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PROBLEMARIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR ING. QUÍMICA PETROLERA 5° SEM GRUPO “P” 1.- Calcule la pérdida de calor por m 2 de área superficial en la pared aislante temporal de un cuarto de almacenamiento en frío, si la temperatura exterior es de 299.9 K y la interior de 276.5 K. La pared está formada por 25.4 mm de corcho prensado con un valor de k de 0.0433 W/m K 2.- En la determinación de la conductividad térmica de un material aislante, la temperatura en ambos lados de una placa plana de 25 mm del material es 318.4 y 303.2 K. El flujo específico de calor es 35.1 W/m 2 . Calcule la conductividad térmica en Btu/h pie °F y W/m K. 3.- Se desea construir un almacén refrigerado con una capa interna de 19.1 mm de madera de pino, una capa intermedia de corcho prensado y una capa externa de 50.8 mm de concreto. La temperatura de la pared interior es de -17.8 °C y la de la superficie exterior de 29.4 °C en el concreto. Las conductividades medias son, para el pino 0.151; para el corcho 0.0433; y para el concreto 0.762 W/m K. El área superficial total interna que se debe usar en los cálculos es aproximadamente 39 m 2 . ¿Qué espesor de corcho prensado se necesita para mantener la pérdida de calor en 586 W? 4.- La pared de un horno de 0.244 m de espesor se construye con un material que tiene una conductividad térmica de 1.30 W/m K. La pared estará aislada en el exterior con un material que tiene una k promedio de 0.346 W/m K, de tal manera que las pérdidas de calor en el horno sean iguales o inferiores a 1830 W/m 2 . La temperatura de la superficie interior es 1588 K y la de la externa es 299 K. Calcule el espesor del aislante necesario. 5.- Un horno con dimensiones internas de 1.0 x 1.0 X 2.0 m de ancho, alto y largo respectivamente; tiene un grosor de pared de 0.20 m. La k de las paredes es 0.95 W/m K. El interior del horno se conserva a 800 K y el exterior a 350 K. Calcule la pérdida de calor total del horno. 6.- Las caras de una pared de 6 plg de grueso que miden 12 X 16 pies, deberán mantenerse a 1500 y 300°F, respectivamente. La pared está hecha de ladrillo de caolín aislante. ¿cuánto calor se pierde por la pared? 7.- Un horno está encerrado por paredes hechas (de adentro hacia afuera) de 8 plg de ladrillo refractario de caolín, 6 plg de ladrillo de caolín aislante, y 7 plg de ladrillo de arcilla refractaria. ¿Cuál es la pérdida de calor por pie cuadrado de pared cuando el interior del horno se mantiene a 2 200°F y el exterior a 200°F? 8.- La pared de un horno consiste en una serie de 7 plg de ladrillo refractario de caolín, 6 plg de ladrillo de caolín aislante, y suficiente ladrillo de arcilla refractaria para reducir las pérdidas de calor a 100 Btu/h pie 2 cuando las temperaturas del
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Prob Transf. de Calor

Aug 05, 2015

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Esaú Morales
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Page 1: Prob Transf. de Calor

PROBLEMARIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

ING. QUÍMICA PETROLERA 5° SEM GRUPO “P”

1.- Calcule la pérdida de calor por m2 de área superficial en la pared aislante temporal de un cuarto de almacenamiento en frío, si la temperatura exterior es de 299.9 K y la interior de 276.5 K. La pared está formada por 25.4 mm de corcho prensado con un valor de k de 0.0433 W/m K

2.- En la determinación de la conductividad térmica de un material aislante, la temperatura en ambos lados de una placa plana de 25 mm del material es 318.4 y 303.2 K. El flujo específico de calor es 35.1 W/m2. Calcule la conductividad térmica en Btu/h pie °F y W/m K.

