Transferencia de calor práctica.

RESUELVE EL SIGUIENTE PROBLEMA:

Por una tubería de Acero circula Vapor de Agua 120°C. El diámetro interno de la tubería (Di) es de 2 in y un espesor (de 3 mm. El coeficiente de transferencia de calor del vapor (h0) equivale a 20 BTU/HR FT2 °F.[pic 1]

a) Si la temperatura de la superficie exterior de la tubería equivale a 90°C, determinar la razón de transferencia de calor. (Kacero= 26 BTU/HR FT °F)

a’) Si la temperatura del medio que rodea la tubería de Acero fuera de 25°C, determina el coeficiente de transferencia de calor del medio.

b) Si se requiere reducir la pérdida de energía en un 80% colocando un  material aislante (Kaislante= 7 BTU/HR FT °F) determinar el espesor del aislante que se requiere para dicho propósito.

[pic 2]

PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN:

a)Determinar la razón de transferencia de calor si T1= 90°C:

 Balance de energía

[pic 3]

[pic 4]

Para el vapor

[pic 5]

Para el acero

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

  [pic 10]

                           (Si rqr=cte)                                    

[pic 11]

Integrando

[pic 12]

[pic 13]

Resolviendo sistema de ecuaciones simultáneas:

[pic 14]

[pic 15]

Despejando de (i)

[pic 16]

Despejando de (ii)

[pic 17]

Sumando (i) + (ii) y despejando q0

[pic 18]

a’) Determina el coeficiente de transferencia de calor del medio si Tb= 25°C, h1=¿?

(Aplicando Ley de Enfriamiento de Newton)

Considerando  ,  ,  [pic 19][pic 20][pic 21]

[pic 22]

Por Ley de la conservación de la Energía

 [pic 23]

Por lo tanto

[pic 24]

Sustituyendo y despejando en (i)

[pic 25]

b) Para el espesor del aislante si se requiere reducir la pérdida de energía en un 80%.

Consideración: *Si las h no cambian (h2=h1)

[pic 26]

[pic 27]

Por Ley de la conservación de la Energía

 [pic 28]

Por lo tanto

[pic 29]

Sustituyendo q2

[pic 30]

Con ecuaciones:

[pic 31]

[pic 32]

Retomando para q0

[pic 33]

Para valor de r2 se iterara valores de r2 hasta obtener el q0 c/a indicado.

De donde

[pic 34]

Para el Espesor

[pic 35]

SOLUCIÓN NUMÉRICA

Conversión de unidades de los datos:

Di= 2in

[pic 36]

Por lo que [pic 37]

[pic 38]

Para el espesor, [pic 39]

[pic 40]

Considerando que:    [pic 41]

[pic 42]

[pic 43][pic 44]

...