PROBLEMARIO DE AISLAMIENTO TRMICO 2014 PROF: CSAR RAMREZ SANTIAGO 1.- Se desea realizar un tratamiento trmico a un fluido que presuntamente tiene Bacillus licheniformis, hacindolo circular por el interior de un tubo de porcelana de 3 cm de dimetro interno y 1 cm de espesor, a una T tal que la cara interna del tubo se encuentre a 110 C. La pared externa se mantenga a 30 C y es refrigerada por aire. Calcule: a) Q perdido por metro lineal y hora. b) Intercambio de calor. Si el tubo est recubierto por una capa de amianto de 2 cm de espesor, manteniendo la temperatura de la capa externa del amianto a 30 C y la temperatura de la cara interna de la porcelana a 110 C c) La temperatura de la pared externa de la porcelana en las condiciones del inciso c. Nota.- kporcelana = 1.3 kcal/m C h kamianto = a 0 C 0.130 kcal/m C h - a 100 C 0.165 kcal/m C h Solucin: a) Q = 1279.5 kcal/h b) Q = 118.32 kcal/h c) Text de porcelana = 102.6 C 2.- La pared del tubo en un intercambiador de Q multitubular tiene una de 55.6 W/m C. Si la T del fluido en el interior del tubo es 80 C y la exterior es 120 C y los coeficientes individuales de transmisin de Q son: interior de 568 W/m2 K y exterior de 5678 W/m2 K. a) Calcular U para la tubera de dimetro de 2.54 cm. b) La temperatura en la pared interna del tubo. Solucin: a) Ui = 511.43 W/m2 C; b) T interna = 116 C 3.- En un proceso de pasteurizacin se desea utilizar una tubera cuyo Di es de 2.5 cm, el fluido es pasado a travs de ella a 80 C. El coeficiente individual de transmisin de calor por el lado interno del tubo es de 10 W/m2 C. La tubera tiene un espesor de 0.5 cm y est constituida en acero ( = 43 W/m C). La Tambiente en el exterior es de 20 C. El coeficiente individual de transmisin de Q para el lado externo de la tubera es de 100 W/m2 C. Calcular a) La transferencia de Q (prdida de Q). b) El coeficiente global de transmisin de Q por cada m de tubera, utilizando el rea externa y el rea interna de la tubera. Solucin: rea interna: a) 43.9 W, b) 9.325 W/m2 C, rea externa: a) 43.9 W, b) 6.66 W/m2 C EXPLIQUE LOS RESULTADOS

4.-se tiene una pared formada por 10 cm de ladrillo de = 0.7 J/m s C y una lmina de aluminio de 1.3 mm puesta en serie con el ladrillo, y que tiene una = de 208 J/m s C, sus cuyos coeficientes individuales de transmisin de Q son de 9.9 y 40 J/m2 s C respectivamente. a) Calcular el valor U para dicha pared. Solucin: U = 3.719 W/m2 C. 5.- Un horno tiene sus paredes construidas de un determinado tipo de ladrillo de 15 cm de espesor. Si el coeficiente de conveccin de la pared al aire es de 11 Kcal/m2 h C, la T de la cara interior del horno 700 C y la del aire 20 C. La es de: 0.25 kcal/m C h Calcular: a) Prdida de Q por h y m2 de superficie b) Temperatura de la cara exterior del horno en estas condiciones. Solucin: a) q/A = 4111459 J/h m2 b) Text del horno = 109.3 C 6.- Un pur de chicharos, espinacas y brcoli est fluyendo a 3 m/min sobre una superficie plana de 0.9 m de longitud y 0.6 m de ancho, si se est condensando vapor de agua en la otra cara de la lmina de forma que la superficie que est en contacto con el pur est a 104 C. Suponer que las propiedades del pur son: = 1040 kg/m3, Cp = 3980 J/kg C, = 0.002 N s/m2, = 0.52 J/m s C. a) Calcular el coeficiente de transmisin de calor superficial Solucin: hs = 111.96 W/m2 C EXPLIQUE RESULTADOS. 7.- Se desea suministrar vapor de agua a un evaporador para concentrar jugo de tomate mediante una tubera horizontal de 10 cm de dimetro. La temperatura de la tubera sin aislar es de 130 C y la temperatura del aire es de 30 C. a) Estimar el coeficiente de transmisin de Q por conveccin para la prdida de Q. Solucin: hcv = 7.1 W/m2 C 8.- Se hace pasar aire caliente a 90 C a travs de un lecho de frijoles. Suponiendo que la temperatura de la superficie de los frijoles es de 30 C y el d(1,0) de cada frijol es de 0.5 cm. La velocidad del aire a travs del lecho es de 0.3 m/s. a) Calcular el coeficiente de transmisin de Q por conveccin Solucin: hcv = 37.4 W/m2 C

