“OPERACIONES UNITARIAS Y TECNOLOGIAS LIMPIAS” 2 015 I

PROBLEMAS PARA CASA 2do EXAMEN FINAL

1. Una lámina grande de aluminio tiene una temperatura uniforme de 200 °C; se disminuye bruscamente su temperatura superficial a 70 °C. ¿Cuánto es el calor total por unidad de superficie que se elimina de la lámina, cuando la temperatura a una profundidad de 4.0 cm ha bajado a 120 °C?

2. Una lámina grande de aluminio tiene una temperatura uniforme de 200 °C; se expone de manera brusca a un medio de convección en superficie a 70 °C con un coeficiente de transferencia de calor de 525 W/m2 °C. Calcule el tiempo requerido para que la temperatura alcance 120 °C a una profundidad de 4.0 cm para esta circunstancia.

3. Un cilindro largo de aluminio de 5.0 cm de diámetro y a una temperatura inicial de 200 °C se expone bruscamente a un medio de convección a 70 °C y h = 525 W/m2 °C. Calcule la temperatura en un radio de 1.25 cm y el calor perdido por unidad de área, un minuto después que se expuso el cilindro al medio.

4. A una lámina de cobre de 30 por 30 cm, con 5 cm de espesor y a una temperatura uniforme de 260 °C, se le reduce bruscamente su temperatura de superficie a 35 °C. Determine el tiempo en que la temperatura del centro es 90 °C, Densidad = 8 900 kg/m3, Cp = 0.38 kJ/kg.°C, y k = 370 W/m °C.

5. Un pedazo de 5 Ib de carne asada a una temperatura inicial de 70 ‘F se coloca en un horno a 350 °F. Suponiendo que el coeficiente de calor es 2.5 Btu/h. pie2 °F y que las propiedades térmicas del asado pueden aproximarse por medio de las del agua, estime el tiempo requerido para que el centro del asado alcance una temperatura de 200 °F.

6. Una pared gruesa de concreto que tiene una temperatura uniforme de 54 °C se somete bruscamente a una corriente de aire a 10 °C. El coeficiente de transferencia de calor es 2.6 W/m2 °C. Calcule la temperatura en la lámina de concreto a una profundidad de 7 cm después de 30 min.

7. Una esfera de acero de 10 cm de diámetro se sumerge bruscamente en un tanque de aceite a 10 °C. La temperatura inicial de la esfera es de 250 °C; h = 280 W/m2 °C. ¿Cuánto tiempo tomará al centro de la esfera enfriarse a 150 °C?

8. Una lámina de cobre muy grande se encuentra inicialmente a una temperatura de 300 °C. Se reduce de manera brusca la temperatura de superficie a 35 °C. ¿Cuál es la temperatura a una profundidad de 7.5 cm, 4 min después que cambió la temperatura?

9. El aire a 20 °C y 1 atm fluye sobre una placa plana a 35 m/s. La placa tiene 75 cm de largo y se mantiene a 60 °C. Suponiendo profundidad unitaria en la dirección z, calcule la transferencia de calor a partir de la placa.

10. Sobre una placa plana, fluye agua a 15 °C y 3 m/s; calcule el flujo de masa a través de la capa límite a una distancia de 5 cm del borde principal de la placa.

11. Sobre una placa plana, fluye aire a 90 °C, 1 atm y con una velocidad de 30 m/s. ¿Qué espesor tiene la capa límite a una distancia de 2.5 cm del borde principal de la placa?

12. Sobre una placa plana fluye aire a una velocidad constante de 30 m/s y las condiciones ambientales de 20 kN/m2 y 20 °C. La placa se calienta a una temperatura constante de 65 °C, comenzando a una distancia de 7.5 cm del borde principal. ¿Cuál es la transferencia de calor total a partir del borde principal hasta un punto de 30 cm del borde?

13. El aire a 50 °C y 70 kN/m2 fluye a través de una tubería de 5 cm de diámetro a una velocidad de 3.6 m/s. Estime el coeficiente de transferencia de calor para este sistema de flujo. Suponga flujo desarrollado por completo.

14. Una placa grande vertical de 4.0 m de altura se mantiene a 60 °C y se expone a aire atmosférico a 10 °C Calcule la transferencia de calor si la placa tiene 10 m de ancho.

15. Un calentador horizontal de 2.0 cm de diámetro se mantiene a una temperatura de superficie de 38 °C y sumergido en agua a 27 °C. Calcule la pérdida de calor por convección libre por unidad de longitud del calentador.

16. Agua a 98 °C fluye a través de una tubería horizontal de acero de 2 plg, Céd. 40 [k = 54 W/m °C ] la cual se expone al aire atmosférico a 20 °C. La velocidad del aire es de 25 cm/s. Calcule el coeficiente de calor total para esta situación, basándose en el área exterior de la tubería.

p = 960 kg/m3 Viscosidad = 2.82 x 10-4 kg/m.s

k = 0.68 W/m °C Pr = 1.76