Una pared plana 15-cm de espesor tiene una conductividad térmica dada por la relación K= 2.0 + 0.0005T W / m K, donde T está en grados Kelvin. Si se mantiene una superficie de este muro a 150 ° C y el otro a 50 ° C, determinar la tasa de transferencia de calor por metro cuadrado. Dibuje la distribución de la temperatura a través de la pared.

Una larga placa de cobre 2,54-cm. de espesor grande se coloca entre dos corrientes de aire. El coeficiente de transferencia de calor en un lado es 28 W / m2 K y en el otro lado está 57 W / m2 K. Si la temperatura de ambas corrientes se cambia repentinamente de 38 ° C a 93 ° C, determine cuánto tiempo tomará para que la placa de cobre para llegar a una temperatura de 82 ° C.

Una placa de plástico de 2.5 cm de espesor inicialmente a 21 °C se coloca entre dos placas de acero calentadas que se mantienen a 138 °C. El plástico se tiene que calentar justo lo suficiente para que la temperatura de su plano medio alcance 132 °C. Si la conductividad térmica del plástico es 1.1 * 10-3 W/m K, la difusividad térmica es 2.7 * 10-6 m/s y la resistencia térmica en la interfaz entre las placas y el plástico es insignificante, calcule: a) el tiempo de calentamiento necesario, b) la temperatura en un plano a 0.6 cm de la placa de acero en el instante en que se termina el calentamiento y c) el tiempo requerido para que el plástico alcance una temperatura de 132 °C a 0.6 cm de la placa de acero.

Calcule la tasa de pérdida de calor por pie y la resistencia interna para un tubo de acero cédula 40 de 6 in cubierto con una capa de 3 in de espesor de 85% de magnesia. Por el interior del tubo fluye vapor sobrecalentado a 300 °F ( h c = 30 Btu/h ft2 °F) y en su exterior el aire está en calma a 60 °F ( h c = 5 Btu/h ft2 °F)

Estime la tasa de pérdida de calor por longitud unitaria de un tubo de acero de 2 in de diámetro interior y 2 _38 in de diámetro exterior revestido con aislamiento de alta temperatura que tiene una conductividad térmica de 0.065 Btu/h ft y un espesor de 0.5 in. Por el tubo fluye vapor a 300 °F con una calidad de 99%. La resistencia térmica unitaria de la pared interior es 0.015 h ft2 °F/Btu, el coeficiente de transferencia de calor en la superficie exterior es3.0 Btu/ft2 °F y la temperatura ambiente es 60 °F.

Un vendedor de material aislante afirma que encerrar tubos de vapor expuestos en el sótano de un hotel grande será rentable. Suponga que el vapor saturado a 5.7 bar fluye a través de un tubo de acero de 30 cm de diámetro exterior con un espesor de pared de 3 cm. El tubo está rodeado por aire a 20 °C. El coeficiente de transferencia de calor por convección en la superficie exterior del tubo se estima que es 25 W/m2 K. El costo de la generación del vapor se estima en $5 por 109 J y el vendedor propone instalar una capa de aislamiento de 85% de magnesia de 5 cm de espesor en los tubos a un costo de $200/m o una capa de 10 cm de espesor a un costo de $300/m. Estime el periodo de recuperación de la inversión para las dos alternativas, suponiendo que el conducto de vapor funciona de manera continua todo el año y haga una recomendación al propietario del hotel. Suponga que la superficie del tubo así como el aislamiento tiene una emisividad baja y que la transferencia de calor por radiación es insignificante.

Un tubo de acero estándar de 4 in (diámetro interior = 4.026 in, diámetro exterior = 4.500 in) transporta vapor sobrecalentado a 1 200 °F en un espacio cerrado donde existe un peligro de incendio, lo que limita la temperatura superficial a 100 °F. Para minimizar el costo del aislamiento, se utilizarán dos materiales:primero un aislante de alta temperatura (relativamente costoso) se aplicará al tubo y después se aplicarámagnesia (un material menos costos) en el exterior. La temperatura máxima de la magnesia debe ser de600 °F. Se conocen las constantes siguientes:

Un tubo de 30 cm de diámetro exterior con una temperatura superficial de 90 °C transporta vapor a una distancia de 100 m. El tubo está enterrado con su línea central a una profundidad de 1 m, la superficie del suelo está a -6 °C y la conductividad térmica media del suelo es 0.7 W/m K. Calcule la pérdida de calor por día y el costo de esta pérdida si el calor del vapor vale $3.00 por 106 kJ. Además estime el espesor necesario de aislamiento de 85% de magnesia para lograr el mismo aislamiento que el proporcionado por el suelo con un coeficiente de transferencia de calor total de 23 W/m2 K en el exterior del tubo.

Un satélite de cáscara esférica (3-m-DO, paredes de acero inoxidable de 1,25 cm de espesor) vuelve a entrar en la atmósfera desde el espacio exterior. Si su temperatura original es 38 ° C, la temperatura media efectiva de la atmósfera es 1.093 ° C, y el coeficiente de transferencia de calor eficaz es 115 W / m2 ° C, estimar la temperatura de la cáscara después de la reentrada, asumiendo que el tiempo de la reentrada es 10 min y el interior de la concha se evacuaron

Los coeficientes de transferencia de calor para el flujo de aire a 26.6 °C sobre una esfera de 1.25 cm de diámetro se miden observando el historial temperatura tiempo de una bola de cobre con las mismas dimensiones. La temperatura de la bola de cobre (c = 376 J/kg K, r = 8928 kg/m3) se midió con dos termopares, unoubicado en el centro y el otro cerca de la superficie. Los dos termopares registraron, dentro de la precisión de los instrumentos de medición, la misma temperatura en cualquier instante dado. En una operación de prueba, la temperatura inicial de la bola fue 66 °C y la temperatura disminuyó en 7 °C en 1.15 min. Calcule el coeficiente de transferencia de calor para este caso.

Una pared plana de 7.5 cm de espesor genera calor internamente a una tasa de 105 W/m3. Un lado de la pared está aislado y el otro está expuesto al entorno a 90 °C. El coeficiente de transferencia de calor por convección entre la pared y el entorno es 500 W/m2 K. Si la conductividad térmica de la pared es 12 W/m K, calcule la temperatura máxima en la pared.

Se va a diseñar un calentador eléctrico capaz de generar 10 000 W. El elemento calefactor será un alambre de acero inoxidable que tiene una resistividad eléctrica de 80 * 10-6 ohm-centímetro. La temperatura de operación del acero inoxidable no debe ser mayor que 1 260 °C. El coeficiente de transferencia de calor en superficie exterior se espera que no sea menor que 1 720 W/m2 K en un medio cuya temperatura máxima es 93 °C. Se dispone de un transformador capaz de suministrar corriente en 9 y 12 V. Determine un tamaño adecuado para el alambre, la corriente requerida y explique qué efecto tendrá una reducción en el coeficiente de transferencia de calor. (Sugerencia: Demuestre primero que la caída de temperatura entre el centro y la superficie del alambre es independiente del diámetro del alambre y determine su valor).