Ejer Cici Os

UNIVERSIDAD INTERNACIONAL SEK

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

Título : “

”

TRANSFERENCIA DE CALOR

Realizado por: DENNIS MARTINEZ LOAIZA

Profesor: ING. DIANA PERALTA

Semestre académico: ABRIL 2017- SEPTIEMBRE 2017

Ejercicios. 3-114 Se fija a una superficie una aleta de aluminio (k 237 W/m · °C) de 4 mm de diámetro

y 10 cm de largo. Si el coeficiente de transferencia de calor es de 12 W/m2 · °C, determine el porcentaje de error en la estimación de la transferencia de calor desde la a leta al suponer que la aleta es infinitamente larga, en lugar de suponer una punta adiabática.

  = √   ∞  = √   ∞ % =   1 = √ √  ∞√  ∞ ∞ = ℎ 1 12      . °  0 . 0 04    ℎ    =  =  237 .°  0.004/4 = 7.116− % = ℎ1 1 = ℎ7.1161 −0.10 1 = 0.63 = 63%

Un motor DC suministra potencia mecánica a un eje de acero inoxidable giratorio (k = 15.1 W/m · K) de una longitud de 25 cm y un diámetro de 25 mm. En un entorno con una temperatura de 20°C y coeficiente de transferencia de calor por convección de 25 W/m2 · K, el área de la cubierta del motor ex- puesta a la temperatura ambiental es de 0.075 m2. El motor utiliza 300 W de energía eléctrica, 55% de la cual convierte en energía mecánica  para hacer girar el eje de acero inoxidable. Si la punta del eje de acero inoxidable tiene una temperatura de 22°C, determine la temperatura superficial de la cubierta del motor. Suponga que la temperatura de la base del eje es igual a la temperatura superficial de la cubierta del motor. 3-116

 = ℎ  ∞         ∞ ⁄    = √   ∞     ∞ .    ℎ   =  .  25 .  4   . °    4ℎ   =   = 15.1  . °0.025 0.25 = 4069  ℎ 4  =  25   .°15.1  . ° 0.25 4 = 0.1206 /°         ∞ ⁄        0.45 = ℎ  ∞+ ℎ 4    ∞     ∞ 4  ℎ         ∞   0. 4 5   + ℎ      = ∞ + ℎ +  ℎ 4  ℎcosh    °        .     +  .  /°  40694069 = ° + 25   .° 0.075 + ./°ℎ ℎcosh4069 = .° Dos tubos de hierro fundido (k 52 W/m · °C) de 4 m de largo, 0.4 cm de espesor y 10 cm de diámetro que conducen vapor de agua están conectados entre sí por medio de dos  bridas de 1 cm de espesor cuyo diámetro exterior es de 18 cm. El va- por fluye en el interior del tubo a una temperatura promedio de 200°C con un coeficiente de transferencia de calor de 180 W/m2 · °C. La superficie exterior del tubo está expuesta a un ambiente a 12°C, con un coeficiente de transferencia de calor de 25 W/m2 · K. a) Si se descartan las bridas, determine la temperatura promedio de la superficie ex terior del tubo. b) Con esta temperatura para la base de la brida y si se consideran a las bridas como aletas, determine la eficiencia de la aleta y la razón de la transferencia de calor desde ellas. c) ¿A qué longitud del tubo es equivalente la sección de las bridas para los fines de la transferencia de calor? 3-117

Una tubería con diámetros interno y externo de 50 mm y 60 mm, respectivamente, se utiliza para transportar vapor sobrecalentado en una planta de manufactura. Los tubos de la tubería de una conductividad térmica de 16 W/m · K se conectan entre sí mediante bridas con un espesor combinado de 20 mm y un diámetro externo de 90 mm. El aire que rodea a la tubería tiene una temperatura de 25°C y un coeficiente de transferencia de calor por convección de 10 W/m2 · K. Si la temperatura de la superficie interna de la tubería se mantiene a una temperatura estacionaria de 150°C, determine la temperatura en la base de la brida y la razón de pérdida de calor a través de ésta. 3-121

