TALLER CALIFICABLEOPERACIONES UNITARIAS QUIMICA 1. ¿Cuál es la fuerza impulsora para a) la transferencia de calor, b) el flujo de corriente eléctrica y c) el flujo de fluidos? 2. Se va a calentar una bola de aluminio de 15 cm de diámetro desde 80°C hasta una temperatura promedio de 200°C. Tomando la densidad y el calor específico promedios del aluminio en este rango de temperaturas como r 2 700 kg/m3 y cp 0.90 kJ/kg · °C, determine la cantidad de energía que necesita ser transferida a la bola. 3. Se calienta agua en un tubo aislado de diámetro constante por medio de un calentador eléctrico de resistencia de 5 kW. Si el agua entra en el calentador de manera estacionaria a 15°C y sale a 60°C, determine el gasto masa de agua. 4. ¿En qué difiere la convección forzada de la natural? 5. Considere una aleación de dos metales cuyas conductividades térmicas son k1 y k2. ¿La conductividad térmica de la aleación será menor que k1, mayor que k2 o estará entre k1 y k2? 6. Las dos superficies de una placa de 2 cm de espesor se mantienen a 0°C y 80°C, respectivamente. Si se determina que el calor se transfiere a través de la placa a una razón de 500 W/m2, determine su conductividad térmica. 7. En las centrales eléctricas son muy comunes las tuberías que transportan vapor sobrecalentado. Este vapor fluye a una razón de 0.3 kg/s dentro de una tubería con un diámetro de 5 cm y longitud de 10 m. La tubería está colocada en una central eléctrica a 20°C y tiene una temperatura superficial uniforme de 100°C. Si el descenso de temperatura entre la entrada y salida de la tubería es de 30°C, y el calor específico del vapor es de 2.190 J/kg · K, determine el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la superficie de la tubería y los alrededores. 8. Los vidrios interior y exterior de una ventana de hoja doble de 4 ft 4 ft están a 60°F y 48°F, respectivamente. Si el espacio de 0.25 in entre los dos vidrios está lleno con aire en reposo, determine la razón de transferencia de calor a través de la ventana. 9. Considere una caja electrónica sellada de 20 cm de alto, cuyas dimensiones de la base son 50 cm 50 cm, colocada en una cámara al vacío. La emisividad de la superficie exterior de la caja es 0.95. Si los componentes electrónicos que están en la caja disipan un total de 120 W de potencia y la temperatura de la superficie exterior de ella no debe de sobrepasar 55°C, determine la temperatura a la cual deben mantenerse las superficies circundantes si esta caja se va a enfriar sólo por radiación. Suponga que la transferencia de calor desde la superficie inferior de la caja hacia el pedestal es despreciable. 10. Considere una persona parada en un cuarto a 18°C. Determine la razón total de transferencia de calor desde esta persona, si el área superficial expuesta y la temperatura de la piel de ella son 1.7 m2 y 32°C, respectivamente, y el coeficiente de transferencia de calor por convección es 5 W/m2 · °C. Tome la emisividad de la piel y la ropa como 0.9 y suponga que la temperatura de las superficies interiores del cuarto es igual a la temperatura del aire. 11. Considere la transferencia de calor en estado estacionario entre dos placas paralelas a las temperaturas constantes de T1 290 K y T2 150 K y con una separación L 2 cm. Suponiendo que las superficies son negras (emisividad e 1), determine la razón de la transferencia de calor entre las placas por unidad de área superficial, suponiendo que el espacio entre las placas está a) lleno con aire atmosférico, b) al vacío, c) lleno con aislamiento de fibra de vidrio y d) lleno con superaislamiento que tiene una conductividad térmica aparente de 0.00015 W/m · °C. 12. En el verano, las superficies interna y externa de una pared de 25 cm de espesor se encuentran a 27°C y 44°C, respectivamente. La superficie exterior intercambia calor por radiación con las superficies que la rodean a 40°C, y por convección con el aire del ambiente, también a 40°C, con un coeficiente de transferencia de 8 W/m2 · °C. La radiación solar incide sobre la superficie a razón de 150 W/m2. Si tanto la emisividad como la capacidad de absorción de la superficie exterior son de 0.8, determine la conductividad térmica efectiva de la pared. 