Problemas transferencia de calor y masa

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Datos:[pic 62]

[pic 63]

[pic 64]

[pic 65]

[pic 66]

Solución: Se pide la temperatura que debería tener el resistor para que pueda escapar el calor, así que se trata de un problema de convección.

[pic 67]

Necesitamos el valor del coeficiente de convección, así que lo despejamos.

[pic 68]

Sustituyendo:

[pic 69]

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6. Considere una caja electrónica sellada de 20cm de alto cuyas dimensiones de la base son de 40x40cm, colocada en una cámara al vacío. La emisividad de la superficie exterior de la caja es de .95, si los componentes electrónicos están en la caja y disipan un total de 100Wde potencia y la temperatura de la superficie exterior es de 55°C. Determine la temperatura a la cual debe mantenerse la superficie circundantes su esta caja se va a enfriar sólo por radiación, suponga que la transferencia de calor desde la superficie inferior de la caja hacia el pedestal es despreciable.

Datos:

[pic 70][pic 71]

[pic 72]

[pic 73]

[pic 74]

Solución: para encontrar la solución al problema, tratándose como un problema de radiación, despejamos la temperatura ambiental para conseguirla.

[pic 75]

Sustituyendo:

[pic 76]

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7. Considere un colector solar de placa plana colocado en el techo de una casa, se miden las temperaturas en las superficies interior t exterior de la cubierta de vidrio t resultan de 28°C y 25°C, respectivamente. La cubierta de vidrio tiene un área de , un espesor de .6cm, y una conductividad térmica de °C. El coeficiente de transferencia de calor en la superficie por convección de y una temperatura ambiente de 15°C. Determine la razón total de transferencia de calor.[pic 77][pic 78][pic 79]

Datos:[pic 80]

[pic 81]

A=2.5[pic 82]

[pic 83]

[pic 84]

[pic 85]

[pic 86]

[pic 87]

Solución: Se observa que se presentan dos fenómenos de transferencia de calor (convección y conducción), así que la suma de ambos es la razón total de transferencia de calor.

[pic 88]

[pic 89]

Sustituyendo:

[pic 90]

[pic 91]

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8. Un calefactor eléctrico con el área superficial de y una emisividad de .75 está en un cuarto en donde el aire tiene una temperatura de 20°C y las paredes se encuentran a 10°C. Cuando el calefactor consume 500W de potencia eléctrica, su superficie tiene una temperatura estacionaria de 120°C.[pic 92]

Datos:[pic 93]

[pic 94]

[pic 95]

[pic 96]

[pic 97]

[pic 98]

a) Determine la temperatura de la superficie del calefactor cuando consume 700W. Si se supone que la radiación es despreciable.

Solución: es necesario conocer el coeficiente de transferencia por convección, así que primero lo obtenemos y luego despejamos para obtener la temperatura superficial.

[pic 99]

Se procede a conseguir la temperatura superficial.

[pic 100]

b) Determine la razón de pérdida de calor por radiación, cuando se encuentra en el cuarto donde el aire tiene una temperatura de 20°C y una temperatura de superficie de 120°C.

Solución: simple sustitución de datos ya conocidos.

[pic 101]

[pic 102]

c) Determine la temperatura de la superficie por radiación cuando se encuentra al aire libre con una temperatura de 30°C.

Solución: no se puede realizar con ningún método, la ley de Sthefan-Boltzman sólo aplica en ambientes cerrados.

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8. Una esfera de 10cm de diámetro, cuya superficie se mantiene a una temperatura de 80°C, está suspendida en medio de un cuarto que está a 22°C. Si el coeficiente de transferencia de calor por convección es de , y la emisividad de la superficie de la esfera es de .8.[pic 103]

[pic 105][pic 104]

[pic 106]

[pic 107]

[pic 108]

[pic 109]

[pic 110]

[pic 111]

a) Determine la razón total de transferencia de calor.

Solución: Analizando el dibujo, se trata de los fenómenos de radiación y convección. Se desprecia la conducción ya que no está tocando ninguna superficie, así que sólo será un análisis de suma de energía por convección y radiación:

[pic 112]

[pic