8/19/2019 Tarea 1 ProcesosAlimentos 2016 II

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOFACULTAD DE QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE ALIMENTOS Y BIOTECNOLOGÍAPROCESOS DE ALIMENTOSGRUPO 3, SEMESTRE 2016-II

TAREA 1

1.  Un horno tiene una sola pared plana de acero con 4 cm de espesor y área constante. La

conductividad térmica del acero es 40 W/m·K. La temperatura en la superficie exterior de la pared

es 300 °C y en la interior es 280 °C. Calcular el área de la superficie.

2.  Calcular la conductividad térmica (W/m·K) de un trozo de carne que tiene forma de placa cuadrada

de 5 in de lado y 1 in de espesor. Los bordes de la placa se aíslan y la energía térmica se suministra

continuamente por la superficie de mayor área de la placa a razón de 6.0 W. Las temperaturas en

ambos lados descubiertos de la placa son 45.6 y 30.0 °C.

3.  La pared de un horno está construida con tres capas planas de ladrillo. En el interior hay 20 cm de

ladrillo refractario, luego una pared intermedia de ladrillo aislante y una capa externa de 15 cm de

ladrillo para construcción. El horno opera a 1150 K y en la pared exterior la temperatura se mantiene

a 320 K. Las conductividades térmicas son 1.80, 0.26 y 0.70 W/m·K para cada tipo de ladrillo,

respectivamente. El área total es 43.0 ft2. ¿Qué espesor de ladrillo aislante se requiere para que el

flujo de energía térmica se mantenga en 4000 W?

4.  Una pared compuesta se construye con aluminio de 0.60 cm de espesor, 11.0 cm de uretano (espuma

rígida) y 2.0 cm de plástico. El área total de la pared es 3.0 m2. Se requiere que la temperatura

exterior del aluminio sea 121 °C y que la temperatura de la superficie de plástico sea 27 °C. La

conductividad térmica del aluminio, uretano y plástico es 237, 0.0450 y 2.25 W/m·K,

respectivamente. Calcular:

a)  El flujo de energía térmica a través de esta pared.

 b)  La densidad de flujo de calor

c) 

Las temperaturas en cada superficie del uretano.5.  Un tubo de acero de 4.0 cm de diámetro interno y 5.0 cm de diámetro externo tiene una

conductividad térmica de 43 W/m·K. El flujo de energía a través de la pared del tubo es 19 978 W

 por cada 3.0 m de longitud de tubo. Calcular la diferencia de temperaturas a través de la pared del

tubo.

6.  Una tubería de 5 cm de diámetro interno y una pared de 10 mm de espesor se utiliza para transportar

agua. La diferencia de temperaturas entre la superficie exterior y la interior es 0.5 K. Calcular el

flujo de energía térmica que ocurre por cada 10 metros de longitud de tubo, la conductividad térmica

de la tubería es 50 W/m·K. La tubería se aísla con un cierto espesor de material de conductividad

térmica 0.20 W/m·K. Bajo esa condición la diferencia total de temperaturas es 45 K y la pérdida de

calor se reduce a 640 W. Calcular el espesor que debe tener el aislante.7.  Un baño se enfría con un serpentín de acero inoxidable de 1 ft de longitud, con diámetro interno de

6.0 mm y diámetro externo de 10 mm. La temperatura en la superficie interior del tubo es de 40 °F y

80 °F en el exterior. La conductividad térmica del acero inoxidable depende de la temperatura de

acuerdo con la expresión siguiente: k = 7.75 + 7.78 x 10-3

T, con k en Btu /h·ft·°F y T en °F. Calcular

el flujo de energía térmica en Btu/s y en watts.

8.  Un gas a 162 °C fluye por el interior de una tubería de acero (k = 45 W/m·K) con diámetro interno

de 2.067 in y diámetro externo de 2.375 in. La tubería está aislada con 51 mm de un revestimiento

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cuya k = 0.0623 W/m·K. El coeficiente de transferencia de calor convectivo del gas en el interior de

la tubería es 30.7 W/m2·K y el flujo de energía térmica por metro de tubería es 47.8 W. La

temperatura del aire es 23 °C. Calcular:

a)  El coeficiente de transferencia de calor convectivo en el exterior del revestimiento.

 b)  El coeficiente global de transferencia de calor para el área interna y la externa.9. Las paredes de una casa se construyen con una capa de ladrillo de 4.00 in de espesor, 0.50 in de

Celotex (tablero aglomerado), 3.63 in de lana de vidrio, 0.50 in de Celotex y 0.25 in de tablero demadera. La temperatura en la superficie exterior del ladrillo es 30 °F y la del tablero interior demadera es 74 °F. La conductividad térmica del ladrillo, el Celotex, la lana de vidrio y el tablero de

madera es 0.380, 0.0270, 0.0170 y 0.120 Btu/h·ft·°F, respectivamente. El área total es 10.8 ft2, el

coeficiente de calor convectivo interior es 3.0 Btu/h·ft2·°F y el correspondiente exterior es 8.5

Btu/h·ft2·°F. Calcular:

a)  El flujo de energía térmica a través de esta pared.

 b)  El coeficiente global de transferencia de calor.

c)  Las temperaturas en la superficie interna y externa de la pared.

10. Un tubo de acero de 4 in de diámetro interno y un espesor de 0.4 in, cuya k = 40 W/m·°C, es

utilizado para transportar vapor de agua a una retorta, el flujo de energía térmica por cada 3.5 m de

tubo es de 8570 W. El coeficiente de transferencia de calor convectivo en la superficie interior y enla superficie exterior del tubo es 200 W/m

2·°C y 25 W/m

2·°C, respectivamente. La temperatura del

aire que rodea al tubo es 20 °C. Calcular:

a) 

La temperatura del vapor de agua.

 b) Si el tubo se recubre con 1.6 cm de espesor de un aislante de fibra de vidrio cuya k = 0.035

W/m·°C, obtener el flujo de energía térmica por 3.5 m de tubo y el porcentaje de reducción de la

 pérdida de calor.

c) El coeficiente global de transferencia de calor referido al área interna.

d) La temperatura en la interfaz acero-aislante de fibra de vidrio.

Fecha límite de entrega 9 de marzo de 2016 en el horario de clase.

a)  NO INCLUYA los enunciados de los problemas, solo indique el número de problema.b)  NO UTILICE hojas de reuso.c)  NO SE ACEPTAN fotocopias de ninguna especie.d)  NO SE ACEPTA material recortado y pegado en hojas.e) SÍ SE ACEPTAN soluciones manuscritas en hojas de cuaderno con lápiz o tinta con letra

legible.f) SÍ SE ACEPTAN tareas impresas en hojas blancas.

LAS TAREAS SON INDIVIDUALES

TAREA QUE NO CUMPLA CON ESTOS LINEAMIENTOS DE PRESENTACIÓN SEDEVOLVERÁ SIN CALIFICACIÓN Y SE CONSIDERARÁ NO ENTREGADA.

¿DUDAS? e-mail o personalmenteATC/mar 16