Ingeniería de trabajo. Horno

1. Se requiere estimar la potencia necesaria para suministra a un horno

eléctrico, donde sus dimensiones interiores y exteriores son de 50 cm x 65 cm x

80 cm y de 55 cm x 70 cm x 85 cm, siendo su material de construcción: una

lámina de forro de metal en su superficie exterior de 2 mm de espesor, y unos

ladrillos de material de asbesto en la pared interior, donde la temperatura de la

pared interior debe alcanzar los 1500°C, y la la temperatura de la pared exterior

debe permanecer a 120°C. Además, si se ignoran las pérdidas de calor a través

de las esquinas y las aristas, Calcule la potencia requerida en watts que se

suministra para mantener esta condición de estado estacionario.

Horno:

Potencia requerida en watts que se suministra para mantener esta

condición de estado estacionario.

El sistema está compuesto por dos paredes en serie por cada lado, como el

horno tiene 6 lados, de los cuales cada 2 son iguales, o sea, 3 parejas de lados

iguales, la primera capa de cada pared es de asbesto y la segunda de metal, el

área efectiva de transferencia de calor ignorando las esquinas y aristas en cada

lado es:

En el lado lateral (A) de medidas externas 70cmx85cm:

Área=65cm*80cm=5200cm2*(1m/100cm)2=0,52m2

En el lado frontal (B) de medidas externas 85cm*55cm:

Área=80cm*50cm=4000cm2*(1m/100cm)2=0,4m2

En el lado superior (C) de medidas externas 55cm*70cm:

Área=50cm*65cm=3250cm2*(1m/100cm)2=0,325m2

Como cada medida externa tiene 5cm de diferencia respecto a su medida

interna, el espesor de cada pared es de la mitad para cada lado, es decir, 2,5cm

(25mm) y de estos 25mm, 2mm (0,002m) corresponde al forro de metal, dejando

23mm (0,023m) para el ladrillo de asbesto, esto para todas las paredes.

El flujo de calor en este caso, corresponde al calor que se pierde a través

de las resistencias, es decir, a través de las 6 paredes compuestas por asbesto de

23mm y del metal de 2mm de espesor, en cada área:

𝑞 =

∆𝑇

∑ 𝑅

=

∆𝑇

∑(𝑅𝑎𝑠𝑏 + 𝑅𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙)

Deben calcularse las resistencias del asbesto y del metal para cada área:

Sumando las áreas calculadas:

At=0,52m2+0,4m2+0,325m2=1,245m2

La resistencia del asbesto es (todas las áreas tienen el mismo espesor):

Rasb=espesor/(Kasb*A)=0,023m/[(0,166W/m°C)*(1,245m2)]=0,11129°C//W

La resistencia del metal es (se asumió acero como material de la capa de

metal):

Rm=espesor/(Km*A)=0,002m/(72,7W/m°C)*(1,245m2)=0,000022097°C/W

Sustituyendo en la ecuación del flujo de calor:

𝑞 =

(1500 − 120)°𝐶

(0,11129 + 0,000022097)°𝐶/𝑊

𝑞 = 11880,97𝑊

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