Ingeniería térmica (2024/2025)
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Se tiene una caldera de gas natural doméstica de 20 kW
La composición del gas natural (% en volumen) es de 92% de metano, 5% de propano, 3% dióxido de carbono.
El exceso de aire se fija en el 15%. Se considera combustión completa.
La tempertura de salida de gases es de 45 C . La temperatura ambiente es de 10 C.
Pérdidas incontroladas, 1% sobre PCI
Cualquier otro dato necesario y no suministrado utilizar el valor del ejercicio 2 de la práctica (caldera de gas natural).
Todos los resultados deben darse con 4 cifras significativas y en las unidades indicadas (no escribir las unidades en la respuesta).
Calcular
1) El caudal de gas natural en (kg/h)
2) El aire de combustión (kmol aire/kg combustible)
3) El caudal de condensado en kg/h
4) La facción molar de CO en gases secos (tpu)
5) El rendimiento sobre PCI en %
6) Pérdidas en vapor de agua en gases sobre PCS (tpu)
7) PCI del gas natural (MJ/kg)
Se tiene el proyecto de realizar una caldera industrial de biomasa para suministrar 200 kW de vapor saturado.
El análisis elemental de la biomasa, en base seca, es el siguiente: Z = 5%, C = 47.7%, H = 6.14%, N = 0.46%, S = 0.1%, O = 40.6%. y la PCS = 20.2 MJ/kg. La humedad con la que almacenará y se alimentará a la caldera es del 5%.
El exceso de aire se fija en el 40%. Se espera que el porcentaje de inquemados en cenizas sea del 1% y el CO en gases de 250 ppm (base húmeda)
La tempertura de salida de gases es de 169 C y la de evacuación de cenizas de 400 C. La temperatura ambiente es de 9 C. Pérdidas incontroladas, 2% sobre PCS.
Cualquier otro dato necesario y no suministrado utilizar el valor del ejercicio 1 de la práctica (caldera de biomasa).
Todos los resultados deben darse con 4 cifras significativas y en las unidades indicadas (no escribir las unidades en la respuesta).
Calcular
1) El caudal de biomasa en (kg/h)
2) El oxígeno estequiométrico (kg O2/kg combustible)
3) Las pérdidas en gases secos en tanto por uno sobre PCS
4) Las pérdidas en vapor de agua en gases en tanto por uno sobre PCI
5) El rendimiento sobre PCS en %
6) La potencia de combustible que entra en la caldera, sobre PCI (kW)
7) Cuando la caldera lleva un tiempo en funcionamiento se realiza un análisis de gases y se obtiene que la emisión de CO son 300 ppm y el oxígeno en gases del 7% molar, ambos valores en en base seca. Con que índice de exceso de aire está funcionando la caldera
Durante el enfriado de bolas de acero, el coeficiente de transferencia de calor por convección se calcula experimentalmente en función de la velocidad del aire como
m/s, donde h y ∙K y m/s, respectivamente. Se tiene una bola de acero de 24-mm de diámetro inicialmente a 300 °C con una conductividad térmica de 15 W/m∙K. Las bolas de acero están enfriadas por aire a 29°C y a una velocidad de 1.5 m/s. Calcule el gradiente de temperatura en la superficie de la bola de acero.
(Redondee la respuesta final al número entero
más cercano).
Identifique las condiciones de capa límite para las componentes de velocidad u y la temperatura T en la superficie de la placa, para un flujo estacionario bidimensional sobre una placa plana isotérmica en la dirección x.
Dos placas metálicas están conectadas por medio de una barra de acero inoxidable larga ASTM A479 904L. Un gas caliente a 380°C fluye entre las placas y a través de la barra. La barra tiene una sección transversal con un ancho de 2 cm y la longitud de la barra expuesta al gas caliente es de 10 cm. El coeficiente de transferencia de calor por convección promedio de la barra en flujo cruzado está correlacionado con la velocidad del gas por medio de , donde ⋅K y m/s, respectivamente. La temperatura máxima de uso de la ASTM A479 904L es 260 °C. La temperatura de la barra se mantiene por medio de un mecanismo de enfriamiento con la capacidad de remover calor a una tasa de 100 W. Calcule la velocidad máxima que el gas puede alcanzar sin que se caliente la barra de acero inoxidable por encima de la temperatura máxima de uso que establece el Código para Tubería de Procesos de la ASME. En m/s
Identifique las características del número de Nusselt.
Una placa metálica está siendo enfriada por aire ( = 0.259 W/m∙K) en la superficie superior mientras que la superficie inferior está sujeta a un flujo de calor uniforme de 1050 W/m . Calcule el gradiente de temperatura en el aire en la superficie superior de la placa metálica. (Redondee la respuesta final a dos dígitos decimales).
Considere un flujo sobre una superficie con los perfiles de velocidad y temperatura dados por las expresiones siguientes:
u = C1(y+y2−y3)
T =C2−e−2C2y
donde los coeficientes C1 y C2 son constantes. Identifique (entre las opciones siguientes) la expresión para el coeficiente de transferencia de calor por convección (
Un hombre promedio tiene una superficie corporal de 1.8 m2 y una temperatura de la piel de 33°C. El coeficiente de transferencia de calor por convección para una persona vestida caminando en aire quieto se expresa como < 2 m/s, donde es la velocidad del hombre caminando en m/s. Suponga que la temperatura superficial promedio de la persona vestida es de 30 °C.
Calcule la pérdida de calor de un hombre
promedio caminando en aire quieto a 9°C por convección a una velocidad
caminando de 0.5 m/s.; en W.
Gas criogénico fluye a 5 m/s en dirección paralela con respecto a la superficie de una placa de acero inoxidable ASTM A240 410S. La temperatura del gas frío es −45°C y la longitud de la placa es 1 m. La temperatura mínima apropiada para la placa ASTM A240 410S es −30 °C. Con el interés de diseñar el calentador, calcule el flujo de calor promedio sobre la superficie de la placa necesario para mantener la temperatura de la superficie a −30 °C. Utilice las propiedades del gas siguientes para el análisis: = 1.002 kJ/kg⋅K, kg/m⋅s y
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