Normas de dibujo tecnico

Pérdida de calor en tubos de agua caliente
Ejemplo 9-1
Una sección de 6m de largo de un tubo horizontal de agua caliente de 8cm de diámetro, mostrado en la figura, pasa a través de un cuartogrande cuya temperatura es de 20°C. Si la temperatura de la superficie exterior del tubo es de 70°C, determine la razón de la pérdida de calor en el tubo por convección natural.
Solución
Untubo horizontal de agua caliente pasa a través de un cuarto grande. Debe determinarse la razón de la pérdida de calor en el tubo por convección natural.
Suposiciones
1. Existen condicionesestacionarias de operación.
2. El aire es un gas ideal.
3. La presión atmosférica local es de 1 atm.
Propiedades
Las propiedades del aire a la temperatura de película deTf=Ts-T∞2=20°C y
1 atm son (tabla A-15).
k=0.02699W/m°C
v=1.750×10-5m2/s
Pr=0.7241
β=1Tf=1318 K
Análisis
En este caso la longitud característica es el diámetro exterior del tubo
,Lc=D=0.08m.Entonces el número de de Rayleigh queda
RaD=gβTs-T∞D3v2Pr
RaD=(9.81ms2)1318K(70-20K)0.08m3(1.750×10-5m2s)20.7241=1.867×106
En este caso se puede determinar el número de Nusselt en la convecciónnatural a partir de la ecuación 9-25 como

Nu=0.6+0.387RaD161+(0.559Pr)9168272=0.6+0.387(1.867×106)161+(0.5590.7241)9168272
=17.39
Entonces,
h=kDNu=0.02699Wm°C0.08m17.39=5.867Wm°CAs=πDL=π0.08m6m=1.508m2
y
Q=hAsTs-T∞=(5.867Wm2°C)1.508m270-20°C=442W
Por lo tanto, el tubo perderá calor hacia el aire en el cuarto a razón de 442W,por convección natural.
Discusión
El tubo perderácalor hacia los alrededores por radiación asi como por convección natural. Suponiendo que la superficie exterior del tubo sea negra (emisividadE=1) y las superficies interiores de las paredesdel cuarto estén a la temperatura ambiente, se determina que la transferencia de calor por radiación es la siguiente figura.

Qrad=EAsσTs4-Talred4
=11.508m25.67×10-8W/m2K4(70+273K)4-