• Author / Uploaded
• Sebastian Fernandez

Citation preview

CONDUCCION UNIDIMENSIONAL DE CALOR EN ESTADO ESTACIONARIO 1. Una pared de 5 [m] de alto y 10 [m] de ancho consta de ladrillos de 16x22 [cm] de sección transversal horizontal (k=0.72 [W/m-°C]), separados por capas de mortero (k=0.22 [W/m-°C]), de 3 [cm] de espesor. También se tienen capas de mortero de 2 [cm] sobre cada lado del ladrillo y una espuma rígida (k=0.026 [W/m-°C]), de 3 [cm] de espesor sobre el lado interior de la pared como se muestra en la figura. Las temperaturas dentro y fuera son de 35 [°C] y -5 [°C], respectivamente, y los coeficientes de transferencia de calor por convección sobre los lados interior y exterior son h1=15 [W/m2-°C] y h2=32 [W/m2-°C] respectivamente. Calcular: a) Si se supone transferencia de calor unidimensional y se descarta la radiación determine la razón de transferencia de calor a través de la pared. b) Si se duplica el espesor de la espuma rígida cual sería la razón de transferencia de calor de la pared. c) Para los incisos anteriores a) y b) determine la temperatura en la interface Espuma-Mortero. 2. La pared de un horno está fabricada de un refractario cuyo espesor es d1 = 125 [mm] y de una capa de ladrillo común cuyo espesor es d2 = 500 [mm]. Las capas están bien ajustadas entre sí. La temperatura en la superficie interior del horno es de 1100 [ºC] y en superficie exterior 50 [ºC]. El coeficiente de conductividad térmica del refractario es k1 = 0.28 + 0.00023 t [W/mºC] (t en ºC) y el del ladrillo común k2 = 0.7 [W/mºC]. Calcular las pérdidas de calor a través de 1 [m2] de la pared del horno y la temperatura en la superficie de contacto de las capas. Por razones de espacio es necesario reducir a la mitad del espesor de la capa de ladrillo común de revestimiento del horno y poner entre las capas un aislante cuyo coeficiente de conductividad térmica es k = 0.113 + 0.00023 t [W/mºC] (t en ºC). ¿Cuál debe ser el espesor del aislante para que las pérdidas de calor permanezcan invariables cuando las temperaturas en las superficies exteriores de la pared son las mismas? GENERACION INTERNA DE CALOR 3. Determinar la distribución de temperaturas en una placa formada de un material de conductividad 30 [W/m ºC] de 20 [mm] de espesor, en la que se genera calor a una rapidez de 5*107 [W/m3]. La placa esta refrigerado por ambos lados con agua, en un lado a 60 [ºC] y un coeficiente de convección de 8500 [W/m 2 ºC] y en el otro lado a 90 [ºC] con un coeficiente de convección de 7900 [Wm2 ºC]. ESPESOR TECNICO ECONOMICO OPTIMO DE AISLAMIENTO 4. Encontrar el espesor óptimo – técnico - económico de aislamiento de un horno de paredes planas, cuya temperatura externa de pared es de 180 [ºC] y se utiliza un aislamiento de lana de vidrio (k = 0,04 W/mºC) cuyo espesor efectivo es de 1” y costo total es de 10 [$us/m2], el horno es calentado por GLP. La temperatura externa no debe ser mayor a los 50 [ºC]. El tiempo de funcionamiento es industrial. Adoptarse los datos necesarios en función de su criterio. ALETAS 5. Los cilindros de los motores de combustión interna enfriados por aire están provistos de aletas de enfriamiento debido a la gran cantidad de calor que deben disipar. Un motor de dos tiempos para motocicleta tiene un cilindro de aleación de aluminio (k = 189 W/m ºC) fundida de 12 [cm] de altura y 12 [cm] de diámetro exterior con aletas circunferenciales de 6 [mm] de espesor separados entre centros o paso de 12 [mm] y 20 [mm] de longitud. En una pruebe que simula una velocidad de 90 [km/hora], las temperaturas medidas en la base de las aletas proporcionan una media de 485 [K] cuando el aire está a 300 [K]. Determinar la disipación de calor del cilindro si se estima que el coeficiente de de convección es 60 [W/m2 ºC]. En estas condiciones la eficiencia de aleta es de 93[%].