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El presente informe desarrolla una serie de ejercicios aplicados a los temas de convección externa e intercambiadores de calor, correspondientes al curso de Transferencia de Calor.
Tipo: Ejercicios
1 / 12
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Una sección transversal de forma cuadrada, rotada 45 ° sobre su punto central, de
0,2 m × 0,2 m de lado, con superficies superior e inferior rugosas, se coloca en un
túnel de viento, de modo que sus superficies sean paralelas a una corriente de aire
atmosférico con una velocidad de 30 m/s. El aire está a una temperatura de
∞
°C, mientras que la placa se mantiene a
s
= 80 °C. El aire fluye sobre las
superficies superior e inferior de la placa, y la medición de la tasa de transferencia
de calor es de 2000 W. ¿Cuál es la fuerza de arrastre sobre la placa? (Sugerencia:
usar analogías para su solución).
Se encontró que los resultados experimentales para el coeficiente de transferencia
de calor local
h
x
para el flujo sobre una placa plana con una superficie rugosa se
ajustaban a la relación:
h
x
( x )=ax
−0.
donde a es un coeficiente (W /m
⋅ K ) y x (m) es la distancia desde el borde
delantero de la placa.
de calor promedio h en la región de 0 a x y el coeficiente de transferencia de
calor local
h
x
en x.
h
x
en función de x.
SOLUCIÓN:
El coeficiente de transferencia de calor promedio se define como:
h( x )=
x
0
x
hₓ ( x ) dx
Sustituyendo hₓ(x) = a (x)⁻ ⁰.¹:
h( x )=
x
0
x
a ( x )
−0.
dx
h( x )=
a
x
0
x
( x )
−0.
dxresolvemos la integral que es:
0
x
( x ' )
−0.
dx=
x
x
x
x
Entonces:
h
x
a
x
x
a
x
−0. 1
Perp h
x
=a x
−0. 1
, asi que:
h ( x )=
h
x
=1.111h
x
Mercurio a 25 °C fluye sobre una placa plana de 3 m de largo y 2 m de ancho cuya
superficie está a 75 °C con una velocidad de 0.8 m/s. Determinar la tasa de
transferencia de calor desde el plato.
Una esfera de acero inoxidable ( ρ= 8055 kg/m
3
, c
p
= 480 J / kg ° C ) de diámetro D=
cm es removido desde el horno a una temperatura uniforme de 350 °C. La esfera
está sujeta al flujo de aire con una velocidad de 6 m/s, 1 atm y una temperatura de
30 °C. La temperatura de la superficie de la esfera baja a 250 °C. Determinar el
coeficiente de transferencia de calor promedio durante el proceso de enfriamiento y
estimar cuanto tiempo tarda la esfera en disminuir su temperatura.
R e
D
ν
− 7
Para flujo cruzado sobre banco de tubos alineado, usamos:
Nu
D
=C ⋅ R e
D
m
⋅ P r
n
De la teoría para tubos alineados con R e
D
4
, tomamos:
Entonces:
Nu
D
h=
Nu
D
⋅ k
= 11232 W/m
2
L
Usamos la ecuación de la razón de transferencia de calor:
q= m˙ c
p
e
i
Si suponemos 1 m de ancho transversal del banco:
T
T
⋅ 1 m=0.03 ⋅ 1 =0.03 m
2
m= ρV A
T
= 988 ⋅ 0.8 ⋅ 0.03=23.7 kg/s
q=23.7 ⋅ 4180 ⋅ ( 65 − 15 )= 4953300 W
También:
q=h A
s
lm
s
=N ⋅ πDL , donde
L
T
, y para 1 metro de ancho
transversal:
T
1 m
L
s
L
⋅ 25 ⋅ π ⋅ 0.01 ⋅ 4
lm
s
i
s
e
ln
(
s
i
s
e
)
ln
(
)
ln ( 3 )
∘
Entonces:
q=h ⋅ A
s
lm
s
q
h ⋅ Δ T
lm
= 4 9.7 m
2
Finalmente:
L
s
25 ⋅ π ⋅ D ⋅ L
25 ⋅ π ⋅ 0.01 ⋅ 4
L
= 16 filas de varillas calefactoras
