Transferencia de calor

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 kt Acero t1 D1Agua 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

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 de transferencia, vamos a calcular el flujo de calor desde el interior deltubo 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

Radiación y convección al aire:

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Zona Industrial 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 son constantes que no dependen de la temperatura. kt es valor de laconductividad 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 convectivo es también una propiedad característica de cada material. Debo suponer latemperatura 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. La conductividad 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, utilizando únicamente 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 sesupuso 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=
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Elaborado por: Felipe Marín Toro

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

Ejercicio #2 Calcular la pérdida de calor de una tubería al aire. Un tubo de cobre de 2 pulgadas (diámetro nominal, tomando en cuenta que el diámetro nominal es el mismo que para el caso de la tubería de acero) lleva agua a 90 °C (194 °F), este...