Una computadora de escritorio se enfría mediante un ventilador. Los componentes electrónicos de la computadora consumen 60 W de potencia en condiciones de carga total. La computadora operará en ambientes que se encuentran a temperaturas de hasta 45°C y alturas de hasta 3 400 m, donde la presión atmosférica promedio es de 66.63 kPa. La temperatura de salida del aire no debe exceder 60°C para satisfacer los requerimientos de confiabilidad. Asimismo, la velocidad promedio del aire no debe pasar de 110 m/min en la salida de la cubierta de la computadora donde se instala el ventilador para mantener bajo el nivel de ruido. Determine el flujo del ventilador que debe ser instalado y el diámetro de la cubierta del ventilador. 5-98
5-100E A
los tubos de una placa fría entra agua a 95°F con una velocidad promedio de 60 pies/min pies/min y sale a 105°F. El diámetro de los tubos es 0.25 pulg. Si se supone que 15 por ciento del calor generado por los componentes se disipa hacia los alrededores por convección y radiación, y que 85 por ciento restante se elimina mediante agua de enfriamiento, determine la cantidad de calor que generan los dispositivos electrónicos montados en la placa.
Una caja electrónica sellada se enfriará por medio de agua de la llave que fluye por los canales situados en dos lados de la caja. Se especifica que el aumento de temperatura del agua no debe pasar de 4°C. La disipación de potencia de la caja es 2 kW, que se elimina por completo mediante el agua. Si la caja opera 24 horas al día durante 365 días al año, determine el flujo másico de agua que fluye por la caja y la cantidad de agua de enfriamiento utilizada por año. 5-101
Un rollo largo de placa de acero al manganeso 1 Mnde 2 m de ancho y 0.5 cm de espesor (r _ 7 854 kg/m3 y c p _ 0.434 kJ/kg · °C) sale del horno a 820°C y se templará en un baño de aceite a 45°C hasta una temperatura de 51.1°C. Sila placa metálica se está moviendo a una velocidad estable de 10 m/min, determine la tasa requerida de eliminación de calor desde el ac eite para mantener su temperatura constante en 45°C. 5-103
Los componentes de un sistema electrónico, los cuales disipan 180 W, se localizan en un ducto horizontal de 1.4 m de largo cuya sección transversal es de 20 x20 cm. Estos componentes se enfrían mediante aire que esforzado a entrar al ducto a 30°C y 1 atm a una tasa de 0.6m 3/min, y sale a 40°C. Determine la tasa de transferencia de calor desde las superficies exteriores del ducto hacia el ambiente.
Los requerimientos de agua caliente de una casa semsatisfarán calentando agua desde 55°F hasta 180°F mediante un colector solar parabólico a una tasa de 4 lbm/s. El agua fluye por un tubo de aluminio delgado de 1.25 pulg de diámetro cuya superficie externa está anodizada en color negro con la finalidad de maximizar su capacidad de absorción solar. La línea central del tubo coincide con la línea focal del colector y se coloca una c amisa de vidrio fuera del tubo para minimizar las pérdidas de calor. Si se transfiere energía solar al agua a una tasa neta de 400 Btu/h por pie de longitud del tubo, determine la longitud requerida del colector parabólico para satisfacer los requerimientos de agua caliente de esta casa. 5-107E
Se tiene un tablero de circuito impreso (TCI) c on un núcleo hueco de 12 cm de altura y 18 cm de largo que disipa un total de 20 W. El ancho del hueco en la parte media del TCI es de 0.25 cm. Si el aire de enfriamiento entra al núcleo de 12 cm de ancho a 32°C y 1 atm de presión a una tasa de 0.8 L/s, determine la temperatura promedio a la que el aire sale del núcleo hueco. 5-108
Una computadora que es enfriada por un ventilador contiene ocho TCI, cada uno de los cuales disipa 10 W de potencia. La altura de los TCI es de 12 cm y la longitud de 18 cm. Un ventilador de 25 W montado en la entrada provee el aire de enfriamiento. Si el aumento de temperatura del aire a medida que fluye por la cubierta de la computadora no excede los 10°C, determine a) la tasa de flujo de aire que necesita suministrar el ventilador y b) la fracción del aumento de temperatura del aire debida al calor que generan el ventilador y su motor. 5-109
5-110 A
una sección de 15 m entra agua caliente a 90°C a una velocidad promedio de 0.8 m/s, proveniente de una tubería de hierro colado cuyo diámetro interno es de 4 c m. La superficie exterior de la tubería está expuesta en un sótano al aire frío a 10°C. Si el agua sale del sótano a 88°C, determine la tasa de pérdida de calor desde el agua.
