mecanica

Páginas: 5 (1063 palabras) Publicado: 20 de marzo de 2014
Ejercicios de transferencia de calor a través de la pared de un tubo
Ejercicio #1
Calcular la pérdida de calor de una tubería al aire.
Un tubo de acero de 2 pulgadas (diámetro nominal) lleva agua a 90 °C (194 °F), este se
encuentra expuesto al aire ambiente a una temperatura de 25 °C (77 °F). ¡Cuál será la pérdida de
calor por pie lineal?
Aire T=176°F
tagua = 25°C (77°F)
h
ta
a
t2
ktAcero
t1
D1

Agua T=86°F
Tagua = 90°C (194°F)

D2

ti

Existen dos resistencia en la transferencia de calor:
Pared del tubo:
q=

2πk t
2.3 log D2

(t1 − t 2 )
D1

Radiación y convección al aire:

q = haπD2 (t 2 − t a )
Combinando estas ecuaciones que reflejan en flujo de calor por cada resistencia y el como
el flujo de calor es el mismo a la largo de todo el área detransferencia, vamos a calcular el flujo
de calor desde el interior del tubo hasta el aire ambiente es decir (t1 – ta)
⎛ 2.3
D
1 ⎞

(t1 − t a ) = q⎜
log 2 +
⎜ 2πk
D1 haπD2 ⎟
t


El término dentro del paréntesis del denominador son
ecuación se reduce a:
π (t1 − t a )
q=
⎛ 2.3
D
1

log 2 +
⎜ 2k
D1 ha D2
⎝ t

las dos resistencias. Por tanto la






ZonaIndustrial Carabobo 8va. Transversal C.C. Industrial Carabobo II –
Galpón # 5. Valencia Estado Carabobo
Telefax: 0241-8320155/1138
Rif: J- 30226051-5
NIT: 0058518662

Solución:
π es una constante matemática relacionada con la formula de una circunferencia y tiene
valor de 3.1416.
D2 y D1 son variables que significan el diámetro externo e interno de la tubería
respectivamente, al igual que π sonconstantes que no dependen de la temperatura.
kt es valor de la conductividad térmica de la tubería, este valor es característico de cada
material y varía en función de la temperatura.
ha es el coeficiente convectivo del aire y al igual que la conductividad térmica de la
tubería varía en función de la temperatura pero no de la misma forma que la conductividad
térmica, el coeficiente convectivoes también una propiedad característica de cada material.
Debo suponer la temperatura de la pared externa del tubo para así calcular mediante una
gráfica preestablecida el coeficiente convectivo de aire.
Suponga t2 = 185°F, t2 – 77°F = 108 °F, ha = 2.48 Btu/h.pie2.°F
Se supone también que la temperatura de la pared interna del tubo igual a la temperatura
del líquido, es decir, ti=t1.
Laconductividad del acero a 194 °F es (kacero = kt) = 26 Btu/h.pie2.(°F/pie)
q=

3.1416(194° F − 77° F )
= 180.445 Btu / h( pie − lineal )
⎛ 2. 3

2.380
1

⎜ 2(26) log 1.939 + 2.48(2.38 / 12) ⎟




Luego se chequea la temperatura que se supuso en la pared externa del tubo, utilizando la
ecuación de transferencia de calor de la pared interna a externa del tubo, es decir, utilizandoúnicamente la resistencia del tubo:
2 * 3.1416 * 26(194° F − t 2 )
;
t2 = 193.77 °F
180.445 Btu / h( pie − lineal ) =
2.380 ⎞

⎜ 2.3 log

1.939 ⎠

185 °F ≠ 193.77 °F, no es correcto.
Ahora se supone una nueva temperatura para la pared externa del tubo t2 = 193.77 °F.
t2 = 193.77°F, t2 – 77°F = 116.77 °F, ha = 2.5 Btu/h.pie2.°F
3.1416(194° F − 77° F )
= 181.89 Btu / h( pie −lineal )
⎛ 2 .3

2.380
1

⎜ 2(26) log 1.939 + 2.5(2.38 / 12) ⎟



De nuevo se chequea la temperatura que se supuso en la pared externa del tubo, utilizando
la ecuación de transferencia de calor de la pared interna a externa del tubo, es decir, utilizando
únicamente la resistencia del tubo:
2 * 3.1416 * 26(194° F − t 2 )
t2 = 193.77 °F
;
181.89 Btu / h( pie − lineal ) =
2.380 ⎞
⎛⎜ 2.3 log

1.939 ⎠

t2 = 193.77 °F = 193.77 °F, es correcto.
q=

2

Elaborado por: Felipe Marín Toro

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Ejercicio #2
Calcular la pérdida de calor de una tubería al aire.
Un tubo de cobre de 2 pulgadas...
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