 =  = ℎ  2 ∞    ℎ∞ +  ⁄  = ℎ∞ +  2⁄     =  + ⁄2 = 0.029 + 0.022 = 0.055   = 2  0.0 9= 0.0.015106 0.02  =  + ⁄2 = 2 + 2  = 0.025    = ℎ =0.0250.02 =  0.0005 10/0.0℃005 = 0.1398    = 0.025 16/℃  = 00..005530 = 1.83  ℃0.015125℃+ 20.02ln1606/℃    0 . 9 7  1 0/    1 50℃  50  = 0.9710/℃0.0151+ 20.02166/℃  ln500    = 148℃  10  ̇ = ℎ  ∞ = 0.97   ℃ 0.015114825℃ = 18

3-122 Una

pared plana con una temperatura superficial de 350°C está conectada a aletas rectangulares rectas (k= 235 W/m · K). Las aletas están expuestas a una temperatura ambiente de 25°C y el coeficiente de transferencia de calor por convección es de 154 W/m2 · K. Cada aleta tiene una longitud de 50 mm, una base de 5 mm de espesor y una anchura de 100 mm. Determine la eficiencia, la razón de transferencia de calor y la efectividad de cada aleta, mediante a) la tabla 3-3 y b) la figura 3-43.

a)

 2 ℎ   2 1 54/  =   =  235/℃0.0℃05 = 16.19−  =  + 2  = 0.05 + 0.0052 = 0.0525   = 2 = 20.10.0525− = 0.0105   t a nh 1 6. 1 9    0. 0 525   = tanh =  = 0. 8 13 −  16. 1 9    0. 0 525   ̇ = ℎ    ∞ =  0.813154/℃0.010535025℃ = 427  = ℎ̇  ∞ = ℎ ̇  427∞ = 154/℃0.0050.135025℃ = 17.1    = 0.60  ℎ  = 0.0525 235/℃   154/ ℃  0.05250.1 

 b)

 = 0.81 343 154  ̇ = ℎ  ∞ = 0.81  ℃0.010535025℃ = 426     ̇       = ℎ  ∞ = ℎ ̇  426∞ = 154/℃0.0050.135025℃ = 17 3-123El

vapor de un sistema de calefacción fluye por tubos cuyo diámetro exterior es de 5 cm y cuyas paredes se mantienen a 130°C. Al tubo se le sujetan aletas circulares de la aleación de aluminio 2024-T6 (k 186 W/m · °C), de diámetro exterior de 6 cm y espesor constante de 1 mm. El espacio entre las aletas es de 3 mm y, por lo tanto, se tienen 250 aletas por metro de longitud del tubo. El calor se transfiere al aire circundante que está a T 25°C, con un coeficiente de transferencia de calor de 40 W/m2 · °C. Determine el aumento en la transferencia de calor desde el tubo, por metro de longitud, como resultado de la adición de las aleta

     =  = 0.051 = 0.1571 ̇   = ℎ  0.06  0.∞ 0=5 40/℃0.157113025℃ = 660  =  2  = 2 = 0.005  +  2 = 0.030.025+ 0.0201 = 1.22   ℎ  =  + 2    ℎ  = 0.005 + 0.001   40/ ℃    2 186/℃0.001 = 0.08   = 0.97   +2 = 20.03 0.025+20.030.001   = 2  = 0.001916  ̇  =   ̇=  0. 9=740/ ℎ ℃0 .1571 ∞ 13025℃ = 7.81    =  = 0.050.003 = 0.0004712 

  ̇   = ℎ    ∞ = 40/℃0.000471213025℃ = 1.98  ̇   = (  ̇  + ̇    ) = 2507.81 +1.98 = 2448 ̇  = ̇    ̇   = 2448 660 = 1788 

3-137IUna

fila de varillas usadas de combustible de uranio de 3 ft de largo y 1 in de diámetro que todavía están radiactivas se entierran paralelas entre sí con una distancia entre centros de 8 in a una profundidad de 15 ft de la superficie del suelo en un lugar donde la conductividad térmica de éste es de 0.6 Btu/h · ft · °F. Si las temperaturas superficiales de las varillas y del suelo son 350°F y 60°F, respectivamente, determine la razón de la transferencia de calor de esas varillas hacia la atmósfera a través del suelo.

 = 4 ln22sinh 2  = 4 ln 18012 s3in6h2180 8  = 324.81 = 27.06  ̇ =    = 27.060.6Btu/hft °F35060℉ = 4708.44/ℎ