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    Solución P3 Sec A PDF

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    Angie Zegarra Rueda
    1) Se requiere calcular la potencia necesaria para elevar la temperatura de un recinto cerrado de 120 m3 de 7°C a 23°C en 15 minutos. La potencia requerida es de 1.91 kW. 2) En un proceso isotérmico, un sistema cerrado con 2 kg de aire cambia de 600 kPa y 200°C a 80 kPa. El trabajo realizado es de 547.1 kJ y el calor transferido también es de 547.1 kJ. 3) Para mantener la temperatura exterior de una pared de horno a 40°C, se requi

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    1) Se requiere calcular la potencia necesaria para elevar la temperatura de un recinto cerrado de 120 m3 de 7°C a 23°C en 15 minutos. La potencia requerida es de 1.91 kW. 2) En un proceso isotérmico, un sistema cerrado con 2 kg de aire cambia de 600 kPa y 200°C a 80 kPa. El trabajo realizado es de 547.1 kJ y el calor transferido también es de 547.1 kJ. 3) Para mantener la temperatura exterior de una pared de horno a 40°C, se requi

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    1) Se requiere calcular la potencia necesaria para elevar la temperatura de un recinto cerrado de 120 m3 de 7°C a 23°C en 15 minutos. La potencia requerida es de 1.91 kW. 2) En un proceso isotérmico, un sistema cerrado con 2 kg de aire cambia de 600 kPa y 200°C a 80 kPa. El trabajo realizado es de 547.1 kJ y el calor transferido también es de 547.1 kJ. 3) Para mantener la temperatura exterior de una pared de horno a 40°C, se requi

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    Angie Zegarra Rueda
    1) Se requiere calcular la potencia necesaria para elevar la temperatura de un recinto cerrado de 120 m3 de 7°C a 23°C en 15 minutos. La potencia requerida es de 1.91 kW. 2) En un proceso isotérmico, un sistema cerrado con 2 kg de aire cambia de 600 kPa y 200°C a 80 kPa. El trabajo realizado es de 547.1 kJ y el calor transferido también es de 547.1 kJ. 3) Para mantener la temperatura exterior de una pared de horno a 40°C, se requi

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    Ejercicio 1

    Se va a calentar un recinto de 4 m X 5 m X 6 m con un calentador eléctrico colocado sobre un


    rodapié. Se desea que ese calentador pueda elevar la temperatura del recinto de 7 a 23°C en 15 min.
    Suponiendo que no hay pérdidas de calor del recinto, y que la presión atmosférica sea 100 kPa,
    calcule la potencia requerida en el calentador. Suponga que los calores específicos son constantes a
    la temperatura ambiente. (cv,prom=0.718kJ/kg.K)

    Solución:

    En un sistema cerrado la ecuación del balance de energía es:

    Een  Esal  Esist


    Q  Ec  E p  0
    We,e n  U  mcv , prom (T2  T1 )

    We,e n t  mcv , prom (T2  T1 )

    La masa de aire es:

    V  (4)(5)(6)  120m3
    P1V (100kPa)(120m3)
    m   149.3kg
    RT 1 (0.287kPa.m3 / kg.K )(280 K )

    Por lo tanto:

     (149.3kg )(0.718kJ / kg.C )(23  7)C


    We,in   1.91kW
    (15)(60) s

    Ejercicio 2
    Un sistema cerrado (en el cual se da un proceso isotérmico) contiene 2 kg de aire, y en un proceso
    pasa de 600 kPa y 200°C hasta 80 kPa. Determine el volumen inicial de este sistema, el trabajo
    efectuado y el calor transferido durante el proceso. (R=0.287kPa.m3/kg.K)

    Solución:

    En un sistema cerrado la ecuación del balance de energía es:

    Een  Esal  Esist


    Qen  Wb , sal  U  mcv (T2  T1 )
    Qen  Wb , sal  0
    Qen  Wb , sal
    EL valor inicial de volumen es:

    mRT1 (2kg )(0.287kPa.m3 / kg.K )(473K )


    V1    0.4525m3
    P1 600kPa

    Usando la relación de trabajo de frontera para un proceso isotérmico de un gas ideal:

    2 2
    dv v P
    Wb , sal  m  Pdv  mRT   mRT ln 2  mRT ln 1
    1 1
    v v1 P2
    600kPa
    Wb , sal  (2kg )(0.287 kPa.m3 / kg.K )(473K ) ln  547.1kJ
    80kPa

    De la ecuación de la energía:

    Qen  Wb, sal  547.1kJ

    Ejercicio 3
    La pared de un horno secador está construida por un “sandwich” de material aislante con
    coeficiente de conductividad térmica k=0.05 W/m.K entre dos láminas de metal delgadas. La
    temperatura del aire en el horno es T∞,i=300°C y el correspondiente coeficiente de convección es
    hi=30W/m2.K. La superficie de la pared interior absorbe un flujo radiante de q”rad=100W/m2 de los
    objetos calientes que se encuentran dentro del horno. La temperatura del aire en el cuarto es
    T∞,o=25°C, y el coeficiente de convección y radiación combinado de la superficie exterior es
    h0=10W/m2.K.

    a) Dibujar el circuito térmico para la pared e indicar todas las temperaturas, flujos de calor y
    resistencias térmicas (2 puntos).
    b) ¿Qué espesor de aislante „L‟ se requiere para mantener la superficie de la pared exterior a
    una temperatura segura para el tacto de To=40°C? (2 puntos)
    c) ¿Cuál es la temperatura de la superficie interior del horno? (2 puntos)

    Solución:

    a)

    Donde los subíndices corresponden a:


     cv,i: convección en el interior (aire del horno)
     cd: material aislante
     cv,0: convección en el exterior (aire ambiente)

    b) Analizando

    q "cv ,i  q "rad  q "cd q "cd  q "cv,o  0


    T,i  Ti Ti  T0 Ti  T0 To  T,o
     q "rad  ...........1  ........2
    R "cv,i R "cd R "cd R "cv,o

    Donde cv= convección o convección y radiación combinados, cd=conducción


    Las resistencias térmicas son:
    R "cv ,i  1/ h i  0.0333m2  K / W
    R "cd  L / k  L / 0.05m2  K / W
    R "cv ,o  1/ h o  0.100m2  K / W

    Sustituyendo los valores numéricos y resolviendo las dos ecuaciones anteriores


    simultáneamente obtenemos:
    L=0.08611 m 86.11 mm

    c) La temperatura de la superficie interior puede ser encontrada de la ecuación (2):


    T ,i  Ti Ti  T0
     q "rad  0
    R "cv,i R "cd
    Ti  298.3C

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