El documento describe el diseño de un aislamiento térmico para una tubería de acero de 18 pulgadas que transporta un fluido caliente a 1600°F. Se propone usar ladrillo refractario como aislamiento. El método iterativo calcula la pérdida de calor y temperatura de superficie para diferentes espesores de aislamiento hasta converger. Los resultados muestran que la pérdida de calor disminuye y el ahorro aumenta a medida que el espesor del aislamiento incrementa. El espesor óptimo es de 11 pulgadas para

1. TECNOLÓGICO NACIONAL DE MEXICO ITP
PRESENTA: JNGC
CATEDRÁTICO: ING VICENTE VAZQUEZ ZUÑIGA

2. Se tiene una tubería horizontal de acero cedula 40 de
18’’, por dentro de esta fluye un fluido caliente con una
temperatura de 1600 ℉, la tubería se encuentra
expuesta al ambiente, donde la temperatura es de 80
℉, la velocidad del aire es insignificante. Se desea
diseñar un aislante hecho de ladrillo al cromo (32%).
a) Grafique la perdida de calor por metro lineal con
respecto al espesor del aislante.
b) Grafique el ahorro contra el espesor del aislante

5. ℎ 𝑐𝑜𝑛𝑣 = 2.55
495 + 𝑇𝑠
2
−0.283
𝑇𝑠 − 𝑇amb
𝑑 𝑒𝑥𝑡
0.25
ℎ 𝑟𝑎𝑑 =
0.172ε
𝑇𝑠
100
4
−
Tamb
100
4
Ts − Tamb
ℎ = ℎ 𝑐𝑜𝑛𝑣 + ℎ 𝑟𝑎𝑑

6. 𝑞 =
𝑇𝑓 − 𝑇amb
1
𝜋ℎ(𝐷0 + 2𝜀)
Tubería desnuda expuesta al
ambiente.
𝑞 =
𝑇𝑓 − 𝑇amb
1
2𝜋𝐾 𝑎𝑖𝑠
𝐿𝑛
𝐷0 + 2𝜀
𝐷0
+
1
𝜋ℎ 𝐷0 + 2𝜀
𝑞 =
𝑇𝑓 − 𝑇𝑠
1
2𝜋𝐾 𝑎𝑖𝑠
𝐿𝑛
𝐷0 + 2𝜀
𝐷0
Tubería cubierta con un
aislante térmico , la tubería
se encuentra expuesta al
ambiente.

7. Q
Convección
h
T ambiente
D
K
Ts
Tf

8. 𝑞 =
𝑇𝑓 − 𝑇amb
1
𝜋ℎ(𝐷0 + 2𝜀)
Tf = 1600 ᵒF
Tamb = 80ᵒF
𝜀 = 0
D = 1.5 ft
h = 7.44905 [btu/hᵒF𝑓𝑡2
]
q= 53356.33885 btu/h ft
Q
K
Ts
Tf

10. Para el cálculo de una tubería aislada se propone el
siguiente método iterativo:
1. se propone un espesor inicial.
2. Se propone una Ts.
3. Se calculan los coeficientes convectivo y conductivo
a Ts.
ℎ = ℎ 𝑐𝑜𝑛𝑣 + ℎ 𝑟𝑎𝑑
𝐾 𝑇 = 𝑎 + 𝑏𝑇 (𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐾)

11. 4. Se calcula el flujo de calor q.
5. Se recalcula la temperatura de superficie.
6. Se repiten los pasos desde el 2, tomando como Ts a la
recalculada.
7. Se deja de iterar hasta que 𝑇𝑠 𝑛+1~ 𝑇𝑠 𝑛.
8. Se regresa al paso 1, hasta tener la cantidad de espesores
deseados.
𝑞 =
𝑇𝑓 − 𝑇amb
1
2𝜋𝐾𝑎𝑖𝑠
𝐿𝑛
𝐷0 + 2𝜀
𝐷0
+
1
𝜋ℎ 𝐷0 + 2𝜀
𝑇𝑆 𝑛+1 = 𝑇𝑓 − 𝑞 ∗
1
2𝜋𝐾𝑎𝑖𝑠
∗ 𝐿𝑛
𝐷0 + 2𝜀
𝐷0

14. Con los datos obtenidos a diferentes espesores se construye
el siguiente tabular.

17. Programa de excel

18. El ahorro mínimo debe ser del 85%, tomando eso como
premisa y usando los datos de la gráfica de ahorro,
podemos interpolar para hallar el espesor que nos de ese
ahorro deseado, para este caso lo redondeamos a 11´´.

19. Con base a los resultados obtenidos podemos ver
que, entre mas sea el grosor del aislante menor será
la pérdida de calor hacia los alrededores. Del mismo
modo se puede apreciar que al aumentar el grosor
del aislante disminuye la temperatura de superficie y
aumenta el ahorro.

20. Donald Q. Kern, Procesos De Transferencia De Calor,
Cecsa.