9.- Una marmita es utilizada para calentar una disolucin azucarada para la elaboracin de almbar est constituida con camisa calefactora construida con acero inoxidable de 1.6 mm de espesor. El Q procede de la condensacin de vapor de agua a 200 kPa en la marmita. Los coeficientes de transmisin superficiales de vapor condensante y de la disolucin de azcar son: 12000 y 3000 J/m2 s C respectivamente, y la del acero inoxidable 21 W/m C. Si la superficie de transmisin de Q es de 1.4 m2 y la T de la disolucin de azcar de 83 C. a) Calcular la cantidad de vapor de agua que se condensa por min. Nota: suponga que Aext = Aint + 10% Aint). Solucin: 2.93 kg/min EXPLIQUE SUS RESULTADOS. 10.- Se desea transportar un aceite caliente, utilizando una tubera de acero inoxidable sanitario ( = 17 W/m C). La temperatura superficial interior es de 130 C, la tubera tiene un espesor de 2 cm y 8 cm de Di y est aislada con una capa de 0.04 m de espesor de cierto material aislante de conductividad trmica 0.035 W/m C, tenindose una temperatura en la cara exterior de 25 C. a) Calcular la T en la superficie de contacto entre el acero y el aislante suponiendo estado

estacionario. Solucin: Tintermedia = 129.8 C 11.- Para mantener carne de codorniz se ha decido disear una cmara frigorfica cuya pared estar formada por 11 cm de ladrillo en el exterior, 7.5 cm de cemento y por ltimo 10 cm de corcho. La temperatura media en el interior del frigorfico ser de 18 C, y la temperatura en la superficie exterior es de 18 C. ladrillo = 0.690 J/m s C cemento = 0.760 J/m s C corcho = 0.043 J/m s C Calcular a) La velocidad de transmisin de calor a travs de la pared. b) La temperatura de la interfase entre las capas de cemento y corcho. Solucin: a) Q = 13.93 W/m2, b) T = 14.4 C EXPLIQUE OS RESULTADOS 12.- Para la construccin de una pared de aislamiento trmico en la conservacin de frutillas congeladas, se desea limitar las prdidas de Q con una pared de espuma de poliestireno, cuyo es 8 J/m s C. La T a un lado de la pared es de 20 C, y al otro lado 19 C. a) Calcule el espesor necesario de poliestireno. Nota: qmax admitido = 1 kW/m2. Solucin: e = 31.2 cm

13.- La pared (3 m x 6 m) de un tanque de almacenamiento de hormign ( = 1.37 W/m C) tiene un espesor de 15 cm. Se debe colocar un aislante para que el caudal a travs de la pared sea igual o inferior a 500 W. Si la del aislante es de 0.04 W/m C, Calcule el espesor del aislante requerido. La T superficial exterior de la pared es 38 C y la T de la pared interior de 5 C. Solucin: 0.043 m. EXPLIQE SUS RESULTADOS. 14.- Una tubera de acero ( = 43 W/m C) que tiene un espesor de 2 cm y un radio interno de 6 cm se utiliza para transportar vapor de agua desde una caldera a un intercambiador de calor que est a una distancia de 40 m. La temperatura en la superficie interna del tubo es de 115 C y en el exterior de 90 C. Nota.- La prdida de calor mxima autorizada por motivos econmicos es de 1 kW a) Calcular la prdida de calor hacia los alrededores suponiendo estado estacionario. b) Qu espesor de aislante (= 0.035 W/m C) habra que poner alrededor de la tubera para que en la superficie slo hubiera una temperatura de 25 C? Solucin: a) Q = 939 kW b) e = 9.65 cm 15.- La pared del horno de panadera (para producir bizcochos) est hecha con ladrillo refractario de 10 cm de espesor cuya es de 0.22 J/m s C. En ella hay una serie de piezas de acero cuya rea transversal total representa el 1% del rea total de la pared interna del horno, y que tienen una de 45 J/m s C. Calcular: a) Calor transmitido a travs de la pared por el ladrillo y el acero. b) Las prdidas de calor por cada m2 de pared del horno, si la parte interior de la pared est a 230 C y la pared exterior a 25 C. Solucin: a) qladrillo/Ai = 446.49 W/m2 qacero/Ai = 992.5 W/m2 b) Prdidas de calor: 1369 W/m2 EXPLIQUE SUS RESULTADOS 16.- Una lmina de corcho de 10 cm de espesor tiene una cara a 12 C y la otra a 21 C. Cul es la velocidad de transmisin de calor a travs de 1 m2 de pared si la media en ese intervalo de temperaturas vale 0.042 J/m s C. Solucin: Q = 13.86 W/m2

17.-Jugo de tomate cuya densidad es = 980 kg/m3, es colocado en una en un marmita de forma semiesfrica con una camisa de vapor y es calentado durante 5 min. El radio de la marmita es de 0.5 m. El coeficiente de transmisin de calor por conveccin en la camisa de vapor es de 5000 W/m2 C. La T de la superficie interna del recipiente es 90 C. La T inicial del jugo de tomate es de 20 C. Suponer que el calor especfico del jugo de tomate es de: Cp = 3.95 kJ/kg C. a) Calcular la temperatura del jugo de tomate Solucin: T = 83.3 C

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