1. Edad de la Tierra. Considerando el gradiente "sub-terráneo", J. Fourier (en 1820) y luego Kelvin (en 1864),
estimaron la edad de la Tierra calculando el tiempo desde el inicio de la 'solidficación' (i.e. la temperatura 'inicial' de la Tierra
Ti= 1,300 ºC ). Si se considera la Tierra como un sólido semi-infinito, entonces la variación de temperatura es:
[ T(x,t) - Ti ] / [ To - Ti ] = erfc( eta ) = 1 - erf( eta )
y la derivada de T respecto a x, en x= 0 (i.e. el gradiente de T con la profundidad) es (To - Ti) / √(π*a*t) .
[ considere que en la superficie To = 0 ºC ]
Si el flujo de calor superficial es 40 mW/m^2 , y k= 3 W/m^2-K , a= 1.0 E-6 m^2/s
calcule la 'edad' de la Tierra en años.
2. En un supermercado, un congelador ’horizontal’ contiene alimentos que se conservan a -19.75 ºC
y cuyas características térmicas promedio son:
k= 0.5 W/m-K y a= 2.0 E-7 m^2 /s
Al ocurrir una falla en el sistema de refrigeración, se puede considerar que la interfaz superior de los alimentos
quedan en contacto con el aire ambiente a 20 ºC y que el coeficiente de transferencia de calor es h= 16.67 W/m^2 -K.
Considerando que al llegar la temperatura de 0 ºC en x= 3 mm de la superficie, se inicia el descongelamiento de los alimentos,
calcule el tiempo que transcurre desde el inicio de la falla al inicio del descongelamiento.
Se asume que la masa de alimentos congelados es similar a un sólido semi-infiito para efectos de la transferencia de calor.
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( "libro CERRADO")
Conteste las siguientes preguntas de manera concisa y precisa:
1. Cuál es la Ley de Fourier?
2. Qué es un sólido semi-infinito en un problema de conducción?
3. Porqué Bi < 0.1 permite un análisis transitorio de parámetros concentrados?
4. Describa la llamada "ley de enfriamiento de Newton".
5. La transferencia de calor es mayor en el caso de un flujo Laminar o Turbulento?
6. Nu= ? Pr= ? St= ? Ra= ?
7. Las correlaciones de transferencia de calor son generalmente Nu= f( Re, Pr ),
porqué es importante considerar al no. de Prandtl?
8. Describa la analogía de Reynolds y porqué es útil.
9. Enliste los métodos para incrementar la transferencia de calor entre dos corrientes.
10. Cuándo es importante considerar la transferencia de calor por radiación.
11. Cuál es el parámetro de mayor incertidumbre para diseñar un cambiador de calor, y porqué?
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