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