With uniform surface temperatures. hollow cylinder.

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Una esfera caliente de radio R está suspendida en un gran cuerpo de fluido en reposo. Se desea estudiar la conducción de calor en el fluido que rodea la esfera en ausencia de convección. Para este sistema, tenemos que r = R, T = TR y para r = ∞, T = T∞. Demostrar que un coeficiente adimensional de transferencia de calor (conocido como número de Nusselt) está dado por:

Nu=hD/k=2

10. Aceite para motor a 60 °C fluye sobre la superficie superior de una placa plana de 5 m de largo cuya temperatura es de 20 °C, con una velocidad de 2 m/s. Determine la razón de transferencia de calor por unidad de ancho de placa completa.

11. La presión atmosférica en Denver, Colorado (altitud de 1610 m), es de 83.4 kPa de aire a esta presión y a 20 °C fluye con una velocidad de 8 m/s sobre una placa plana de 1.5 m*6 m cuya temperatura es de 140 °C. Determine la razón de transferencia de calor desde la placa si el aire fluye paralelo: a) el lado de 6 m de largo y b) al lado de 1.5 m

12. Un tubo largo de 10 cm de diámetro fluye vapor de agua, cuya temperatura superficial externa en el tubo es de 110 °C, pasa por una zona abierta que no está protegida contra los vientos. Determine la razón de pérdida de calor del tubo por unidad de longitud, cuando el aire está a 1 atm de presión, a 10 °C y el viento sopla en flujo cruzado con respecto al tubo a 8 m/s.

13. Considere el flujo de aceite a 20 °C y 2 m/s en una tubería de 30 cm de diámetro. Una sección de 200 m de largo de la tubería horizontal pasa por las aguas heladas de un lago a 0 °C. Las mediciones indican que la temperatura de la superficie del tubo está muy cercana a 0 °C. Si se descarta la resistencia térmica del material del tubo, determine, a) la temperatura del aceite cuando el tubo sale del lago y b) la razón de transferencia de calor desde el aceite.

14. Aire caliente a la presión atmosférica y a 80 °C entra en ducto cuadrado no aislado de 8 m de largo y con sección transversal de 0.2 m2 que pasa por el ático de una casa, a razón de 0.15 m3/s. Se observa que el ducto es casi isotérmico a 60 °C. Determine la temperatura del aire y la razón de la pérdida de calor del ducto hacia el espacio del ático.

15. Una sección de 6 m de largo de un tubo horizontal de agua caliente de 8 cm de diámetro, pasa a través de un cuarto grande cuya temperatura es de 20 °C. Si la temperatura de la superficie exterior del tubo es de 70 °C, determine la razón de la perdida de calor en el tubo por convección natural.

16. Considere una placa cuadrada delgada de 0.6 m*0.6 m en un cuarto a 30 °C. Uno de sus lados se mantiene a temperatura de 90 °C, en tanto que el otro lado está aislado. Determine la razón de transferencia de calor desde la placa por convección natural si se encuentra, a) vertical, b) horizontal con la superficie caliente hacia arriba y c) horizontal con la superficie caliente hacia abajo.

17. Las dos esferas concéntricas de diámetro, Di = 20 cm y D0 = 30 cm, están separadas por aire a una presión de una atmosfera. Las temperaturas superficiales de las dos esferas que encierran el aire son Ti = 320 K y T0 = 280 K, respectivamente. Determine la razón de transferencia de calor desde la esfera interior hacia la exterior por convección natural.

18. U na barra cilíndrica de 3 cm de diámetro se inserta en forma parcial en un horno estancado uno de sus extremos expuesto al aire circundante, que se encuentra a 300 K. Las temperaturas que se miden en dos puntos apartados 7.6 cm son 399 K y 365 K, respectivamente. Determinar la conductividad térmica del material de la barra, si el coeficiente convectivo de trasferencia de calor es de 17 W/m2 K.

19. Un tanque esférico de 0.6 m de diámetro contiene oxígeno líquido a 78 K. dicho tanque se recubre de 5 cm de landa de vidrio. Determinar la rapidez de ganancia de calor en el tanque si está rodeado por aire a 278 K. el tanque se construye en acero inoxidable de 0.32 cm de grueso

20. ¿Qué espesor de aislante con una conductividad de 0.06 Btu/h ft °F debe agregarse a la tubería de 8 in, numero 140 (acero) donde circula vapor de agua para que la temperatura exterior del aislante no exceda los 250 °F. El vapor fluye a 800 °F y una velocidad de 10,000 lbm/h.

21. Un tubo de acero cédula 40, de 2 in de diámetro (diámetro interno 2.067 in y espesor de la pared 0.154 in), conduce vapor de agua, se aísla con una capa de magnesia (85%) de 2 in de espesor sobre la cual hay un revestimiento de corcho de 2 in de espesor. Calcular la pérdida de calor por hora por pie de tubo si la superficie interna de éste está a 250°F y la superficie externa del corcho está a 90°F. Las conductividades térmicas (Btu/h ft °F) de las sustancias que intervienen son, acero, 26.1, magnesia (85%), 0.04, corcho, 0.03.