Una habitación de 5 _ 6 _ 8 m será calentada mediante un c alentador de resistencia eléctrica colocado en un ducto corto. Al principio, la habitación está a 15° C y la presión atmosférica local es de 98 kPa, pero pierde calor de manera estable hacia el exterior a una tasa de 200 kJ/min. Un ventilador de 200 W hace que el aire circule de forma estable a una tasa promedio de flujo másico de 50 kg/min a través del ducto y el calentador eléctrico. Se puede suponer que el ducto es adiabático y no entra ni sale aire de la habitación. Para que el aire alcance una temperatura promedio de 25°C deben transcurrir 15 min; por lo tanto, encuentre a) la potencia nominal del calentador eléctrico y b) el aumento de temperatura que el aire experimenta cada vez que pasa por el calentador. 5-112
Una casa tiene un sistema de calefacción eléctrico que consta de un ventilador de 300 W y un elemento de calefacción de resistencia eléctrica colocado en un ducto. El aire fluye de forma estable por el ducto a una tasa de 0.6 kg/s y experimenta un aumento de temperatura de 7°C. Se estima que la tasa de pérdida de calor del aire en el ducto es de 300 W. Determine la potencia nominal del elemento de calefacción de resistencia eléctrica. 5-113
Una secadora de pelo es en realidad un ducto en el que se colocan algunas capas de resistencias eléctricas. Un pequeño ventilador jala aire exterior y lo fuerza a pasar por las resistencias, donde se calienta. A una secadora de pelo de 1 200 W entra aire a 100 kPa y 22°C, y sale a 47°C. El área de la sección transversal de la secadora en la salida es de 60 cm 2. Sin tomar en cuenta la potencia que consume el ventilador y las pérdidas térmicas por las paredes de la s ecadora, determine a) el flujo volumétrico del aire a la entrada y b) la velocidad del aire a la salida. 5-114
Los ductos de un sistema de calefacción de aire pasan por un área no calentada. Como resultado de las pérdidas de calor, la temperatura del aire en el ducto disminuye en 4°C. Si el flujo másico del aire es de 120 kg/min, determine la tasa de pérdida de calor del aire hacia el ambiente frío. 5-116
5-117E Al
ducto de un sistema de aire acondicionado entra aire a 15 psia y 50°F a un flujo volumétrico de 450 pies3/s. El diámetro del ducto es de 10 pulg y el calor se transfiere hacia el aire del ducto des de los alrededores a una tasa de 2 Btu/s. Determine a) la velocidad del aire en la entrada del ducto y b) la temperatura del aire en la salida.
En un tubo aislado de diámetro constante se calienta agua mediante un calentador de resistencia eléctrica de 7 kW. Si el agua entra al calentador en forma permanente a 20°C y sale a 75°C, determine el flujo másico de agua. 5-118
5-119 A
una larga tubería horizontal con un diámetro de entrada D1 _ 12 cm entra vapor a 1 MPa y 300°C con una velocidad de 2 m/s. Corriente abajo las condiciones son 800 kPa y 250°C, y el diámetro es D2 _ 10 cm. Determine a) el flujo másico del vapor y b) la tasa de transferencia de calor.
5-120 A
una tubería aislada entra vapor a 200 kPa y 200°C y sale a 150 kPa y 150°C. La relación entre los diámetros de entrada y salida para la tubería es D1/D2 _ 1.80. Determine las velocidades de entrada y salida del vapor.
