Ejercicio 3 y 4 PDF

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Summary

En el interior de una tubería de acero de 2 pulgadas, cédula 40, fluye agua a temperatura promedio de 70 °F, mientras en el exterior se condensa vapor de agua a 220 °F. El coeficienteconvectivo del agua en el interior de la tubería es h = 500 btu/h. pie 2 °F y el coeficiente delcondensado de vapor e...

Description

3. En el interior de una tubería de acero de 2 pulgadas, cédula 40, fluye agua a temperatura promedio de 70 °F, mientras en el exterior se condensa vapor de agua a 220 °F. El coeficiente convectivo del agua en el interior de la tubería es h = 500 btu/h.

pie 2

°F y el coeficiente del

condensado de vapor en el exterior es h = 1500. a) Calcule la pérdida de calor por unidad de longitud en 1 pie de tubería empleando resistencias. b) Repita con el valor general de U i

basado en el área interior A i

c) Repita con Uo

DATOS

T i =70℉

T o=220 ℉ L=1.0 ft

hi=500

btu h × pies 2 × ℉

ho =1500

btu h × pies 2 ×℉

Agua

Corriente

SOLUCION

K A ( acero )=45.1 K A =45.1 ×

W m× K

1 1.73073

A temperatura media

K A =26.06

btu h × ft ×℉

A .5 para el tubo de 2 pulgadas

D i=2.067∈¿ D 0=2. 375∈¿

Ω i=

2.067 =1.0335∈¿ 2

Ω0=

2. 375 =1.1875∈¿ 2

A i=2 π ( L ) Ω i A i=2 π (1.0 )

1.0355 12

A i=0.5411 ft 2 A 0=2 π ( L ) Ω0 A 0=2 π ( 1.0 )

1. 1875 12

A i=0.6218 ft

A Alm =

A0 −A i

( )

ln

A Alm =

2

A0 Ai

0.6218−0.5411 0.6218 ln 0.5411

(

A Alm =0.5805 ft 2

)

Ri =

1 hi × Ai

Ri =

1 500 ( 0.5411 )

Ri=0.003696

RA=

Ω 0 −Ω i K A × A Alm

RA=

1.1875−1.0335 26.06 ( 0.5805 ) ×12

R A =0.0008483

R0 =

1 h0 × A 0

R0 =

1 1 500 (0. 6218 )

R0=0.0010722 a) Calcule la pérdida de calor por unidad de longitud en 1 pie de tubería empleando resistencias.

q=

T i−T 0 R i+ R A + R0

q=

220−270 0.003696 + 0.0008483 + 0.0010722

q=

220−270 0.005616

q=26710

btu h

(7.828 kW )

b) Repita con el valor general de

U i basado en el área interior A i

q=U 0 A 0 ( T i −T 0 ) =U i A i ( T i−T 0 ) =

∑R

1

U i=

U i=

( T i−T 0 )

Ai ∑ R 1 0.5411 ( 0.005616)

U i=329.1

btu h× ft 2 ×℉

(1869 m W× K ) 2

c) Repita con U 0

1

U 0=

A0 ∑ R

U 0=

1 0.6218 ( ) ( 0.005616 ) U 0=286.4

(

1626

btu h × ft 2 × ℉

W 2

m ×K

)

4. Una tubería de acero que transporta vapor tiene un diámetro exterior de 89 mm. Está revestida con 76 mm de aislante con k promedio de 0.0043 W/m.K. Dos termopares, uno situado en la interfaz entre la pared del tubo y el aislante y el otro en la superficie exterior del revestimiento, dan lecturas de 115 °C y 32 °C, respectivamente. Calcule la pérdida de calor en W por m tubería.

DATOS:

D e =89 mm =0.089 m Aislante =76 mm=0.076 m

k A =0.0043

W m∗K

T 1 =115 ° C +273=388 K T 2 =32° C +273=305 K SOLUCIÓN: Hallando el diámetro interno:

D i=0.089 m−0.076 m =0.013 m Entones:

r i=

D i 0.013 = =0.0065 m 2 2

re=

D e 0.089 =0.0445 m = 2 2

L=1 m de tubería:

Hallamos las áreas para

A i=2 πLr i =2 π (1 ) ( 0.0065) =0.0408 m2 A e =2 πL r e =2 π (1 )(0.0445 ) =0.2796 m 2 Hallamos la media logarítmica de las áreas:

A lm =

A e −A i ln

A lm =

( ) Ae Ai

=

0.2796−0.0408 0.2796 ln 0.0408

(

)

0.2388 =0.1241 m 2 1.9247

Hallamos la resistencia:

R=

r e −r i 0.0445−0.0065 = k A∗A lm 0.0043∗0.1241

R=

0.038 K =71.16 −4 W 5.34∗10

Hallamos la pérdida de calor:

q=

T 1−T 2 388 K −305 K 83 K = =1.1664 W = R K K 71.16 71.16 W W

RESPUESTA La pérdida de calor en W por m de tubería es de 1.1664 W resistencia por parte del aislante.

debido a que hay una gran...