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' Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales Ingeniería Térmica Convocatoria ordinaria 23 de enero de 2012
UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA Escuela de Ingenierías Industriales y Civiles
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Nombre: Grupo:
Cuestiones de transferencia de calor Cuestión 1. Considerar un medio que tiene la siguiente ecuación de conducción de calor. (5 %) ∂2T =0 ∂x2 Para este medio, responder las siguientes preguntas en relación al fenómeno de la conducción del calor a) ¿depende del tiempo? b) ¿es unidimensional, bidimensional o tridimensional? c) ¿hay generación interna de calor? d) ¿la conductividad térmica del medio es constante o variable?
Cuestión 2. Definir el número adimensional de Nusselt. (5 %) Cuestión 3. Considerar una papa caliente, ¿la papa se enfriará con mayor rapidez, o con mayor lentitud, cuando soplamos el aire tibio que sale de nuestros pulmones sobre ella, en lugar de dejarla enfriar de manera natural en el aire más frío del cuarto? Razonar la respuesta. (5 %) Cuestión 4. En los intercambiadores de calor de forma general, ¿cuáles son los mecanismos de transferencia de calor que tienen lugar en el intercambiador de calor entre el fluido caliente y el frío? Justificar brevemente. (5 %)
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Cuestiones de ciclos termodinámicos Cuestión 5. ¿Cuál es la presión mínima a la que puede funcionar el condensador de un ciclo de potencia con vapor? (5 %)
Cuestión 6. Definir: (5 %) a) Relación de compresión en un motor diesel b) Cilindrada de un motor
Cuestión 7. ¿En qué consiste la regeneración en un ciclo de turbina de gas? (5 %)
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Cuestiones de las prácticas de laboratorio Cuestión◦ 8. Calcular gráficamente la velocidad media y las velocidades instantáneas en los minutos 1 y 5,
expresados en Datos
C min
al calentar una masa de agua cuando se le aporta una potencia calorífica constante. (5 %) t (min) T (◦ C)
0 20
1 40
2 54
4 70
5 75
6 78
7 79
8 80
9 80
10 80
Cuestión 9. De los elementos que componen los equipos de refrigeración, ¿cuál es el encargado de robar el calor? (5 %) a) compresor. b) evaporador. c) condensador. d) válvula de expansión.
Cuestión 10. En la medición de la temperatura de un fluido, el tiempo que tardan los termómetros en indicar la temperatura real del fluido, ¿de qué depende?. Razonar la respuesta. (5 %)
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Problema de transferencia de calor Problema 1. La cubierta superior de un depósito soterrado lleno de agua caliente, T∞1 = 50◦ C, está formada por una chapa plana horizontal, con una longitud L = 3m y un ancho W = 1,5m. Esta chapa está compuesta por dos capas de materiales diferentes, con las siguientes características: conductividades térmicas k1 = 15 mW◦ C y k2 = 0,95 mW◦ C ; espesores uniformes e1 = 2cm y e2 = 3cm. La cubierta está expuesta a una corriente de aire paralela a su superficie superior. El aire se encuentra a la temperatura de T∞ 2 = 20◦ C. Suponer que tanto las paredes como el suelo del depósito están perfectamente aislados. Teniendo en cuenta que la temperatura de la superficie interna de la cubierta es T1 = 35◦ C y que el coeficiente de convección entre esta superficie y el agua caliente es h1 = 10 mW 2◦ C , determinar lo que se indica en los siguientes apartados: (25 %) a) Las resistencias térmicas siguientes: de convección entre la superficie interna de la cubierta y el agua caliente Rh1 ; de conducción de ambas capas de la cubierta R1 y R2 . b) La pérdida o flujo de calor del agua caliente hacia el exterior a través de la cubierta, al aire ambiente. c) Las temperaturas T2 y T3 de las superficies indicadas en la figura adjunta. d) El coeficiente de convección h2 , relacionado con la convección forzada debida a la corriente de aire externa. e) La velocidad de la corriente de aire u∞ , teniendo en cuenta que es paralela a la longitud L del depósito. Suponer que es un fenómeno de régimen turbulento.
u∞ Cubierta
Aire T3
T∞2 = 20◦ C h2
Agua caliente k2
e2 = 3cm
k1
e1 = 2cm
ZOOM
L = 3m
T2 T1 = 35◦ C
h1 = 10 mW 2◦ C T∞1 = 50◦ C
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Problema de ciclos termodinámicos Problema 2. Un ciclo de potencia de Rankine funciona con recalentamiento. El vapor entra a la turbina a 8 M P a y 480 ◦ C y se expande hasta que la presión es de 0,7 M P a. Entonces es recalentado hasta 480 ◦ C antes de 3 entrar en la segunda etapa de expansión. El caudal de agua que entra en la caldera es de 264,4 mh . La presión de operación del condensador es de 8 kP a. La bomba funciona con una eficiencia del 80 %. Cada etapa de expansión opera con un rendimiento isoentrópico del 88 %. (25 %) Determinar: a) Esquema de la instalación y diagrama T − s. b) Potencia neta desarrollada, en kW . c) El rendimiento térmico. d) La transferencia de calor al agua de refrigeración que pasa por el condensador, en kW .
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