TRANSFERENCIA DE CALOR EN PAREDES PLANAS Y CILÍNDRICAS (Documento en Proceso) Ing. Vicente Adum Gilbert Sistemas Térmicos I ESPOL
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN • Se ha asumido: - Estado estable - k = constante - No hay generación térmica
ANALOGÍA ELÉCTRICA (RESISTENCIA TÉRMICA) • Es un artificio útil para comprender el fenómeno y realizar cálculos. • Analogía es válida solo en estado estable.
SITUACIÓN REAL DE DISEÑO • En situación de diseño, normalmente no se conocen las temperaturas de las paredes, sino de los fluidos que la rodean! • Es necesario considerar estas resistencias convectivas en el modelo.
PARED PLANA SIMPLE Y RESISTENCIA CONVECTIVA
PARED PLANA COMPUESTA
COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR (U) • R es un concepto útil para comprender el fenómeno. • Los valores numéricos de R no permiten comparación entre diversos casos, ya que R incluye parámetros geométricos del problema. • Es preferible usar U (coeficiente global de transferencia de calor).
COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR (U)
PARED CILÍNDRICA SIMPLE
PARED CILÍNDRICA COMPUESTA
RESISTENCIAS PAREDES CILÍNDRICAS
COEFICIENTE GLOBAL Y ÁREA
COEFICIENTE GLOBAL Y ÁREA • El coeficiente global puede ser definido en cualquier radio (interno, externo o intermedio). • El producto U*A se mantiene constante a lo largo de r. • U A = Ui Ai = Uo Ao • Normalmente se usa Uo (tablas de U para intercambiadores de calor están basadas en área externa).
CÓMO DETERMINAR TEMPERATURAS SUPERFICIALES O INTERMEDIAS (MALLA TÉRMICA) • Esto es útil para determinar las temperaturas de las superficies. • Permite evaluar las propiedades de los fluidos a la T fílmica. • Se hace utilizando y descomponiendo la malla térmica. • VER PIZARRA.
COMPARACION DE CONDUCTIVIDADES TÉRMICAS
AISLANTES INDUSTRIALES COMUNES • • • • • •
Espuma de poliestireno («plumafón»). Poliuretano. Rubatex Lana de vidrio Lana mineral Fibra cerámica
ESPUMA DE POLIESTIRENO (CONOCIDO COMO «PLUMAFÓN») • Aplicaciones: Refrigeración, aire acondicionado, paredes prefabricadas. • Desde -50 C hasta 75 C. • Problema: es inflamable. • k = xxx W/m-K
RUBATEX • Rubatex es una marca para ESPUMA DE CAUCHO SINTÉTICO CELULAR. • -40 C hasta 90 C. • Aplicaciones: tuberías de refrigerantes, evaporadores de chillers, sistemas de calefacción domésticos, instalaciones frigoríficas. • k = xxx W/m-K
POLIURETANO
• Mezcla de dos componentes líquidos (50% - 50%). • Genera una espuma que crece 20 veces el volumen del líquido. • La espuma se endurece rápidamente.
POLIURETANO Poliuretano vertido
Poliuretano proyectado
• Puede ser vertido, inyectado o proyectado. • Aplicaciones: tanques criogénicos, refrigeración, AC, techos y paredes (proyectado), termos, tanques agua caliente domésticos, etc. • Desde -210 C hasta 120 C. • k = xx W/m-K.
LANA DE VIDRIO • Aplicaciones: Calderas, tuberías de vapor, marmitas, tanques térmicos, autoclaves, paredes, techos, etc. • Aislante más utilizado. • Color amarillo. • Temperatura hasta 500 C.
LANA MINERAL (DE ROCA) • Aplicaciones: calderas de alta presión (mayor a 200 psi), hornos, chimeneas, calentadores de aceite térmico, etc. • Reforzada con malla de alambre. • Color blanco sucio. • Hasta 750 C. • k = 0.03 a 0.13 W/m-K (depende de temperatura y densidad).
FIBRA CERÁMICA • Hornos industriales, hornos eléctricos, hornos de tratamientos térmicos, cámaras de combustión. • Hasta 1200 C. • Color blanco. • k = 0.10 a 0.40 W/m-K (de 500 F a 2000 F; densidad 6 lb/ft3).
MATERIALES REFRACTARIOS • REFRACTARIO = resistente a las altas temperaturas (sobre 1200 C). • Un material refractario no necesariamente es aislante (ejemplos: AISI-321, AISI-310, INCONEL, MONEL… son metales refractarios). • Ladrillos refractarios y concretos refractarios tienen conductividades bajas, pero no tan bajas como los aislantes (son refractarios no metálicos).
LADRILLOS REFRACTARIOS
Hogar de ladrillos refractarios en caldera acuatubular. Molienda de caña CODADE.
REFRACTARIOS MONOLÍTICOS Refractario monolítico (concreto refractario fundido en enconfrados) en interior de cámara de combustión. Horno de recocido de carretes de cable de aluminio de Electrocables.