3.- Se desea construir un almacén refrigerado con una capa interna de 19.1 mm de madera de pino, una capa intermedia de corcho prensado y una capa externa de 50.8 mm de concreto. La temperatura de la pared interior es de -17.8 °C y la de la superficie exterior de 29.4 °C en el concreto. Las conductividades medias son, para el pino 0.151; para el corcho 0.0433; y para el concreto 0.762 W/m K. El área superficial total interna que se debe usar en los cálculos es aproximadamente 39 m2. ¿Qué espesor de corcho prensado se necesita para mantener la pérdida de calor en 586 W?

4.- La pared de un horno de 0.244 m de espesor se construye con un material que tiene una conductividad térmica de 1.30 W/m K. La pared estará aislada en el exterior con un material que tiene una k promedio de 0.346 W/m K, de tal manera que las pérdidas de calor en el horno sean iguales o inferiores a 1830 W/m2. La temperatura de la superficie interior es 1588 K y la de la externa es 299 K. Calcule el espesor del aislante necesario.

5.- Un horno con dimensiones internas de 1.0 x 1.0 X 2.0 m de ancho, alto y largo respectivamente; tiene un grosor de pared de 0.20 m. La k de las paredes es 0.95 W/m K. El interior del horno se conserva a 800 K y el exterior a 350 K. Calcule la pérdida de calor total del horno.

6.- Las caras de una pared de 6 plg de grueso que miden 12 X 16 pies, deberán mantenerse a 1500 y 300°F, respectivamente. La pared está hecha de ladrillo de caolín aislante. ¿cuánto calor se pierde por la pared?

7.- Un horno está encerrado por paredes hechas (de adentro hacia afuera) de 8 plg de ladrillo refractario de caolín, 6 plg de ladrillo de caolín aislante, y 7 plg de ladrillo de arcilla refractaria. ¿Cuál es la pérdida de calor por pie cuadrado de pared cuando el interior del horno se mantiene a 2 200°F y el exterior a 200°F? 8.- La pared de un horno consiste en una serie de 7 plg de ladrillo refractario de caolín, 6 plg de ladrillo de caolín aislante, y suficiente ladrillo de arcilla refractaria para reducir las pérdidas de calor a 100 Btu/h pie2 cuando las temperaturas del

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interior y del exterior son de 1 500°F y 100°F, respectivamente. ¿Qué grosor de ladrillo de arcilla refractaria deberá usarse?

9.- Si un esquimal pretendiese sustituir su iglú por una casa de hormigón, ¿qué espesor deberían tener las paredes para que la nueva habitación tuviese las mismas características térmicas del iglú? El espesor de las paredes del iglú se puede tomar como de 20 cm. La conductividad térmica de la nieve compacta es de k = 0.46 W/m K. La conductividad térmica del hormigón es de k =1.28 W/m K.

10.- Una pared de concreto, que tiene un área superficial de 20 m2

y 30 cm de espesor, separa el aire acondicionado de una habitación del aire ambiental. La temperatura de la superficie interna de la pared se mantiene a 25°C y la conductividad térmica del concreto es 1 W/m K. Determine la pérdida de calor a través de la pared para una temperatura ambiente de 38°C.

11.- Se determina que el flujo de calor a través de una tabla de madera de 50 mm de espesor, cuyas temperaturas sobre las superficies interna y externa son 40 y 20°C, respectivamente, es 40 W/m2. ¿Cuál es la conductividad térmica de la madera?

12.- Un chip cuadrado isotérmico tiene un ancho w = 5 mm de lado y está montado en un sustrato de modo que sus superficies lateral e inferior estén bien aisladas, mientras que la superficie frontal se expone a la corriente de un fluido refrigerante a T∞ = 15°C. A partir de consideraciones de confiabilidad, la temperatura del chip no debe exceder los 85°C. Si el fluido refrigerante es aire y el coeficiente de convección correspondiente es h = 200 W/m2 K, ¿cuál es la potencia máxima admisible del chip? Si el fluido refrigerante es un líquido dieléctrico para el que h = 3000 W/m2

K, ¿cuál es la potencia máxima admisible?

