http://cursosauladigital.blogspot.com/ Ejemplo practico de calculo de perdidas de calor en tuberias

1. Pérdidas de Calor a través de Tuberías.
2013
Pérdidas de Calor a
través de Tuberías.
Ejemplo Práctico
Como calcular el calor perdido a lo largo de un tubo que transporta un fluido
caliente
Ing. Gustavo Serna P
Aula Digital
26/10/2013

2. Pérdidas de Calor a través de Tuberías.
PERDIDAS DE CALOR EN UN TUBO
Al estudiar este documento aprenderás
1. ¿Cuál es la ecuación de flujo de calor en el interior de un tubo que
transporta un fluido?
2. ¿Cuál es la ecuación de flujo de calor a través de las paredes de un tubo
que transporta un fluido?
3. ¿Cuál es la ecuación de flujo de calor en el exterior de un tubo que
transporta un fluido?
4. ¿Cómo calcular las pérdidas de calor de un tubo que transporta agua
caliente?
Todo a través de un ejemplo practico
INTRODUCCIÓN
Uno de los mayores problemas que se tiene cuando un fluido caliente viaja a
través de un tubo de acero o cobre u otro material es la perdida de calor la cual
representa perdida de energía y por lo tanto perdida de dinero; para responder
esta pregunta hemos creado un ejemplo práctico donde a partir de imágenes y
colores recreamos el estudio del cálculo de calor a través de una tubería de acero
que conduce agua caliente.
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3. Pérdidas de Calor a través de Tuberías.
EJEMPLO PRÁCTICO
Para nuestro ejemplo tomaremos un tubo de acero que transporta agua tal como
se muestra en la figura
Realizaremos el cálculo para un pie de longitud y lo podremos extender luego a la
longitud total multiplicando el resultado por dicha longitud.
Los mecanismos de transferencia de calor que ocurren son:
Convección en el interior a través del agua para el caso que nos ocupa
suponemos que la temperatura en el interior de la tubería e igual a la temperatura
en la pared interior del tubo Ti=T1
Conducción a través del material solido es decir a través de la pared circular del
tubo
Observa el dibujo para ubicar los parámetros de la ecuación
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4. Pérdidas de Calor a través de Tuberías.
En el exterior del tubo se presentan los fenómenos de convección y radiación
combinados
h se denomina coeficiente convectivo del aire y para nuestro caso es un
coeficiente combinado para la convección y radiación en la parte externa del tubo
De nuevo al mirar el dibujo puede ubicar los parámetros de la ecuación
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5. Pérdidas de Calor a través de Tuberías.
Combinando la ecuación azul con la ecuación amarilla obtenemos:
(
)
PROCESO DE CÁLCULO
Para calcular debemos realizar el siguiente proceso:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Suponemos T2
A la temperatura anterior le resto la temperatura del aire
Con esta temperatura voy al gráfico y obtengo el valor de h
Reemplazo en la ecuación verde y hallo Q
Con el valor de Q obtenido voy a la ecuación azul y hallo T2
Comparo la T2 que supuse con la última T2 si son aproximadamente
iguales termina el proceso de lo contrario utilizo la última T2 en el paso 1 y
repito
Aplicando el proceso
1. Suponemos T2=150°F; note que debe ser menor que 158°F (70°C agua)
2. A esta temperatura 150°F le resto 71,6°F(22°C del aire externo) y obtengo
78,4°F
3. Con esta temperatura voy al gráfico de abajo y obtengo h=2,3 BTU/h pie2
°F
4. Reemplazando este valor y los demás en la ecuación verde obtengo
NOTA El diámetro comercial de 2 pulgadas corresponde con un diámetro exterior
de 2,375 pulgadas (D2) y un espesor de pared de 0,218 pulgadas por lo cual
D1=2,375-2*0,218=1,939 pulgadas
K= 26 BTU °F Pie /(h pie2 ) conductividad térmica para el acero
(
(
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6. Pérdidas de Calor a través de Tuberías.
Q=124;5 BTU /h (pie lineal)
Graffito Para obtener h
5. Con el valor de Q obtenido voy a la ecuación azul y hallo T2
El valor que acabo de obtener lo reemplazo en la ecuación azul
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7. Pérdidas de Calor a través de Tuberías.
T2=157,8 °F
6. Comparo la T2 que supuse con la última T2 si son aproximadamente
iguales termina el proceso de lo contrario utilizo la última T2 en el paso 1 y
repito
Como T2 Supuesto (150°F) es muy diferente a T2=157,8 °F utilizo este último
como el principio del nuevo proceso, de modo que repito hasta obtener valores de
T2 parecidos.
Después de repetir te das cuenta de que T2 se estabiliza en 157 °F y que el calor
perdido es Q=126,5 BTU/ hr (pie lineal)
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