Tare A 3

UTFSM Departamento de Mecánica 2º Semestre 2005

TAREA Nº 3

TRANSFERENCIA DE CALOR (IWM-230) Fecha de publicación : 14.09.2004 Fecha de entrega : 21.09.2004 Ayudante: Pablo De la Fuente B.

(12:00 hrs. en Laboratorio Termodinámica)

Observación: Todas las suposiciones, valores de tablas o gráficos utilizados, tipo de proceso y aproximaciones consideradas, deben ser claramente expuestas y justificadas según sea el caso. “Puntaje por presentación de la tarea” : 15 pts. (claridad facilita la correción)

1.- Una conocida empresa productora de pulpa de jugo de manzana requiere almacenar a

cierta tempartarura su materia prima y luego exponerla a un cambio de tempearatura a fin de facilitar la extracción de vitaminas del insumo, para ello se tiene un estanque cilíndrico de diámetro 0,118 (m) y de largo 0,236 (m) para el almacenamiento de concentrado de manzanas de primera selección; el material del cual se encuentra hecho este estanque es plomo. Antes de fabricar este estanque cilíndrico, se tiene un cilindro macizo, el que debe pasar por algunas etapas antes de llegar a la zona operativa. Primero se inserta dentro de un horno de altas temperaturas el cual normalmente se mantiene a una temperatura de 503 [ºK] a fin de mantener una temperatura constante. Antes de llevarlo a la zona de manufactura se debe retirar el estanque cilíndrico del horno y exponerlo al medio ambiente para que las aumentar sus propiedades y evitar la generación de hongos. La temperatura ambiente 290 [ºK] y el coeficiente de convección alcanza un valor de hc = 240 [W/m2 ºC]. A continuación se pide calcular: a) La temperatura en una posición radial de 2,25 [cm] y a una distancia de 0,225 [cm] desde una de las bases del cilindro, después de haber estado 2,25 [min] expuesto al medio ambiente. b)Después de cuanto tiempo llega la temperatura de un punto ubicado en el eje vertical del cilindro a 1,25 [cm] de una de las bases del cilindro a los 398,6 [ºK].

0,236 (m)

30 pts.

2.- Se tiene una esfera de acero al carbono, la cual será sometida a un tratamiento térmico a fin de aumentar su dureza ya que necesita ser usada en rodamientos de una máquina de la industria minera. Primeramente se debe calentar la esfera a 1023 [ºK] mediante un calentador a llama y luego se procede a sumergir la esfera en un baño de un aceite especial el cual es mantenido mediante un calentador a 373 [ºK]. El diámetro de la esfera es de 0,5 (m), además =7800kg/m3) y C=460(J/kg K). A continuación se le pide que determine el tiempo requerido para que el centro de le esfera alcance 215 [ºC] para las siguientes condiciones: h = 11,4 (W/m2 K)

25 pts.

k = 17,3 (W/m K)

3.- Cierto producto industrial (forma de una pelota de tennis) debe ser mantenido entre dos rangos de temperatura a fin de que no pierda sus propiedades químicas al momento de ser procesado. Cierto material debe de ser transportado a pie desde una bodega 1 a una bodega 2 diariamente atravesando un pasillo expuesto al medio ambiente. Debido a que hoy que es un día de verano y se tuvo una temperatura extremandamente alta, durante el transporte del material, éste ha aumentado considerablemente su temperatura. así llegaron los productos tibios a la bodega número 2. La temperatura a la cual llegaron los productos fue de 35 [ºC] y el refrigerador del local mantiene una temperatura de –5 [ºC]. La temperatura ideal de procesamiento e de a lo más 13 [ºC]. Por urgencia se necesita el producto industrial en 10 minuto para ser procesado. a) ¿ Será posible disminuir la temperatura del material en 60 minutos?. Cuál es la temperatura después de 1 hora? b) Si a) no fuese posible se pide calcular en cuánto tiempo podrá ser procesado el material a su óptima temperatura?. c) calcule el calor retirado por el refrigerador hasta que el material alcanza su temperatura óptima. Datos: h = 6 [W/m2 ºC] Propiedades Material Propiedades agua Pelota de tennis:

12 (cm)

30 pts. - Cualquier atraso será calificado con NOTA “0” - Sea ordenado y justifique cada una de sus respuestas. - Las tareas deben ser escritas a mano.