Conveccion natural

Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Química
Ingeniería de calor
“PLECAD”
Becerra Lucatero Luis Manuel
Fuentes Cañedo José María
Garduño Olivas Enrique
Morales Cermeño Daniela
Viveros Vergara José Ángel
Grupo: 1
9 de febrero de 2011
Problema

Determinar:
a) ¿Cuánto calor sale en BTU/hr?
b) ¿Cuánto condensado se forma?
c) ¿Cuánto dinero se pierdeal año?
d) ¿Cuánto metano se utiliza?

Resolución

a)
1. Obtener del diagrama de Presión vs. Entalpía la temperatura de saturación del vapor (Ts) y el calor latente (λ) a 1000 psia.
Ts = 328°F
λ = 888.88 BTU/lb

2. Estimar T1
3. Calcular el coeficiente por radiación

hr=0.173ξT11004-Ta1004T1- Ta=0.173(0.9)T11004-520 R1004T1- 520 R

4. Calcular el coeficiente porconvección natural.
hc= αΔTD1β

hc= 0.5T1-520R8.625 in0.25

5. Calcular el coeficiente combinado por radiación y convección.
ha=hr+ hc
6. Calcular la temperatura media.
Tm=Ts+Tm2
7. A Tm, obtener la conductividad media de la lana mineral (Km).
Km0.2108+3.382 x 10-4Tm+ 5.495x10-7Tm2

8. Calcular el calor por medio de:
q1=haπD1LT1-Ta= haπ8.625in1ft12 in1000 ft(T1-60°F)
Yq2=L(Ts-Ta)12πKmlnD1 Ds"+ 1haπD1
9. Iterar cambiando el valor de T1 hasta que q1 y q2 sean iguales.
-------------------------------------------------
T1 = 221 °F
-------------------------------------------------
q = 878,231 BTU/hr

b)
1. Calcular el condensado formado.
Condensado=qλ=878,231BTUhr888.88BTUlb=988lbhr
c)
1. Calcular el costo del calor perdido, si el precio es de 5dólares el millón de BTU y el tipo de cambio es de 12 pesos el dólar.

Pérdida=878231BTUhr5 dlls106BTU24h1 día365 días1 año12pesos1 dll=461598pesosaño
d)
1. Calcular el metano equivalente, si el poder calorífico del metano es de 1000 BTU/ft3std

Metano=878231BTUhr1000BTUftstd3=878ftstd3hr
Optimización

1. Se extrapolan los valores de precios de la lana mineral.

2. Se repiteel algoritmo del inciso a), para diferentes espesores desde 1 pulgada hasta 8.5 pulgadas, obteniendo diferentes valores de T1 y q, obteniendo así la línea de costos de energía.
3. Se obtienen los costos fijos, si el plazo es de 5 años y el interés es de 15%.

Costos fijos=Inversión aislante i1+in1+in-131m3.28 ft*l*1.2

Costos fijos=Inversión aislante 0.151+0.1551+0.155-131m3.28 ft*1000ft*1.2
Los cálculos obtenidos en los pasos número 2 y 3 se compilan en la siguiente tabla:
Espesor | $/m | ($/m)*3 | ($/ft)*3 | Costos Fijos | Costos de operación | Costos Totales |
1.0 | 47.0 | 141.0 | 43.0 | 15388.7 | 461598.3 | 476987.0 |
1.5 | 51.0 | 153.0 | 46.6 | 16698.4 | 398429.7 | 415128.1 |
2.0 | 62.0 | 186.0 | 56.7 | 20300.0 | 354555.9 | 374855.9 |
2.5 | 76.0 | 228.0 | 69.5 |24883.9 | 322101.1 | 346984.9 |
3.0 | 88.0 | 264.0 | 80.5 | 28812.9 | 297004.3 | 325817.2 |
3.5 | 102.0 | 306.0 | 93.3 | 33396.8 | 276946.1 | 310342.9 |
4.0 | 116.0 | 348.0 | 106.1 | 37980.7 | 260499.6 | 298480.3 |
4.5 | 134.0 | 402.0 | 122.6 | 43874.5 | 246736.6 | 290611.0 |
5.0 | 152.5 | 457.5 | 139.5 | 49931.8 | 235025.6 | 284957.4 |
5.5 | 172.5 | 517.4 | 157.7 | 56464.7 | 224921.5| 281386.1 |
6.0 | 193.9 | 581.6 | 177.3 | 63473.1 | 216100.9 | 279574.0 |
6.5 | 216.7 | 650.1 | 198.2 | 70957.1 | 208323.2 | 279280.2 |
7.0 | 241.0 | 723.1 | 220.5 | 78916.6 | 201405.0 | 280321.6 |
7.5 | 266.8 | 800.4 | 244.0 | 87351.6 | 195204.6 | 282556.2 |
8.0 | 294.0 | 882.0 | 268.9 | 96262.2 | 189609.9 | 285872.1 |
8.5 | 322.7 | 968.0 | 295.1 | 105648.3 | 184531.9 | 290180.2 |Por lo tanto se concluye que se deben colocar 6.5 pulgadas de lana mineral como aislante.




Convección forzada

Para calcular el coeficiente por convección forzada, considerando que hay un viento de 50 km/h, necesitamos los siguientes datos del aire:
V(ft/s) | 45.56 |
Kaire(BTU/hft°F) | 0.014 |
μaire(lb/sft) | 0.000012768 |
ρaire(lb/ft3) | 0.07528 |
Ta(°F) | 60 |...