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SOLUCIÓN DE EJERCICIOS

TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA – CENGEL 4 EDICIÓN

SOLUCIÓN PROBLEMA 5-136 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA CENGEL 4 EDICIÓN.

5-136 Los artículos alimenticios congelados se pueden descongelar dejándolos simplemente sobre el mostrador, pero tarda demasiado. Se puede acelerar el proceso de manera considerable para los artículos planos, como los trozos de bistec, colocándolos sobre una pieza grande de metal intensamente conductor, llamada placa para descongelar, la cual sirve como una aleta. El área superficial aumentada mejora la transferencia de calor y, por consiguiente, reduce el tiempo para descongelar. Considere dos bisteces congelados de 1.5 cm de espesor a 18°C que se semejan a un objeto circular de 15 cm de diámetro cuando se colocan próximos uno al otro. Los bisteces ahora se colocan sobre una placa para descongelar de aluminio anodizado negro (k  237 W/m · °C y a  97.1  106 m2/s y e  0.90) de 1 cm de espesor, cuyo diámetro exterior es de 30 cm. Las propiedades de los bisteces congelados son r  970 kg/m3, cp  1.55 kJ/kg · °C, k  1.40 W/m · °C, a  0.93  106 m2/s y e  0.95, y el calor de fusión es hif  187 kJ/kg. Se puede considerar que los bisteces están descongelados cuando su temperatura promedio es de 0°C y se ha fundido todo el hielo en ellos. Inicialmente, la placa para descongelar está a la temperatura ambiente de 20°C y la contratapa de madera que se coloca encima se puede considerar como aislamiento. Asimismo, se puede considerar que las superficies circundantes están a la misma temperatura que el aire ambiente y el coeficiente de transferencia de calor por convección para todas las superficies expuestas se puede considerar como 12 W/m2 · °C. Se puede despreciar la transferencia de calor desde las superficies laterales de los bisteces y de la placa para descongelar. Si se supone conducción de calor unidimensional tanto en los bisteces como en la placa y mediante el método explícito de las diferencias finitas, determine cuánto tiempo tardarán en descongelarse. Use cuatro nodos con un espaciamiento nodal de x  0.5 cm para los trozos de bistec, y tres nodos con un espaciamiento nodal de r  3.75 cm, para la parte expuesta de la placa para descongelar. También, use un intervalo de tiempo de t  5 s. Sugerencia: En primer lugar, determine la cantidad total de transferencia de calor necesaria para descongelar los trozos de bistec y, a continuación, determine cuánto tiempo transcurrirá para transferir esa cantidad de calor.

Solución:

Solución 1: Canal

 

 

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