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EJERCICIOS RESUELTOS DE LA LEY DE FOURIER
Tipo: Ejercicios
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Subido el 26/07/2021
5
(1)2 documentos
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EJERCICIOS DE LEY DE FOURIER Dos depósitos de calor con temperaturas respectivas de 325 y 275 K se ponen en contacto mediante una varilla de hierro de 200 cm de longitud y 24 cm 2 de sección transversal. Calcular el flujo de calor entre los depósitos cuando el sistema alcanza su estado estacionario. La conductividad térmica del hierro a 25ºC es 0.804 J/Kcms. El sistema se encuentra en estado estacionario y tiene un gradiente de temperatura constante que viene dado por:
Estime la cantidad de calor por hora que transmite por conducción una frazada que cubre a una persona que se halla en una habitación a 0ºC****. Considere que la superficie de la frazada en contacto con el cuerpo es 1 m² , el espesor de la frazada, 1 cm y su coeficiente de conductividad térmica, 8 x 10-5^ cal / cm oC s (Nota: Suponga que las temperaturas de la cara interior y de la cara exterior de la frazada son 33ºC -temperatura de la piel- y 0ºC respectivamente. ¿Es correcta esta aproximación?) Se trata de un ejercicio demasiado simple, de aplicación de la Ley de Fourier, que describe la conducción del calor: en el que el área vale A = 1 m² = 10.000 cm² , la distancia que debe atravesar el calor para salir de adentro de la cama es Δx = 1 cm , la constante de conductividad de la frazada k = 8 x 10-5^ (cal / cm oC s) , entonces: Q/Δt = 8 x 10-5^ (cal / cm oC s) 10.000 cm² 33 ºC / 1 cm Q/Δt = 26,4 cal / s Si lo que nos interesa es conocer el flujo de calor pero medido por hora en lugar de segundo, basta con que multipliquemos por 3.600 segundos que son los que tiene una hora. Se trata de una simple conversión de unidades. Q/Δt = 26,4 (cal / s). 3.600 (s / h) = Q/Δt = 95 kcal / h
Problemas. 1) Una chimenea de hormigón armado con diámetro interior D 2 = 800 mm, diámetro exterior D 3 = 1300 mm, debe ser revestida por dentro con refractario. Determinar el espesor del revestimiento y la temperatura T 3 de la superficie exterior de la chimenea, partiendo de la condición de que las pérdidas de calos de un metro de la chimenea no excedan de 2000 W/m, y de que la temperatura T 2 de la superficie interior de la pared de hormigón armado no supere 200 °C. La temperatura de la superficie interior del revestimiento es de T 1 = 425 °C; el coeficiente de conductividad térmica de revestimiento es K 1 = 0.5 W/m°C; el coeficiente de conductividad térmica del hormigón es K 2 = 1.1 W/m°C.
2) Calcular las pérdidas de calor de 1m de una tubería no aislada con diámetro d 1 /d 2 = 150/165 mm tenía al aire libre cuando por el interior de ésta corre agua con una temperatura media T 1 = 90°C y la temperatura ambiente Ta = -15°C. El coeficiente de conductividad térmica del material del tubo es K = 50 W/m°C. El coeficiente de transferencia de calor para el agua y el tubo es 1000 W/m 2 °C y el del tubo y el ambiente es 12 W/m 2 °C. Determinar también las temperaturas en las superficies interior y exterior del tubo.
Problemas. 1) Por una tubería de 150 m circulan 0.63 kg/s de vapor húmedo con calidad 10% a una temperatura de 250 °F. El diámetro interior de la tubería es 4”. A la salida de la tubería se tiene líquido saturado. Calcular la temperatura de la superficie interior del tubo. 1 lbm = 0.45359 kg 1 pulg = 2.54 cm 1 Joule = 9.478x
Problemas. 1) En un horno de 1 m 3 , las paredes verticales están hechas de un material aislante. La resistencia eléctrica fue colocada en la superficie inferior produce una potencia total de 60 W siendo su temperatura 328 K. Determine la temperatura de la cara superior del horno.
2) Se necesita conocer la cantidad de calor que una pared de un cuarto irradia sobre el piso. La temperatura de la pared es de 50°C y la del piso 27°C. La dimensiones de la pared son 3 x 6 m y la del piso 6 x 9 m. La emisividad de la pared es 0.8 y la del piso 0.6.
Problemas. 1) Un condensador opera con vapor condensante en el lado de la coraza a 27°C. El agua de enfriamiento entra a 5°C y sale a 10°C. Si el coeficiente total de transferencia de calor es de 5000 W/m 2 °C con base en la superficie del tubo exterior. Determine la transferencia de calor por metro cuadrado de superficie de tubo exterior.
2) En un intercambiador tubular de calor tipo vapor-agua el vapor de agua seco y saturado cuya presión es P = 3.5 x 10 5 Pa, se condensan en la superficie exterior de los tubos. El
