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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MEXICO ITPPRESENTA: JNGCCATEDRÁTICO: ING VICENTE VAZQUEZ ZUÑIGA
AISLANTES TÉRMICOS PARA TUBERÍA
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
problema
Tubería desnuda
Tubería con aislante térmico
Calculo de coeficienteconvectivo
h𝑐𝑜𝑛𝑣=2.55( 495+𝑇 𝑠
2 )−0.283
(𝑇 𝑠−𝑇 amb
𝑑𝑒𝑥𝑡 )0 .25
h𝑟𝑎𝑑=0.172 ε [( 𝑇𝑠
100 )4
−(T amb100 )4 ]
Ts−T amb
h=h𝑐𝑜𝑛𝑣+h𝑟𝑎𝑑
Cálculo de perdida de calor en tubería
𝑞=𝑇 𝑓 −𝑇 amb
1𝜋 h(𝐷0+2𝜀)
Tubería desnuda expuesta al ambiente.
𝑞=𝑇 𝑓 −𝑇 amb
12𝜋 𝐾 𝑎𝑖𝑠
𝐿𝑛(𝐷0+2𝜀𝐷0 )+ 1
𝜋 h (𝐷0+2𝜀 )
𝑞=𝑇 𝑓 −𝑇 𝑠
12𝜋 𝐾 𝑎𝑖𝑠
𝐿𝑛(𝐷0+2𝜀𝐷0 )
Tubería cubierta con un aislante térmico , la tubería se encuentra expuesta al ambiente.
Q
diagramaConvección
hT ambiente
DKTsTf
𝑞=𝑇 𝑓 −𝑇 amb
1𝜋 h(𝐷0+2𝜀)
Tf = 1600 ᵒFTamb = 80ᵒF = 0D = 1.5 fth = 7.44905 [btu/hᵒF]
Cálculo para tubería desnuda
q= 53356.33885 btu/h ft
Q
KTsTf
Cálculo para tubería aislada
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=h𝑐𝑜𝑛𝑣+h𝑟𝑎𝑑
𝐾 (𝑇 )=𝑎+𝑏𝑇 (𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙𝑑𝑒 𝐾 )
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 .
8. Se regresa al paso 1, hasta tener la cantidad de espesores deseados.
𝑞=𝑇 𝑓 −𝑇 amb
12𝜋 𝐾 𝑎𝑖𝑠
𝐿𝑛(𝐷0+2𝜀𝐷0 )+ 1
𝜋 h (𝐷0+2𝜀 )
𝑇 𝑆𝑛+1=𝑇 𝑓 −(𝑞∗ 12𝜋 𝐾 𝑎𝑖𝑠
∗𝐿𝑛(𝐷0+2𝜀𝐷0 ))
Tabla modelo
Con los datos obtenidos a diferentes espesores se construye el siguiente tabular.
solución
gráficos
gráficos
gráficos
Programa de excel
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´´.
Grosor de aislante
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.
conclusiones
Donald Q. Kern, Procesos De Transferencia De Calor, Cecsa.
bibliografía
Gracias por su atención