Subido por Vivian Escallón

Ejercicios fenómenos de transporte

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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
Escuela de Ingeniería Química
Métodos II
1. Un tubo de cobre se encuentra sumergido en un baño mantenido a una temperatura de 20 °C. Un
líquido fluye a través del tubo que ingresa a una temperatura de 22 °C. La tubería debe ser lo
suficientemente larga para garantizar que la temperatura de liquido a la salida sea 20,5 °C. El baño
se encuentra bien agitado y se considera que la transferencia de calor en la interfaz tubo-baño es
mínima y la resistencia de la pared de cobre también puede ser ignorada. Así, la temperatura en la
pared del tubo se puede tomar como la temperatura del baño. Estime la longitud requerida del tubo
(L), teniendo en cuenta las siguientes condiciones:
Cp = 1 Kcal/(kg *°C)
R = 0,01m
v0 = 1 m/s
ρ = 1000 kg/m³
μ = 0,001 kg/m.s
ĸ = 1,43 x10-4 Kcal/(m.s.K)
Dado que el número de Reynolds está en el rango turbulento, use la correlación de Sieder y Tate (Bird
et al. 1960) para calcular h (coef. De transferencia de calor por convección)
1
N u=0 ,026 R 0e ,8 Pr 3
Donde
Nu=
hD
k
(D = 2R)
Cp μ
, Numero de Pradtl
k
Dv ρ
Re = μo
Debe utilizar el modelo que se determinó la clase anterior, para resolver el ejercicio.
Pr=
2. Varillas metálicas cilíndricas (relación longitud/diámetro = 3) son Utilizado como disipadores de
calor de una superficie caliente con temperatura de 700 ° C. El aire ambiente que fluye alrededor de
la barra a una temperatura de 30 ° C. La conductividad del metal (k) toma un valor de 0.247 cal /
(s•cm. K). El coeficiente de transferencia de calor (h) alrededor de la la superficie del disipador es
constante a 3.6 Kcal / (m2 • h.K).
a) Demuestre que la ecuación diferencial que describe la variación de la temperatura es:
d 2 T 2h
− (T −T aire )=0 ; 2 R=diámetro Para un R = 4 mm
dx 2 Rk
Para el caso en que la temperatura del metal cambia principalmente en la dirección x (x se dirige
hacia afuera desde la superficie caliente y el radio de la barra es R)
b) Encuentre las raíces características de la EDO en la parte a).
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Escuela de Ingeniería Química
Métodos II
3. El agua líquida a 25 °C se airea en una columna de burbujas donde se forman finamente burbujas de
aire con diámetro dB de 0.5 mm se inyecta simultáneamente con el líquido. El área de contacto
interfacial a, entre aire y agua se puede calcular a partir de la expresión a = 6 ε/d B, donde ε es el
volumen de fracción del aire inyectado. La columna de burbujas tiene 1,8 m de altura con un líquido
superficial. Velocidad de 0.2 m/s. La concentración de oxígeno del agua de entrada es de 0.12 × 10 -4
kmol/m3. La concentración de oxígeno saturado es de 2.67×10 -4 kmol/m3. Determinar:
a) La ecuación diferencial que describe la transferencia de masa.
b) La concentración de oxígeno de el agua de salida si el coeficiente de transferencia de masa para la
transferencia de oxígeno del líquido La interfaz con el agua a granel es de 5,8 × 10 -6 m/s. La
difusividad del oxígeno en el agua es de 2.42 × 10 -9. m2/s. La fracción de volumen del aire inyectado
es de 0,2.
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