RADIO CRÍTICO DE AISLACIÓN
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- Raúl Martínez Villalba
- hace 10 años
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1 DIO CÍTICO DE ISCIÓN En sta clas s studiará la transfrncia d calor n una tubría d radio xtrno (0,0 ft), rcubirta con un aislant d spsor (0,039 ft), qu transporta un vapor saturado a (80 F). El sistma cañría y aislant s ncuntra xpusto al air a una tmpratura (80 F) y l aislant mplado tin una conductividad d 0,09 Btu/hft F. Podría disminuirs la pérdida d nrgía al ambint si no s mplara l aislant? Podría aumntar la pérdida d nrgía al ambint si s incrmnta l spsor dl aislant? Si sta última situación posibl, bajo qu condicions podría ocurrir tal situación?
2 DIO CÍTICO DE ISCIÓN En sta clas s studiará la transfrncia d calor n una tubría d radio xtrno (0,0 ft), rcubirta con un aislant d spsor (0,039 ft), qu transporta un vapor saturado a (80 F). El sistma cañría y aislant s ncuntra xpusto al air a una tmpratura (80 F) y l aislant mplado tin una conductividad d 0,09 Btu/hft F. Para rspondr stas prguntas, s va a calcular l calor prdido para los casos n qu s dispon d la cañría con y sin aislant y s los va a comparar. Dra. arrondo - Ing. Grosso
3 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría sin aislant. cuatrimstr d 05 Simplificacions qu s asumn para la rsolución: Estado stacionario. El vapor saturado sólo cambia d fas. En cuanto a las dimnsions d la tubría s stablcrá qu <<. El gradint d tmpraturas s ncontrará stablcido prdominantmnt n la coordnada radial. No s considrará la xistncia d una funt d gnración intrna d calor dntro d la cañría. El matrial qu compon la tubría s un sólido isotrópico d lvada conductividad. S asumirá un valor para l coficint plicular xtrno (h ) d,5 Btu/hft F 3
4 sistncias térmicas dl sistma: Transmisión d calor ntr la corrint d fluido y la suprfici intrna d la tubría (r = ): S T h Transfrncia d calor por conducción n la pard d la tubría: Transmisión d calor ntr la suprfici xtrna d la tubría (r = ) y l ambint: S T h S T h k T T tubría S S T h DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría sin aislant.
5 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría sin aislant. Calor transfrido por l sistma cañría sin aislant: El calor transfrido, s pud xprsar como: S h k tubría h Simpr qu s llga a st tipo d xprsions, s db analizar l pso rlativo d cada una d las rsistncias n la transfrncia global d calor.. sistncia intrna dbida a la convcción forzada dl vapor qu circula por la tubría.. sistncia por conducción n l sólido 3. sistncia xtrna dbida a la convcción natural dl air qu roda la tubría.
6 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría sin aislant. Calor transfrido por l sistma cañría sin aislant:. sistncia intrna dbida a la convcción forzada dl vapor qu circula por la tubría: Si s considra qu l vapor tin una lvada turbulncia, sumado al cambio d fas, s d sprar qu l coficint plicular h sa muy lvado.. sistncia por conducción n l sólido: S impuso como hipótsis qu l matrial qu compon la cañría tin una lvada conductividad, lo cual gnralmnt s cumpl n cañrías d acro. 3. sistncia xtrna dbida a la convcción natural dl air qu roda la tubría: Indpndintmnt dl valor asumido para h, al tratars d una convcción natural, s d sprar qu sta rsistncia tnga un pso rlativo important n la transfrncia d calor dl sistma. 6
7 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría sin aislant. Calor transfrido por l sistma cañría sin aislant:. sistncia intrna dbida a la convcción forzada dl vapor qu circula por la tubría: Si s considra qu l vapor tin una lvada turbulncia, sumado al cambio d fas, s d sprar qu l coficint plicular h sa muy lvado. h h. sistncia por conducción n l sólido: S impuso como hipótsis qu l matrial qu compon la cañría tin una lvada conductividad, lo cual gnralmnt s cumpl n cañrías d acro. k tubría 3. sistncia xtrna dbida a la convcción natural dl air qu roda la tubría: Indpndintmnt dl valor asumido para h, al tratars d una convcción natural, s d sprar sistncia qu sta rsistncia tnga un pso rlativo Controlant important n la transfrncia d calor dl sistma. h h
8 S DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría sin aislant. Calor transfrido por l sistma cañría sin aislant: Entoncs, l calor transfrido para st caso s pud xprsar como: h S h mplazando por los valors corrspondints, s obtin: S 0,0ft,5 S 9, 79 Btu h ft F Btu h ft 80F 80F 8
9 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría con aislant. cuatrimstr d 05 Simplificacions qu s asumn para la rsolución: Estado stacionario. El vapor saturado sólo cambia d fas. En cuanto a las dimnsions d la tubría s stablcrá qu <<. El gradint d tmpraturas s ncontrará stablcido prdominantmnt n la coordnada radial. No s considrará la xistncia d una funt d gnración intrna d calor dntro d la cañría. El matrial qu compon la tubría s un sólido isotrópico d lvada conductividad. S asumirá un valor para l coficint plicular xtrno (h ) d,5 Btu/hft F 9
