Transferencia del calor

1. Elabore el circuito térmico y la hoja de cálculo para el flujo de calor a través de las paredes de un cuarto frío de acuerdo a los siguientes datos.
Temperatura ambiente interior -2 °C
Coeficiente de película 18 Kcal /hr m2 °C
Temperatura aire exterior 30°C
Coeficiente de película 8 Kcal /hr m2 °C
Pared interior, refractario K = 0,07 Kcal /hr m°C
Pared exterior, ladrillo K = 6,00 Kcal /hr m °C

Emplee las dimensiones de los ladrillos normales.
Si requiere de datos adicionales, supóngalos según su criterio.

1. Suponemos que el área de transferencia es por m2, A = 1 m2
2. Las dimensiones de los ladrillos son .1*.05*.12 m.
3. ΔT/R = ΔTla/Rla = ΔTref/Rref
4. Rla= Xla/(Ala*Kla)
5. Rref=Xref/(Aref*Kref)
6. q = ΔT/R
-Hallando las resistencias:
Rla= 0.12 m/(1 m2 * 6,00 Kcal /hr m °C) = 0.02 hr °C/Kcal
Rref= 0.12 m/(1 m2 * 0.07 Kcal /hr m °C) = 1.71 hr °C/Kcal
-La cantidad de calor q:
q = ΔT/(Rla+Rref)
q = (30 – (-2)) °C/(0.02 +1.71) hr °C/Kcal
q = 32/1.73 = 18.49 Kcal/ hr
- La temperatura de la interfase
ΔT/R = ΔT/Rlad = (30 – Tinter) °C/(1.71 hr °C/Kcal)
18.49 Kcal/ hr = (30 –Tinter) °C/(1.71 hr °C/Kcal)
31.61-30 = – Tinter
Tinter = -1.61 °C

2. Una tubería de acero diámetro interior 4,68 cms, diámetro exterior 5,04 cms y 25 metros de longitud recibe jarabe a 70°C, y lo entrega a un enfriador. Teniendo como coeficiente interior (del jarabe) 45 Kcal/hr m2 °C y exterior de 12 Kcal/hr m2 °C, Determine el flujo de calor a través de la tubería y la temperatura de lainterfases, asumiendo que la temperatura del jarabe es constante a lo largo de la tubería.
Kacero = 40 Kcal /hr m °C
R1= 0.0468 m.
R2= 0.0504 m.
L = 25 m.
Tint= 70°C
Text= 30°C (supuesta, pues no se da)
Ha = 45 Kcal/hr m2 °C
Hb = 12 Kcal/hr m2 °C
Ln(r2/r1) = ln(0.0504/0.0468) = 0.0741
q = ΔT/R = UA ΔT
La resistencia, por convección interna.
Ra = 1/(2πr1Lha)
La resistencia, porconducción de la pared.
Rp = ln (r2/r1)/(2πKL)
La resistencia, por convección del fluido.
Rb = 1/(2πr2Lhb)
La resistencia total:

Rt= 1/(2πr1Lha) + ln (r2/r1)/(2πKL) + 1/(2πr2Lhb)
Rt= 1/(6.28*0.0468*25*45 ) + 0.0741/(6.28*40*25) + 1/(6.28*0.0504*25*12)
Rt= 1/(330.642) + 0.0741/(6280) + 1/(94.9536)
Rt= 0.0135 hr°C/ Kcal

El flujo de calor:

q = ΔT/Rt = (70 – 30)°C/0.0135 hr°C/ Kcal
q =2962.96 Kcal/hr

La temperatura de la interfase:
ΔTacero = (Ra/Rt)* ΔTtotal
ΔTacero = (0.0030/0.0135)*40 °C
ΔTacero = 0.22 °C.

Se observa que la caída de temperatura a través de la pared de la tubería metálica es ínfima.

3. Establezca el flujo de calor cuando la tubería del problema anterior esta recubierta de un aislamiento de fibra de vidrio de 2” de espesor y lámina de aluminioanodizado de 1 mm, teniendo los mismos coeficientes de película.

Al agregar dos capas más de material aislante se deben calcular dos resistencias adicionales, debidas a la fibra de vidrio y el aluminio.
Kfibra = 0.038 Kcal /hr m °C (fibra tipo I)
Kaluminio = 175 Kcal /hr m °C
La resistencia, por conducción de la pared debido a la fibra.
Rfib = ln (r3r2)/(2πKL)
La resistencia, por conducción dela pared debido al aluminio.
Ralum = ln (r4/r3)/(2πKL)
R3= 0.0504 m.
R3= (0.0468 + 0.0508) m = 0.0976 m
R4 = (0.0976 + 0.001) m = 0.0986 m
Calculando la nueva resistencia total:
Rt= 0.0135 hr°C/ Kcal + ln (r3r2)/(2πKL)+ = ln (r4/r3)/(2πKL)
Rt= 0.0135 + 0.66/(5.969) + 0.010/(27488.9)

Rt= 0.124 hr°C/ Kcal

El flujo de calor:

q = ΔT/Rt = (70 – 30)°C/0.124 hr°C/ Kcal
q = 322.58 Kcal/hrSe observa que el flujo de calor disminuye.

4. Por una tubería de acero de diámetro nominal 2", calibre 80, fluye vapor de agua a 220 F, (h = 1500 BTU/ hr ft2 F). La tubería se recubre con lana de vidrio en cañuelas de 2" de espesor; si el aire esta a una temperatura de 60 °F, determine el flujo de calor y las temperaturas de interfase. Si requiere de datos adicionales, calcúlelos o...