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EJERCICIOS PROPUESTOS DE INGENIERIA DE OPERACIONES AGROINDUSTRIALES II 1.

Una placa de acero de 1 cm de espesor se saca de un horno a 600°C y se sumerge en un baño de aceite a 30°C. Si se calcula que el coeficiente de transferencia de calor es de 400 W/m K. ¿Cuánto tiempo tarda la placa en enfriarse hasta 100°C? Datos: k= 50 W/m K; ρ = 7800 Kg/m3; Cp = 450 J/kgK.

2.

Un corte plano de carne de 25.4 mm de espesor, originalmente a 10°C, se va a cocinar por ambos lados hasta que el centro alcance una temperatura de 121°C en un horno que está a 177°C. Puede suponerse que el coeficiente convectivo es constante, 25.6 W/m2.K. Desprecie los cambios de calor latente y calcule el tiempo requerido. La conductividad térmica es 0.69 W/m2.K y la difusividad térmica, 5.85x10-4 m2/h.

3.

Una pared plana de ladrillo de 1.0 pie de espesor constituye el recubrimiento de uno de los lados de un horno. Si la pared está a temperatura uniforme de 100°F y se expone repentinamente a un gas que está a 1100°F, calcule el tiempo para que la pared del horno llegue a 500°F en un punto situado a 0.5 pie de la superficie. La cara posterior de la pared está aislada. El coeficiente convectivo es 2.6 btu/h.pie2.°F y las propiedades físicas del ladrillo son k = 0.65 btu/h.pie.°F y α = 0.02 pie2/h. Se usa un autoclave que se mantiene a 121.1°C para procesar carne de salchichas de 101.6 mm de diámetro y 6.1 m de longitud, que están originalmente a 21.1°C. Después de 2 h, la temperatura del centro es 98.9°C. Si el diámetro se aumenta a 139.7 mm, ¿cuánto tiempo transcurrirá para que el centro alcance a una temperatura de 98.9°C? El coeficiente de transferencia de calor a la superficie es h = 1100 W/m2.K, un valor muy elevado, por lo que se puede considerar que la resistencia superficial es despreciable. (Demuestre esto.) Desprecie la transferencia de calor en los dos extremos del cilindro. La conductividad térmica es k = 0.485 W/m.K.

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7.

En las zonas de cultivo de naranjas, el congelamiento de la fruta en los árboles durante las noches frías tiene gran importancia económica. Si las naranjas están inicialmente a temperatura de 2 1.1°C (70°F), calcule la temperatura del centro de la naranja cuando se expone al aire que está -3.9°C (25°F) durante 6 h. Las naranjas tienen 102 mm de diámetro y se estima que su coeficiente convectivo es 11.4 W/m2.K. La conductividad térmica es k = 0.431 W/m.K, y a es 4.65 x 10-4 m2/h. Desprecie los efectos del calor latente. Para endurecer una esfera de acero que tiene un diámetro de 50.8 mm, se calienta a 1033 K y después se introduce en un baño de agua a 300 K. Determine el tiempo necesario para que el centro de la esfera llegue a 366.5 K. Puede suponerse que el coeficiente superficial es 710 W/m2.K, k = 45 W/m.K y a = 0.0325 m2/h.

Un cilindro de aluminio se calienta al principio de manera que alcance a temperatura uniforme de 204.4°C. Después se sumerge en un baño grande que se mantiene a 93.3°C,

donde h = 568 W/m2.K. El cilindro tiene diámetro de 50.8 mm y longitud de 101.6 mm. Calcule la temperatura del centro después de 60 s. Las propiedades físicas son α=9.44x105 m2/s y k = 207.7 W/m . K.

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Un bloque rectangular de acero de 0.305 m y 0.457 m por 0.61 m inicialmente a 315.6°C, se sumerge de repente en un ambiente a 93.3°C. Determine la temperatura en el centro del bloque después de 1 h. El coeficiente convectivo superficial es 34 W/m 2.K. Las propiedades físicas son k = 38 W/m.K y α = 0.0379 m2/h. Un corte de carne de res de 45.7 mm de espesor y que está en principio a temperatura de 283 K, se enfría por medio de un enfriador de contacto superficial a 274.7 K en su superficie frontal. La superficie posterior de la carne está aislada. Suponga que la resistencia convectiva en la cara frontal es cero. Use cinco cortes y M= 2, y calcule el perfil de temperaturas después de 0.54 h. La difusividad térmica es 4.64x10-4 m2/h.