Convección: Ejercicios tipo Taller

A.    Una tubería para vapor (k= 1,2 W/m °C) de 0.12 m de diámetro exterior y 0,4 m de diámetro interior, se aísla con una capa de silicato  de calcio (k= 0,07 W/m °C)  . (a) Si el aislante tiene 20 mm de espesor y las superficies interna y externa se mantienen a T_s1 = 800 K y Ts ₂ = 490 K, respectivamente, (a)¿cuál es la pérdida de calor por unidad de longitud  de la tubería? (b) Cuánto será la pérdida de calor y temperatura externa de la superficie Ts, 2, cuando ésta se expone a un flujo de aire (T∞ = 25 °C) que mantiene un coeficiente de convección de h = 25 W/m²·K

B.     Se tiene un calentador de resistencia eléctrica en forma de un cilindro largo de 30 mm de diámetro, que cuando fluye agua a una temperatura de 25°C cruzando el cilindro, la cantidad de calor por unidad de longitud que se requiere para mantener la superficie del calentador a una temperatura uniforme de 90°C es de 28 W/m. En el caso de que al rededor del calentador fluye aire(en vez de agua), también a 25°C, pero con menor velocidad, la cantidad de calor por unidad de longitud que se requiere para mantener la misma temperatura superficial es de 400 W/m. Calcule y compare los coeficientes de convección para los flujos de agua y aire.

C.  La superficie de una pared de 10 mm de ancho de acero inoxidable (k = 15 W/m·K) se mantiene a 90°C, mientras que la superficie opuesta se expone a un flujo de aire para el que T∞ = 20°C y h = 25 W/m2·K. ¿Cuál es la t emperatura de la superficie adyacente al aire?

D.   Si la superficie de la mano se considera a una temperatura de 30°C, determine el flujo de calor por convección para (a) una velocidad del vehículo de 35 km/h en aire a -5°C con un coeficiente de convección de 40 W/m2·K y (b) una velocidad de 0.2 m/s en una corriente de agua a 10°C con un coeficiente de convección de 900 W/m2·K. ¿En cuál condición se sentiría más frío?

E.   La ventana delantera de un automóvil está sometido a una temperatura de aire ambiente de -10 ºC y con un coeficiente h de 65 w/m2K; se desempaña mediante el paso de aire caliente, sobre su superficie interna. Si el aire está a 40 ºC con un coeficiente de convección hi = 30 W/m2K. Calcular las temperaturas de las superficies interna y externa de la ventana de vidrio de 4 mm de espesor. Kvidrio: 1.4 W/mK. 
F.    Una tubería de acero (32 W/mK) que conduce vapor de agua a 5 atm y 120 °C, cruza un ambiente a 18 °C. La tubería es de acero de 8 pulg de diámetro exterior y 1 pulg de espesor de pared. Esta tubería se encuentra aislada por una capa de 5cm de un aislante de K= 0,12 W/m °C.   Calcular las pérdidas de calor por metro lineal de tubería, conociendo que los coeficientes de convección del vapor de agua y del aire son 9000 W/m² °C y 25 W/m² °C respectivamente.

G.    Una pequeña cava de refrigeración con temperatura de superficie interna -5 °C, tiene uno de sus lados de dimensiones 1,5 m de alto por 2 m de largo, expuesto a aire ambiente que se encuentra a 30°C  y tiene un coeficiente de convección de 28 W/m °C. La pared está formada internamente por 2 capas de distinto material pero de igual espesor de 10 cm, con constantes de 3,4 W/m y 0,7 W/m respectivamente. Calcular la pérdida de calor y en cuánto sería la reducción de ésta pérdida si el aire afuera cambia a una temperatura de 24 °C.

H.   Una tubería de 10 cm de diámetro interno y 12 cm de diámetro externo, está hecha de un material con k= 1,4 W/m°C , y lleva por dentro agua caliente  a T= 50 ° C con coeficiente de convección de 230 W/m °C.  Si externamente está expuesta a una corriente de aire de 20°C con h= 19 W/m°C. Calcule  la perdida de calor que se sufre por metro lineal y el % de reducción del calor si se coloca 3 cm de asbesto con k=0,09 W/m °C.