Ingeniería térmica (2024/2025)
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Una varilla de cobre larga cuyo diámetro es de 2.0 cm está inicialmente a una temperatura uniforme de 100 °C. Ahora se expone a una corriente de aire a 3°C con un coeficiente de transferencia de calor de 200 W/m2•K. ¿Cuánto tiempo tomará que dicha barra de cobre se enfríe a una temperatura promedio de 25 °C? (Exprese las respuestas en segundos).
(Las propiedades térmicas del cobre: k = 401 W/m·°C, ρ = 8933 kg/m3, cp = 0.385 kJ/kg·°C.)
Identifique los enunciados correctos en el contexto del número de Biot (Seleccione todas las opciones que correspondan.)
Después de una larga y pesada semana estudiando, usted y un amigo estáis listos para relajarse y disfrutar el fin de semana. Usted toma un filete de 52 mm de grosor del congelador. Suponga que dicho filete está inicialmente a −8 °C, que se descongela cuando al temperatura en el centro del filete alcanza un valor de 4°C y que la temperatura ambiente es de 22°C con un coeficiente de transferencia de calor por convección de 10 . Desprecie el calor de fusión asociado con el cambio de fase de descongelado. Trate al filete como una pared plana unidimensional que tiene las propiedades siguientes: ρ = 1000 kg/ m3, cp = 4472 J/kg
¿Cuánta energía por unidad de área (en J/m ) se le ha agregado al filete durante este periodo de descongelado?
Dos componentes de equipo criogénico se mantienen unidos por medio de tornillos de acero inoxidable (ASTM A437 B4B) cuyo diámetro es de 25 mm. Los tornillos tienen una conductividad térmica de 23.9 W/m K y una densidad de 7.8 g/cm3. Cuando el fluido criog nico fluye entre los dos componentes, los tornillos quedan sumergidos en el fluido fr o. La longitud de cada tornillo sumergido en el fluido criogénico es de 5 cm y la temperatura inicial de los tornillos es de 10 °C. El fluido crigénico tienen una temperatura de −40 °C con un coeficiente de transferencia de calor por convección de 40 W/m2 a para Procesos de la ASME limita la temperatura mínima recomendada para los tornillos ASTM A437 B4B bolts a −30 °C (ASME B31.3-2014, Tabla A-2M). Si los tornillos están expuestos al fluido frío por 12 min, ¿estarán cumpliendo los tornillos con el código de la ASME? ¿Cuánto tiempo le tomará a los tornillos alcanzar la temperatura mínima recomendada?
En un evento de erupción de un volcán, fluye lava por el suelo a una temperatura de 1200 °C. El suelo estaba inicialmente a una temperatura de 15 °C y el flujo de lava tiene un coeficiente de transferencia de calor por convección de 4500 W/m2·K. Suponga que el suelo tiene las propiedades de suelo seco. Las propiedades de la tierra (suelo seco) son ρ = 1500 kg/m3, cp = 1900 J/kg ∙ K y k = 1.0 W/m∙K.
Calcule la temperatura de la superficie del suelo después de 12 s de la presencia de un flujo de lava.
Calcule el flujo de calor (en kW) en la superficie de la tierra después de 20 s la presencia de un flujo de lava suponiendo que la temperatura de la superficie de la tierra es de 1153°C. (incluir en respuesta)
Una placa grande fabricada con acero inoxidable (ASTM A240 410S) que tiene un grosor de 5 cm es parte del equipo para un proceso de flujo de fluidos a alta temperatura. Dicha placa tiene una conductividad térmica de 26.9 W/m K, un calor espec K y una densidad de 7.73 g/cm3. Ambas superficies de la placa est n ocasionalmente expuestas a fluido caliente a 730°C con un coeficiente de transferencia de calor por convección de 323 W/m2 a para Procesos, ASME B31.3-2014, Tabla A-1M). Si la placa tiene una temperatura inicial de 20 °C, ¿Cuánto tiempo puede estar expuesta la placa al fluido caliente antes de que alcance su temperatura máxima?
Una varilla cilíndrica larga fabricada con una aleación de níquel (ASTM B335) se utiliza como un componente en equipo de procesamiento a elevadas temperaturas. Dicha varilla tiene un diámetro de 5 cm; su conductividad térmica, calor específico y densidad son 11 W/m K y 9.3 g/cm3, respectivamente. Ocasionalmente, la varilla se sumerge varios minutos en un fluido caliente, donde la temperatura del fluido es de 500 °C con un coeficiente de transferencia de calor por convección de 440 W/m2 a para Procesos del ASME limita la temperatura m xima de uso para la varilla ASTM B335 a un valor de 427 C (ASME B31.3-2014, Tabla A-1M). Si la temperatura inicial de la varilla es 10°C, ¿cuánto tiempo puede estar sumergida la varilla en el fluido caliente antes de alcanzar su máxima temperatura de uso?
Se tiene transferencia de calor entre dos cuerpos sólidos, calientes e idénticos y sus ambientes. El primer sólido se deja caer en un gran contenedor lleno de agua,mientras que al segundo se le permite enfriar naturalmemte con el aire. ¿En qué sólido es más probable que se aplique el análisis de sistemas concentrados? ¿Por qué?
¿Por qué es más probable que el análisis de parámetros concentrados se aplique en una manzana fabricada con oro que en una manzana real? (Seleccione todas las opciones que correspondan.)
Varillas de acero de 2 m de largo y 60 mm de diámetro están siendo extruidas a través de un horno que se mantiene a una temperatura de 780°C y a un coeficiente de transferencia de calor por convección de 128 W/m2 K. Las varillas de acero ( 6 m2/s) estuvieron inicialmente a una temperatura uniforme de 30 rmino, calcule la cantidad de transferencia de calor hacia la varilla de acero despu
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