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• Jaqueline Hernandez

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Problemario Tema 3 1. 4-16I En una instalación de fabricación, bolas de latón de 2 in de diámetro (k = 64.1 Btu/h · ft · °F,  = 532 lbm/ft3, y Cp = 0.092 Btu/lbm · °F) inicialmente a 250°F se sumergen en un baño de agua que está a 120°F, durante un periodo de 2 min, a razón de 120 bolas por minuto. Si el coeficiente de transferencia de calor por convección es de 42 Btu/h · ft 2 · °F, determine a) la temperatura de las bolas después de haber sido sumergidas, y b) la razón a la cual se necesita eliminar el calor del agua para mantener su temperatura constante a 120°F.

2. 4-19 Una barra larga de cobre cuyo diámetro es de 2.0 cm se encuentra inicialmente a una temperatura uniforme de 100°C. En seguida se expone a una corriente de aire a 20°C, con un coeficiente de transferencia de calor de 200 W/m 2 · K. ¿Cuánto tardaría en enfriarse la barra de cobre hasta una temperatura promedio de 25°C? 3. 4-26 Un ladrillo con dimensiones de 203 x 102 x 57 mm se quema en un horno a 1100 °C y después se le deja enfriar en una habitación con una temperatura ambiente de 30 °C y un coeficiente de transferencia de calor por convección de 5 W/m 2 · °C. Si el ladrillo tiene propiedades de  = 1920 kg/m3, Cp = 790 J/kg · °C y k = 0.90 W/m · °C, determine el tiempo requerido para que el ladrillo llegue a la temperatura ambiente de 5°C. 4. 4-40 Se va a realizar un experimento con el fin de determinar el coeficiente de transferencia de calor sobre las superficies de tomates que se colocan en agua fría a 7°C. Los tomates (k = 0.59 W/m · °C, a = 0.141 x 10-6 m2/s, r = 999 kg/m3, Cp = 3.99 kJ/kg · °C) con una temperatura inicial uniforme de 30°C tienen forma esférica con un diámetro de 8 cm. Después de un periodo de 2 horas, las temperaturas en el centro y en la superficie de los tomates son de 10.0°C y 7.1°C, respectivamente. Aplicando el método analítico de aproximación de un término (no el de las gráficas de Heisler), determine el coeficiente de transferencia de calor y la cantidad de esa transferencia en el curso de este periodo, si se tienen ocho de esos tomates en el agua.

5. 4-45 En una instalación de producción, placas grandes de latón de 3 cm de espesor (k = 110W/m · °C, r = 8 530 kg/m3, Cp = 380 J/kg · °C, y a = 33.9 x 10-6 m2/s) que están inicialmente a una temperatura uniforme de 25°C se calientan al pasar por un horno que se mantiene a 700°C. Las placas permanecen en el horno durante un periodo de 10 min. Si el coeficiente de transferencia de calor por convección es h = 80 W/m 2 · °C, determine la temperatura de la superficie de las placas cuando salen del horno. 6. 4-51 Un estudiante calcula que la transferencia de calor total de una esfera de cobre que tiene un diámetro de 18 cm y está inicialmente a 200°C hacia el medio ambiente a una temperatura constante de 25°C, durante los primeros 20 min de enfriamiento, es de 3150 kJ. ¿Es razonable este resultado? ¿Por qué? 7. 4-58 Una persona pone unas cuantas manzanas en un refrigerador a -15°C con el fin de enfriarlas con rapidez para los invitados que están a punto de llegar. Inicialmente, las manzanas están a una temperatura uniforme de 20°C y el coeficiente de transferencia de calor sobre las superficies es de 8 W/m 2 · °C. Visualizando las manzanas como esferas de 9 cm de diámetro y tomando sus propiedades como r = 840 kg/m3, Cp = 3.81 kJ/kg · °C, k = 0.418 W/m · °C y a = 1.3 x 10-7 m2/s, determine las temperaturas en el centro y la superficie de las manzanas en 1 h. Asimismo, calcule la cantidad de transferencia de calor desde cada manzana.