13. Una hoja de acero inoxidable AISI 304 se someterá a un proceso de endurecimiento dentro de un horno eléctrico. El aire ambiental dentro del horno tiene una temperatura de 600°C, mientras que las superficies circundantes del horno están a una temperatura uniforme de 750°C. Si la emisividad de la hoja de acero inoxidable es de 0.40 y el coeficiente promedio de transferencia de calor por convección es de 10 W/m2 · K, determine la temperatura de la hoja de acero inoxidable. 14. Considere una ventana de hoja doble de 1.5 m de alto y 2.4 m de ancho que consta de dos capas de vidrio (k 0.78 W/m · °C) de 3 mm de espesor separadas por un espacio de aire estancado (k 0.026 W/m · °C) de 12 mm de ancho. Determine la razón de transferencia de calor estacionaria a través de esta ventana de hoja doble y la temperatura de su superficie interior para un día durante el cual el cuarto se mantiene a 21°C en tanto que la temperatura del exterior es de –5°C. Tome los coeficientes de transferencia de calor por convección sobre las superficies interior y exterior de la ventana como h1 10 W/m2 · °C y h2 25 W/m2 · °C y descarte cualquier transferencia de calor por radiación. 15. Para desempañar el parabrisas posterior de un automóvil se adhiere un elemento calefactor muy delgado en su superficie interna. El elemento calefactor provee un flujo de calor uniforme de 1,300 W/m2 para desempañar el parabrisas posterior cuyo espesor es de 5 mm. La temperatura interior del automóvil es de 22°C y el coeficiente de transferencia de calor por convección es de 15 W/m2 · K. La temperatura ambiente exterior es de –5°C y el coeficiente de transferencia de calor por convección es de 100 W/m2 · K. Si la conductividad térmica de la ventana es de 1.2 W/m · K, determine la temperatura de la superficie interna de la ventana. 16. Considere una pared de 5 m de alto, 8 m de largo y 0.22 m de espesor cuya sección transversal representativa se da en la figura. Las conductividades térmicas de los diversos materiales usados, en W/m · °C, son kA = kF 2, kB =8, kC = 20, kD = 15 y kE = 35. Las superficies izquierda y derecha de la pared se mantienen a las temperaturas uniformes de 300°C y 100°C, respectivamente. Si la transferencia de calor a través de la pared es unidimensional, determine a) la razón de la transferencia de calor a través de ella; b) la temperatura en el punto en el que se encuentran las secciones B, D y E, y c) la caída de temperatura a través de la sección F. Descarte cualesquiera resistencias por contacto entre las interfases. 17. Un evaporador de efecto simple produce un concentrado de tomate de 35% a partir de un jugo con 6% de sólidos y una T de 18°C. La presión en el evaporador es 20 kpa absolutos y el vapor disponible esta a 100 kpa manométricos. El coeficiente global de transferencia de calor es 440J/m(2)S°C, la temperatura de ebullición del jugo bajo las condiciones del evaporador es de60°C y el area de transferncia de calor es de 12m(2). Calcule la velocidad de alimentación de jugo al evaporador. 18. Estime a) la temperatura de evaporación en cada efecto, b) los requerimientos de vapor y c) y el area de transferencia de calor para un evaporador de doble efecto. El vapor esta disponible a 100 kpa manométrico y la presión en el segundo efecto es 20 kpa absolutos. Asuma un coeficiente global de transferencia de calor de 600J/m(2)S°C para el primer efecto y 450J/m(2)S°C en el segundo efecto. El evaporador concentra 15000 kg/h de leche cruda desde 9,5% en sólidos hasta 35% sólidos. Ignore el calor sensible y que no existe aumento en el punto de ebullición.