13.- Una ventana térmica de vidrio consiste en dos piezas de vidrio de 7 mm de espesor que encierran un espacio de aire de 7 mm de espesor. La ventana separa el aire del cuarto a 20°C del aire ambiente del exterior a -10°C. El coeficiente de convección asociado con la superficie interna (lado del cuarto) es 10 W/m2

K. Si el coeficiente de convección asociado con el aire exterior (ambiente) es h = 80 W/m2

K, ¿cuál es la pérdida de calor a través de una ventana que tiene 0.8 m de largo por 0.5 m de ancho?. Suponga que el aire encerrado entre las hojas de vidrio está estancado.

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14.- La pared de un edificio es un compuesto que consiste en una capa de 100 mm de ladrillo común, una capa de 100 mm de fibra de vidrio, una capa de 10 mm de revoque de yeso (vermiculita) y una capa de 6 mm de tabla de pino. Si el coeficiente de convección interior es 10 W/m2 K y el coeficiente de convección exterior es 70 W/m2 K, ¿cuál es la resistencia térmica total?

15.- Las paredes exteriores de un edificio son un compuesto que consiste en un tablero de yeso de 10 mm de espesor, espuma de uretano de 50 mm de espesor y 10 mm de madera blanda. En un típico día de invierno las temperaturas del aire exterior e interior son -15 y 20°C, respectivamente, con coeficientes de convección externo e interno de 15 y 5 W/m2 K, respectivamente. a) ¿Cuál es la carga de calentamiento para una sección de 1 m2 de pared? b) ¿Cuál es la carga de calentamiento si la pared compuesta se reemplaza por una ventana de vidrio de 3 mm de espesor? e) ¿Cuál es la carga de calentamiento si la pared compuesta se reemplaza con una ventana de doble vidrio que consiste en dos placas de vidrio de 3 mm de espesor separadas por un hueco de aire estancado de 5 mm de espesor?

16.- Una ventana térmica de 6 m2 se construye con dos capas de vidrio, cada una de 4 mm de espesor, separadas por un espacio de aire de 5 mm. Si la parte interna está a 25º C y la externa a 0º C, calcular la pérdida de calor a través de la ventana.

17.- Una tubería de vapor de 0.12 m de diámetro exterior se aísla con una capa de silicato de calcio. Si el aislante tiene 20 mm de espesor y las superficies interna y externa se mantienen a T = 800 K y T = 490 K, respectivamente, ¿cuál es la pérdida de calor de la tubería?

18.- Un tubo de pared delgada de 100 mm de diámetro sin aislar se usa para transportar agua a un equipo que opera en el exterior y utiliza el agua como refrigerante. En condiciones de invierno particularmente adversas la pared del tubo alcanza una temperatura de -15ºC y se forma una capa cilíndrica de hielo sobre la superficie interna de la pared. Si la temperatura media del agua es 3°C y se mantiene un coeficiente de convección de 2000 W/m2

K en la superficie interna del hielo, que está a 0°C, ¿cuál es el espesor de la capa de hielo? 19.- Un tubo de pared delgada de 100 mm de diámetro sin aislar se usa para transportar agua a equipo que opera en el exterior y utiliza el agua como refrigerante. En condiciones de invierno particularmente adversas la pared del tubo alcanza una temperatura de -15ºC y se forma una capa cilíndrica de hielo sobre la superficie interna de la pared. Si la temperatura media del agua es 3°C y se mantiene un coeficiente de convección de 2000 W/m2·K en la superficie interna del hielo, que está a 0°C, ¿cuál es el espesor de la capa de hielo?

20.- La temperatura de la superficie del Sol es de unos 6000 K. Tomando el radio del Sol igual 7x108 m, calcular la energía total irradiada por el Sol cada día.

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