10 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría con aislant. sistncias térmicas dl sistma: hora, s calculará l calor transfrido para l caso n qu s agrga l aislant para compararlo con l rsultado antrior. difrncia dl caso antrior, ahora s agrga una rsistncia más al sistma. Transmisión d calor ntr la corrint d fluido y la suprfici intrna d la tubría (r = ): C Transfrncia d calor por conducción n la pard d la tubría: C h T T k tubría T 0
11 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría con aislant. sistncias térmicas dl sistma: Transfrncia d calor por conducción n l spsor d aislant: C k T Transmisión d calor ntr la suprfici xtrna dl aislant (r = +) y l ambint: C aislant T h T cuatrimstr d 05 Dra. arrondo - Ing. Grosso
12 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría con aislant. Calor transfrido por l sistma cañría con aislant: Para l caso n qu s agrga l aislant, l calor transfrido quda: C h k tubría l igual qu l caso antrior, ahora s db analizar l pso rlativo d cada una d las rsistncias térmicas. k aislant Todo l análisis ralizado s válido para st nuvo caso. h Tnindo n cunta qu lo qu s busca d un bun aislant s qu gnr una gran rsistncia a la transfrncia d calor, s spra qu por lo mnos ésta sa dl mismo ordn qu la rsistncia a la convcción n l air. cuatrimstr d 05 Dra. arrondo - Ing. Grosso
13 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría con aislant. Calor transfrido por l sistma cañría con aislant: Entoncs, l pso rlativo d cada una d las rsistncias s pud rsumir d la siguint forma:. sistncia intrna dbida a la convcción forzada dl vapor qu circula por la tubría: h h. sistncia por conducción n la tubría: k tubría h y k aislant y k aislant sistncias Controlants h k aislant 3
14 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Calculo d la nrgía prdida al ambint: cañría con aislant. Calor transfrido por l sistma cañría con aislant: Finalmnt, l calor transfrido para st caso s xprsa como: C k mplazando por los valors corrspondints, s obtin: C 0,09 Btu h ftf aislant C 80F 0,0ft0,039ft 0,0ft 7, 59 80F Btu h ft h Btu 0,0ft 0,039 ft,5 h ft F 4
15 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Comparación y discusión d rsultados. Para stas condicions, qu v qu l sistma propusto d tubría+aislant transfir más calor. C, 59 7 Btu h ft S 9, 79 Btu h ft Objtivo d asilar la tubría: l agrgar l aislant s suma una rsistncia a la transfrncia d calor. k aislant Efcto scundario: S produc un aumnto n la suprfici qu hac disminuir la rsistncia xtrna para la transfrncia d calor. h 5
16 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Comparación y discusión d rsultados. Para stas condicions, qu v qu l sistma propusto d tubría+aislant transfir más calor. Si s grafican stas dos rsistncias, s comprnd mjor qu s lo qu sta ocurrindo: Exist un mínimo n la rsistncia total ( MÍN ) qu maximiza la transfrncia d calor adio Crítico d islación
17 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Comparación y discusión d rsultados. Para stas condicions, qu v qu l sistma propusto d tubría+aislant transfir más calor. a xistncia d una rsistncia mínima también s pud vr si s grafica l calor transfrido por l sistma tubría+aislant: Una vz suprado *, l uso d aislant rsulta n una disminución dl calor transfrido. la izquirda d *, l uso d aislant produc un aumnto n la pérdida d calor. Sin mbargo, su uso sólo s justifica si > *.
18 Comparación y discusión d rsultados. DIO CÍTICO DE ISCIÓN Para stas condicions, qu v qu l sistma propusto d tubría+aislant transfir más calor. Para hallar l valor dl radio crítico d aislación (*) s db igualar a 0 la drivada d la xprsión hallada para C/ rspcto a una nuva variabl +. h k aislant C d d C h k h k aislant aislant 8
19 Comparación y discusión d rsultados. DIO CÍTICO DE ISCIÓN Para stas condicions, qu v qu l sistma propusto d tubría+aislant transfir más calor. Para hallar l valor dl radio crítico d aislación (*) s db igualar a 0 la drivada d la xprsión hallada para C/ rspcto a una nuva variabl +. h k aislant C 0 * * * * * h k h k d d aislant aislant r C 9
20 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Comparación y discusión d rsultados. Para stas condicions, qu v qu l sistma propusto d tubría+aislant transfir más calor. Para hallar l valor dl radio crítico d aislación (*) s db igualar a 0 la drivada d la xprsión hallada para C/ rspcto a una nuva variabl +. 0 * * k aislant h * k aislant h Para nustro jmplo: * 0,09,5 Btu h ftf Btu h ft F 0,06 ft,83cm Gnralmnt, n la mayoría d los casos prácticos s xcdrá l valor dl radio crítico d aislación 0
21 DIO CÍTICO DE ISCIÓN Bibliografía rcomndada Ejmplo 3.4 dl Capítulo 3 d Fundamntos d Transfrncia d Calor, Cuarta Edición, Incropra F.P. & D Witt D.P. Ejmplo dl Capítulo 7 d Fundamntos d Transfrncia d Momnto, Calor y Masa, Sgunda Edición, Wlty J.., Wicks C.E. & Wilson.E. Capítulo d Transfrncia d Calor, Octava Edición, Holman J.P. cuatrimstr d 05 Dra. arrondo - Ing. Grosso
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