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Parte A
Problema 1
Se desea bombear, 50 m³/h de petróleo hasta una altura de 15m. Para ello se utiliza una cañería de 25 km de longitud total (L + L4) y 0.128m de diámetro, a 12ºC. Un proceso alternativo consiste en calentar el petróleo a 50 ºC y bombearlo en esas condiciones con la misma instalación y otra posibilidad es modificar la instalación, reemplazándola por dos tramos en paralelo de 0.064m de diámetro.
Cuál de los tres procedimientos consume menos energía por kg de petróleo a transportar?
Datos:
A 12ºC r= 914 kg/m3 m= 0.172 kg/m seg
A 50ºC r= 870 kg/m3 m= 0.0157 kg/m seg
C_p= 0.45 Kcal/kg ºC

Problema 2:
Se ensaya un diseño modificado de tanque agitado que contiene un nuevo tipo de serpentín de calefacción. El tanque opera en estado estacionario y se alimenta con un caudal W1= 1 m3/h de agua a 20ºC, siendo la temperatura de salida 80 ºC (igual a la del tanque). La temperatura ambiente es Ta= 20 ºC. Por el serpentín circula vapor a 12.5 bar. Las características del equipo son las siguientes:
Tanque cilíndrico:
Diámetro D= 0.70 m
Altura H= 1 m
Pared de acero de espesor e1= 10 mm
Espesor aislante e2= 25 mm
k1= 10 W/m ºC (acero)
k2= 1 W/m ºC (aislante)
kn= 600 W/m2 ºC (externo)

Serepentín
D= 10 mm
L- 5 m

Calcular:
El calor perdido al ambiente O
El calor transferido por el vapor condensante y el caudal másico de vapor.
El coeficiente pelicular de transerencia de calor h para el serpentín.
Plantee el balance en estado no estacionario y asumiendo que los coeficientes y propiedades físicas son independientes de la temperatura, calcule, para el caso del arranque, el tiempo que la temperatura dentro del tanque (igual a la de salida) tarda en pasar de 20ºC a 70ºC. Considere que el tanque siempre se encuentra lleno.

Una habitación cuyas dimensiones son 4 m x 5 m y su altura es 3 m, está construída con paredes de 10 cm de espesor. Como sistema de calefacción utiliza un serpentín que consiste en un tubo de 14 mm D1 y 16 mm De, por el cuál circula vapor saturado a 120ºC. Si la temperatura ambiente es de -27ºC:

Calcular la pérdida de calor hacia el exterior y la energía que es necesario suministrar para mantener la habitación a 18ºC (el techo no está aislado)
Qué caudal de vapor circula por el serpentín en esas condiciones?
El largo requerido para el serpentín.

Datos:
hext= 50 W/m2 ºC kpared= 0.6 W/m ºC Cv= 712.45 J/kg ºC
hint= 20 W/m2 ºC kserpentín= 16 W/m ºC l120ºC= 2200 kJ/kg
hvapor= 7200 W/m2 ºC

Parte B:
Para la habitación del problema 2 parte A, halle una expresión para estimar el tiempo necesario para que el aire alcance 18 ºC partiendo de la temperatura inicial igual a la temperatura ambiente. Cuál es ese tiempo?

Problema 3:
Se bombea agua desde un tanque a otro colocado por encima del primero para usarla posteriormente en una torre de humidificación (ambos tanques son abiertos) La temperatura del agua en el primer tanque es de 170ºF mientras que en el superior es de 70ºF. Durante el trayecto de uno a otro el agua es enfriada con un intercambiador de calor que le extrae 100.5 BTU/ib., y en el cuál hay una calda de presión de 50000 Pa. La cañería entre los tanques es de 2” Schedule 40 y tiene 50 m de longitud. Existen en la misma dos codos standard de 90º, dos válvulas exclusas abiertas y una válvula globo 1/2 abierta. Calculare el flujo másico sabiendo que el facotr de fricción medio para toda la cañería es de f= 0.006 y se utiliza una bomba de 2HP de rendimiento del 60%. (fig 3).

Figura 3