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UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDERUNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERIASFACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERIAS PRIMER TALLER DE TRANSFERENCIA DE CALORPRIMER TALLER DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Programa:Programa: IngenieríaIngeniería ElectromecánElectromecánicaica
Profesor:Profesor: Arly Darío RArly Darío Rincón Quinteroincón Quintero [email protected]@correo.uts.edu.co
Una barra cilíndrica de combustible nuclear de 15 mm deUna barra cilíndrica de combustible nuclear de 15 mm dediámetro está revestida por un cilindro cerámico huecodiámetro está revestida por un cilindro cerámico hueco concéntrico con un diámetro interno de 35 mm y unconcéntrico con un diámetro interno de 35 mm y un diámetro externo de x mm. Este arreglo crea una brechadiámetro externo de x mm. Este arreglo crea una brecha de aire entre la barra dede aire entre la barra de combustible y el cilindro hueco decombustible y el cilindro hueco de cerámica con un coeficiente de transferencia de calor porcerámica con un coeficiente de transferencia de calor por convección de 10 W/mconvección de 10 W/m^22 ·K. El cilindro hueco de cerámica·K. El cilindro hueco de cerámica tiene una conductividad térmica de 0.07 W/m ·K y sutiene una conductividad térmica de 0.07 W/m ·K y su superficie externa mantiene una temperatura constante desuperficie externa mantiene una temperatura constante de 30°C. Si la barra de combustible genera calor a una razón30°C. Si la barra de combustible genera calor a una razón de 1 MW/mde 1 MW/m^33 ..
DeDetetermrmininee elel esespepesosorr dedell cicililindndroro cecerárámimicoco sisi lala temperatura en la superficie de la barra de combustibletemperatura en la superficie de la barra de combustible alcanza los 1026°C.alcanza los 1026°C.
En una instalación de procesamiento de alimentos se usa unEn una instalación de procesamiento de alimentos se usa unrecipiente esférico de radio interior r1 = 40 cm, radiorecipiente esférico de radio interior r1 = 40 cm, radio
exterior r2 = 41 cm y conductividad térmica k = 1,5exterior r2 = 41 cm y conductividad térmica k = 1, W/m·°C para almacenar agua caliente y mantenerla comoW/m·°C para almacenar agua caliente y mantenerla como vapor saturado (P = 1 atm) en todo momento. Para realizarvapor saturado (P = 1 atm) en todo momento. Para realizar esto, la superficie exterior del recipiente se envuelve con unesto, la superficie exterior del recipiente se envuelve con un calentador eléctrico de cinta de 1 KW y, a continuación, secalentador eléctrico de cinta de 1 KW y, a continuación, se aísla (k = 0.043 W/m·°C). Se observa que,aísla (k = 0.043 W/m·°C). Se observa que, en todo instante,en todo instante, la temperatura del agua en el centro del tanque permanece ala temperatura del agua en el centro del tanque permanece a 100 °C (T100 °C (T 00 ), debido a un coeficiente de convección interno), debido a un coeficiente de convección interno de 900 W/m2.K.de 900 W/m2.K.
Si se supone que 10% del calor generado en el calentadorSi se supone que 10% del calor generado en el calentador se pierdse pierde a través dele a través del aislaaislamiento y sabmiento y sabiendo quiendo que el airee el aire exexteteririor seor se enencucuenentrtraa aa 25 °C con un25 °C con un cocoefeficiicienente dete de
convección externo de 6,64convección externo de 6,64 W/m2.K. Determine:W/m2.K. Determine:
1.1. LaLass tetempmpereratatururasas TT 11 , T, T 22 , T, T 33
2.2. (^) El espesor del aislante.El espesor del aislante.
A una placa rectangular de 2 m X 1,5 m que permanece a 200 °C, se adicionan aletas deA una placa rectangular de 2 m X 1,5 m que permanece a 200 °C, se adicionan aletas de aluminio en forma de espiga de perfilaluminio en forma de espiga de perfil rectangular.rectangular. Cada aleta tiene un diámetro de base de 5 mm; separadas 10 mm a lo largo y el mismoCada aleta tiene un diámetro de base de 5 mm; separadas 10 mm a lo largo y el mismo valor a lo ancho (la separación entre aletas se toma de centro a centro). Las aletas estánvalor a lo ancho (la separación entre aletas se toma de centro a centro). Las aletas están expuestas a una temperatura circundante de 25ºC y el coeficiente de transferencia deexpuestas a una temperatura circundante de 25ºC y el coeficiente de transferencia de calor por convección es de 50 W/mcalor por convección es de 50 W/m^22 ..K. Si la conductividad térmica de las aletas es deK. Si la conductividad térmica de las aletas es de 240 W/m.K. Determine:240 W/m.K. Determine:
- La longitud de las aletas.1. La longitud de las aletas.
- La razón de transferencia de calor2. La razón de transferencia de calor al adicionar las aletas yal adicionar las aletas y la efectividad del sistema.la efectividad del sistema.
Se transporta gas metano (ver propiedades en la tabla A-16)Se transporta gas metano (ver propiedades en la tabla A-16) porpor unauna tuberíatubería dede cobrecobre (K=400(K=400 W/m.K)W/m.K) queque tienetiene unun diámetro interno de 4 pulgadas y undiámetro interno de 4 pulgadas y un diámetro externo que tienediámetro externo que tiene 5 pulgadas (tome 1 pulgada = 2.5 cm); transportando dicho5 pulgadas (tome 1 pulgada = 2.5 cm); transportando dicho
combustible por un trayecto de 2 Km, donde dicha tubería secombustible por un trayecto de 2 Km, donde dicha tubería se enencucuenentrtraa enenteterrrradadaa babajojo titiererrara (K(K=0=0.0.0 7272 W/W/m.m.K)K) aa ununaa profundidad promedio de 2 metros. El caudal que se manejaprofundidad promedio de 2 metros. El caudal que se maneja enen esta operación es de 5 mesta operación es de 5 m^33 /s./s.
La temperatura en la superficie exterior del tubo permanece enLa temperatura en la superficie exterior del tubo permanece en promedio a 90°C.promedio a 90°C.
ElEl cocoefeficiicienentete dede coconvnvececcióciónn ininterternana eses dede 151500 W/W/mm^22 .K),.K), haciendo que durante el trayecto el gas tenga un descenso en suhaciendo que durante el trayecto el gas tenga un descenso en su energía y por lo tanto una caída de temperatura (Tintro – Texitenergía y por lo tanto una caída de temperatura (Tintro – Texit = 2 K) de 2= 2 K) de 2 grados. Determine:grados. Determine:
- Las temperaturas, To, T1. Las temperaturas, To, T 11 y Ty T 33 ..
- La pérdida de calor durante2. La pérdida de calor durante este trayecto.este trayecto.
“It always seems impossible until it’s done”. Nelson“It always seems impossible until it’s done”. Nelson Mandela.Mandela.
“El Éxito es la aplicación diaria de la disciplina”. Jim Rhon“El Éxito es la aplicación diaria de la disciplina”. Jim Rhon
