan que la temperatura de la
superficie de la pared (A) en el lado caliente es 640ºC, mientras
que la temperatura de la superficie de la pared (B) en el lado frío
es 20ºC. El espesor de la pared A, en el lado caliente, es de 10
cm, mientras que el espesor de la pared B, en el lado frío, es de
20 cm. Un termopar entre las dos paredes señala 340ºC.
Determine lo siguiente:
a. La relación de conductividades: kB / kA.
b. Para disminuir en un 20% las pérdidas de calor, calcule el
aumento de espesor en la pared A, manteniendo las
temperaturas extremas de la pared compuesta y teniendo la
misma pared B
1. Al analizar el flujo de conducción de calor, unidireccional, sin
generación interna y en régimen permanente en un sistema de
paredes compuestas cilíndricas, resulta que la relación del flux de calor
con radio es:
(A)
( qr ) = constante
(B)
( r qr ) = constante
(C)
( r2 qr ) = constante
(D) ( qr / r ) = constante
Flux=flujo de calor/área
2. Calcule el coeficiente global de transferencia de calor a través de una
lamina rectangular de acero al carbón (k = 45 W/m-K) con un espesor de
1.8 mm. Los coeficientes convectivos interno y externo son de 25 W/m2K.
(A)
(B)
(C)
(D)
8.33 W/m2-ºC
12.5 W/m2-ºC
25 W/m2-ºC
50 W/m2-ºC