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• David Raul Vasquez Callejas

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD INTEGRAL DEL TROPICO CARRERA: ING. PETROQUIMICA

NOMBRE:

Brian Montaño Fernandez

DOCENTE:

Ing.: Boris Gustavo Aguilar

FECHA:

09 de Abril 2018

VALLE SACTA-COCHABAMBA-BOLIVIA 2018

TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD INTEGRAL DEL TROPICO CARRERA: ING. PETROQUIMICA

EJERCICIO: NO 1 Se va a calentar una bola de aluminio de 15 cm de diámetro desde 80°C hasta una temperatura promedio de 200°C. Tomando la densidad y el calor específico promedios del aluminio en este rango de temperaturas como 𝜌= 2700 kg/m3 y 𝑐𝑝= 0,90 kJ/kg·°C, determine la cantidad de energía que necesita ser transferida a la bola. Respuesta: 515 Kj.

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EJERCICIO: NO 2 Una pista de patinaje sobre hielo está ubicada en un edificio en donde el aire está a Taire=20°C y las paredes, a Tw=25°C. El coeficiente de transferencia de calor por convección entre el hielo y el aire circundante es h=10 W/m2 · K. La emisividad del hielo es 𝜀 = 0,95. El calor latente de fusión del hielo es ℎ𝑖𝑓 =333,7 kJ/kg y su densidad, de 920 kg/m3. a) Calcule la carga necesaria de refrigeración del sistema para mantener el hielo a Ts= 0°C, para una pista de 12 m x 40 m. b) ¿Cuánto tardaría en fundirse 3 mm de hielo de la superficie de la pista si no se proporciona enfriamiento y el lado inferior del hielo se considera aislado?

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EJERCICIO: NO 3 Un cable eléctrico de 2.1 m de largo y 0.2 cm de diámetro es extendido a través de una habitación que se mantiene a 20°C. En el cable se genera calor como resultado de la disipación de la energía eléctrica; al medirse la temperatura de la superficie del cable, resulta ser de 180°C en condiciones de operación estacionaria. Asimismo, al medirse el voltaje y la corriente eléctrica en el cable, resultan ser de 110 V y 3 A, respectivamente. Si se ignora cualquier transferencia de calor por radiación, determine el coeficiente de transferencia de calor por convección para la transferencia entre la superficie externa del cable y el aire de la habitación.

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EJERCICIO: NO 4 La superficie exterior de una nave en el espacio tiene una emisividad de 0.8 y una absortividad solar de 0.3. Si la radiación solar incide sobre la nave espacial a razón de 950 W/m2, determine la temperatura superficial de esta última cuando la radiación emitida es igual a la energía solar absorbida.

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EJERCICIO: NO 5 En las centrales eléctricas son muy comunes las tuberías que transportan vapor sobrecalentado. Este vapor fluye a una razón de 0.3 kg/s dentro de una tubería con un diámetro de 5 cm y longitud de 10 m. La tubería está colocada en una central eléctrica a 20°C y tiene una temperatura superficial uniforme de 100°C. Si el descenso de temperatura entre la entrada y salida de la tubería es de 30°C, y el calor específico del vapor es de 2.190 J/kg·K, determine el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la superficie de la tubería y los alrededores.

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EJERCICIO: NO 6 Considere una ventana de hoja doble de 1.5 m de alto y 2.4 m de ancho que consta de dos capas de vidrio (k = 0.78 W/m·°C) de 3 mm de espesor separadas por un espacio de aire estancado (k = 0.026 W/m·°C) de 12 mm de ancho. Determine la razón de transferencia de calor estacionaria a través de esta ventana de hoja doble y la temperatura de su superficie interior para un día durante el cual el cuarto se mantiene a 21°C en tanto que la temperatura del exterior es de –5°C. Tome los coeficientes de transferencia de calor por convección sobre las superficies interior y exterior de la ventana como h1 = 10 W/m2·°C y h2 = 25 W/m2·°C y descarte cualquier transferencia de calor por radiación. Respuestas: 154 W, 16.7°C.

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EJERCICIO: NO 7 Se conduce una prueba para determinar el coeficiente de transferencia de calor total en un intercambiador de tubos y coraza, de agua hacia aceite, que tiene 24 tubos con un diámetro interno de 1.2 cm y longitud de 2 m en un solo casco. Agua fría (cp = 4180 J/kg·°C) entra en los tubos a 20°C, a razón de 3 kg/s, y sale a 55°C. El aceite (cp = 2150 J/kg·°C) fluye por el casco y se enfría desde 120°C hasta 45°C. Determine el coeficiente de transferencia de calor total Ui de este intercambiador, con base en el área superficial interior de los tubos. Respuesta: 8.31 kW/m2·°C.

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EJERCICIO: NO 8 Se dice que un intercambiador de calor en contraflujo tiene un coeficiente total de transferencia de calor de 284 W/m2·K cuando opera en condiciones de limpieza y diseño. Un fluido caliente ingresa al tubo a 93ºC y sale a 71ºC, mientras que un fluido frío ingresa a la coraza a 27ºC y sale a 38ºC. Después de un periodo de uso, se acumulan depósitos en el intercambiador de calor, lo que produce un factor de incrustación de 0.0004 m2· K/W. Si el área de transferencia es de 93 m2, determine a) la razón de transferencia de calor en el intercambiador de calor y b) la razón de flujo de masa para los fluidos caliente y frío. Asuma que los fluidos caliente y frío tienen un calor específico de 4.2 kJ/kg · K.

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EJERCICIO: NO 9 Un intercambiador de calor de flujo cruzado y de un solo paso se utiliza para enfriar agua refrigerante (cp=1.0 Btu/lbm · ºF) de un motor diesel de 190ºF a 140ºF., mediante aire (cp=0.245 Btu/lbm·ºF) con una temperatura de entrada de 90ºF. No se mezclan ni el flujo de aire ni el flujo de agua. Si la razón de flujo de masa del agua y el aire es 92000 lbm/h y 400000 lbm/h, respectivamente, determine la diferencia media logarítmica de temperatura para este intercambiador de calor. Respuesta: 47.4ºF.

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