Se an El int de 4 tal y c Al inte media Para abarc Se pi • • • Simp

Se an El int de 4 tal y c Al inte media Para abarc Se pi • • • Simp

EXAM
MEN INGE
ENIERÍA TÉRMICA
T
(1014)
(
12 - Enero - 2015
2
Nombbre:
Calificcación
Grupo:
P1
P2
FINAAL:
Probllema 1 (60%)
Se annaliza un inteercambiador de tubos y a letas para caalentar aire mediante
m
aguua.
El intercambiadorr, de flujo cruuzado, tiene 440 tubos de cobre de un solo paso d e diámetro innterior
de 4 mm y exterioor de 5 mm, de 2 metros de longitud y dispuestos en configuraación al tresbbolillo,
tal y ccomo se mueestra en la im
magen.
Al inteercambiadorr entra un cauudal de aire de 0.1 kg/s a 20 ºC que se
s quiere callentar hasta 50 ºC,
mediaante un cauddal de agua de
d 0.2 kg/s quue entra a 700 ºC.
Para mejorar el intercambio de
d calor se ccolocan por la parte del aire aletas rectangularees que
abarccan todo el banco de tuboos. Dichas al etas son de aluminio de espesor
e
0.4m
mm.
Se pide determin
nar:
• Potencia a transferir por
p el interca mbiador. (5%
%)
• Coeficiennte global de transmisión de calor necesario. (30%
%)
• Número de
d aletas quee es necesarrio colocar paara conseguirr el intercambbio. (65%)
Simplificaciones:
• Consideraar por la partte del aire unn coeficiente de conveccióón de 50 W/m
m2·ºC.
• Analizar las aletas recctangulares uutilizando el método
m
de Ashrae
A
de equuivalencia a aletas
anulares (Figura)
Propiedades term
mofísicas a utilizar:
• AIRE: cp=1.007 kJ/kg·K, ρ=1.1311 kg/m3
• AGUA: cp=4.186kJ/kgg·K, ρ=978.88kg/m3, Pr=2..675, k=0.64881W/m·K, μ==0.0004143kkg/m·s
• ALUMINIO: k=237 W//m·K
• COBRE: k=375 W/m·K
a=5cm
b =4
4 cm
re  1.27  ri ·    0.3

M
ri

L
M
a b
M  min
m  , 
2 2
a b
L  max  , 
2 2
Problema 2 (40%)
Unos residuos radioactivos han sido depositados en un contenedor cilíndrico con una
conductividad térmica de 15 W/mºC, cuyos radios interior y exterior son 0.5 m y 0.6 m,
respectivamente que está dotado de 8 nervios del mismo material que el contenedor (tal y como
se indica en la figura). El calor generado por estos residuos es de 3250 W/m3, siendo su
conductividad térmica de 20 W/mºC.
1 cm
10 cm
Residuos
La superficie exterior del contenedor está expuesta a una refrigeración por medio de agua a
25ºC, siendo el coeficiente de película de 10 W/m2ºC. Supuesto régimen estacionario, se pide
determinar la temperatura en la superficie interior del contenedor y la temperatura máxima de los
residuos.
Nota: Analizar todo el problema por metro lineal de altura y suponer que es válida la
aproximación del extremo adiabático para el análisis térmico de los nervios