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FENOMENOS DE TRANSFERENCIA Trabajo Práctico Nº 9 Ingeniería Industrial - 2016 Convección forzada 1 - Por el interior de un tubo de 1” de diámetro nominal, cédula 40, circula agua a una velocidad de 3 m/s. El agua ingresa al tubo a la temperatura de 60ºC y sale a 25ºC. Calcular el coeficiente individual de transferencia de calor. Considerar L/D > 60. R: 10,61 kW/m2 k 2 – Un tubo largo de vapor de agua, de 10 cm de diámetro, cuya temperatura superficial externa es de 110 °C pasa por una zona abierta que no está protegida contra los vientos tal como se muestra en la figura. Determine la razón de la pérdida de calor del tubo por unidad de longitud, cuando el viento sopla a través del tubo a una velocidad de 8 m/s. Datos: El aire se encuentra a una 1 atm de presión y a 10 ° C. Viento

D

R: 922,31 W/m 3 – Aire a 83,4 kPa y 20 °C fluye con una velocidad de 8 m/s sobre una placa plana de 1,5 m x 6 m cuya temperatura es de 140°C. Determine la razón de la transferencia de calor desde la placa si el aire fluye paralelo a : a) El lado de 6 m de largo b) El lado de 1,5 m R: a) 18360 W ; b) 8650 W 4 - Se calienta aire pasándolo a través de una serie de 8 tubos de acero sumergidos en agua a 100ºC y 1 at., como se indica en el esquema. Los tubos son de 1” esc. 40 y la longitud sumergida es de 0,5 m. La velocidad media del aire es de 15 m/s y su presión puede asumirse constante e igual a 1 at. Si el aire entra a 16ºC, determinar su temperatura de salida.

R: 91,57 ºC 5- Por un tubo de cobre, vertical de 0,94 cm de diámetro interior circula hacia arriba aceite. La temperatura de entrada del aceite es 21 ºC. La temperatura de la pared es 100 ºC. Si el caudal del aceite es 150 kg/h, que longitud de tubo se requiere para aumentar en 10 ºC la temperatura del aceite? Propiedades del aceite: Capacidad Calorifica: 0,5 kcal /kg ºC Conductividad térmica: 0,127 kcal/h.m.ºC Densidad: 1 g/cm3 Viscosidad:

21 ºC

26 ºC

32 ºC

100 ºC

25 cp

20 cp

15 cp

3 cp

R: 1,25 m 6 - Por una tubería de 5 cm de diámetro interno, longitud de 10 m y temperatura de la pared 100ºC, se hace circular agua, determinándose las temperaturas de entrada y salida de 20 y 55ºC respectivamente, con lo que se encuentra que el coeficiente individual de transferencia de calor es de 13500 Kcal/h m2 ºC. Si el caudal se duplica, en qué porcentaje se debe aumentar la longitud de tubería para lograr el mismo salto de temperatura, teniendo en cuenta que el valor de h se modifica? R: 14,3% 7 - 1000 kg/h de un aceite fluyen por el interior de un tubo de cobre de diámetro interno 1,90 cm. La pared del tubo se mantiene a temperatura constante e igual a 120ºC por condensación de vapor en el exterior del tubo. Si el tubo tiene una longitud de 6 m y el aceite ingresa a 35ºC, cuál será la temperatura de salida del mismo? Datos del aceite: Densidad [g/cm3]:  = 0,83-0,0002 T Viscosidad [cp]:  = 460 / (T+ 15)

(T en ºC) (T en ºC)

Calor específico: cp = 0,5 Kcal/kg ºC Conductividad térmica: k = 0,15 Kcal/h m ºC R: 43,58ºC Ingeniería Industrial 2016

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Convección Natural 8 - La pared vertical de un horno tiene una altura de 0,30 m y la temperatura de su superficie e encuentra a 232ºC. La misma está en contacto con el aire a 38ºC. Calcular el coeficiente de transferencia de calor y la transferencia calórica por m de ancho de la pared. Realizar los cálculos del coeficiente h con el NNu y mediante la ecuación simplificada. Nota: despreciar la transmisión de calor por radiación. R: 6,913 W/m2 k (Ec. General); 6,908 W/m2 k ; q/L=402,34 W/m 9 - Cuál es el flujo calórico desde un foco de 40 W a 125ºC hacia el aire a 25ºC en una habitación sin ventilación. Aproximar el foco a una esfera de 5 cm de diámetro. Qué porcentaje de potencia se pierde por convección natural? R: 17, 30 % (Simplificada) 10 - Un transformador cilíndrico disipa 1,5 kW. Despreciando la transferencia de energía a través del fondo del transformador, calcular la temperatura de la pared. Se supone que toda perdida se debe a la convección natural del aire circundante que se encuentra a 70 ºF. Considerar 103 < NRa < 109 Datos: Dimensiones del recipiente Diámetro: 2,5 ft; Altura: 4 ft R: 130,29 ºC Adicionales 11- Un horno para pizzas que se encuentra a 400 °C, cuyas dimensiones son: 60 cm de ancho por 1,2 m de alto, tiene paredes metálicas de acero inoxidable. El horno se encuentra separado 20 cm de una mesada, cuya pared lateral de concreto tienen las mismas dimensiones que la pared del horno. Considerando que la pared de concreto se encuentra a 20 cm de la pared del horno y su temperatura es de 27ºC y que un ventilador de techo provoca una corriente de aire vertical entre el horno y la pared con una velocidad a 4 m/s. Calcular el calor intercambiado entre la pared y el horno. Represente el circuito equivalente. Considerar la temperatura del aire igual a 27 ºC. 12 - Una linea de vapor sin aislación térmica de 25 cm de diámetro de una longitud de 3 m exterior pasa por una habitación en la cual el aire está a 50ºC a) ¿Cuál es la perdida de calor por hora si la superficie está a 400ºC? Considerar : h = 7 Kcal/h m2 ºC b) ¿Qué espesor de aislante será necesario agregar para que la perdida calórica disminuya en un 50% ? Si se considera kAislante = 0,183 Kcal/h m ºC constante para el rango de temperatura de trabajo. Es adecuado el aislante propuesto? En caso negativo que alternativa propondria para disminuir las perdidas. R: 2,81 cm

Ingeniería Industrial 2016

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