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UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE CIENCIAS
QUIMICAS
OPERACIONES DE
TRANSFERENCIA DE CALOR
ANTOLOGIA DE OPERACIONES
DE TRANSFERENCIA DE CALOR
ACADEMICO:
ALVAREZ PEREZ LUCIO
ALUMNO:
ORTEGA MORAYTA DAVID
ALEJANDRO
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Operaciones de transferencia de calor, Apuntes de Química
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Tipo: Apuntes
2019/2020
1 / 110
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UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE CIENCIAS
QUIMICAS
OPERACIONES DE
TRANSFERENCIA DE CALOR
ANTOLOGIA DE OPERACIONES
DE TRANSFERENCIA DE CALOR
ACADEMICO:
ALVAREZ PEREZ LUCIO
ALUMNO:
ORTEGA MORAYTA DAVID
ALEJANDRO
INDICE
CONDUCCION DE PAREDES COMPUESTAS
Introducción:
En este tema estaremos resolviendo algunos ejercicios del capítulo 2 del libro Kern, el
cual nos habla sobre la conducción de calor en un sistema llamado “Paredes compuestas”,
que se refiere a un sistema en donde la pared consiste en varios materiales colocados
juntos en serie, tales como en la construcción de un horno o cámara de combustión.
Usualmente se emplean varios tipos de ladrillo refractario, puesto que aquellos que son
capaces de resistir las altas temperaturas interiores son más frágiles y caro que los que se
requieren cerca de la superficie externa, donde las temperaturas son considerablemente
menores.
Objetivo:
La finalidad de este tipo de ejercicios es que podamos identificar que tanta energía en
forma de calor puede pasar a través de un espesor especifico de una pared de un material
específico.
07 DE FEBRERO
2.1. Un horno está encerrado por paredes hechas (de adentro hacia afuera) de 8 plg de
ladrillo refractario de caolín, 6 plg de ladrillo de caolín aislante, y 7 plg de ladrillo de
arcilla refractaria. ¿Cuál es la perdida de calor por pie cuadrado de pared cuando el interior
del horno se mantiene a 2200ºF y el exterior a 200ºF?
T= 2200ºF
T= 200ºF
T
T
T3 T
△Tp1 △Tp
△Tp
L1=8in L2=6in L3=7in
ITERACION 1
T1=
T2=1500 △Tp1=1850 K1=0.
T3=
△Tp2=
K2=0.
T4=200 △Tp3=500 K3=0.
ITERACION 2
T1=
T2=1101.11 △Tp1=1650.55 K1=0.
T3=418.
△Tp2=759.
K2=0.
T4=200 △Tp3=309.32 K3=0.
2.2. La pared de un horno consiste en una serie de 7 plg de ladrillo refractario de caolín,
6 plg de ladrillo de caolín aislante y suficiente ladrillo de arcilla refractaria para reducir
las pérdidas de calor a 100 Btu/hFt^2 cuando las temperaturas del interior y del exterior
son de 1500ºF y 100ºF, respectivamente. ¿Qué grosor de ladrillo de arcilla refractaria
deberá usarse? Si se deja una faja de aire de 1/8 plg de grueso entre el ladrillo aislante y
el ladrillo de arcilla refractaria sin que esto afecte su soporte estructural, ¿Qué grosor de
ladrillo aislante se requerirían?
a) SIN LA FAJA DE AIRE
T= 1500ºF
T= 100ºF
T
T
T3 T
L1=.58Ft L2=0.5Ft L3=?
2
ITERACION 1
T1=
T2=
△Tp1=
K1=0.
T3=500 △Tp2=750 K2=0.
T4=
△Tp3=
K3=0.
ITERACION 2
T1=
T2=936.
△Tp1=1218.
K1=0.
T3=560.12 △Tp2=748.405 K2=0.
T4=
△Tp3=330.
K3=0.
ITERACION 3
T1=
T2=925.72 △Tp1=1212.86 K1=0.
T3=546.
△Tp2=736.
K2=0.
T4=100 △Tp3=323.47 K3=0.
ITERACION 2
T1=
T2=994.
△Tp1=1247.
K1=0.
T3=670.29 △Tp2=832.62 K2=0.
T4=631.
△Tp3=
K3=0.
T5= 100 △Tp4= 365.85 K4=0.
ITERACION 3
T1=
T2=933.54 △Tp1=1216.77 K1=0.
T3=576.
△Tp2=754.
K2=0.
T4=539.47 △Tp3=557.93 K3=0.
T5= 100
△Tp4= 319.
K4=0.
Conclusión:
Como podemos observar primero se realizo este ejercicio sin la faja de aire, y
posteriormente se le adiciono la faja de aire para comparar que tan diferentes serian
nuestros resultados. Podemos concluir que los resultados de las temperaturas y de la
longitud de la pared no varían demasiado entre ambos casos.
2.2. La pared de un horno consiste en una serie de 7 plg de ladrillo refractario de caolín,
6 plg de ladrillo de caolín aislante y suficiente ladrillo de arcilla refractaria para reducir
las pérdidas de calor a 100 Btu/hFt^2 cuando las temperaturas del interior y del exterior
son de 1500ºF y 100ºF, respectivamente. ¿Qué grosor de ladrillo de arcilla refractaria
deberá usarse? Si se deja una faja de aire de 1/8 plg de grueso entre el ladrillo aislante y
el ladrillo de arcilla refractaria sin que esto afecte su soporte estructural, ¿Qué grosor de
ladrillo aislante se requerirían?
a) FAJA DE AIRE COMO SEGUNDA PARED
T= 1500ºF
T= 100ºF
T T
T3 T
L1=.58Ft
L4=?
L3=0.5Ft
T
L2=0.0104Ft
AIRE
Conclusión:
Al realizar el mismo ejercicio, pero intercambiando la faja de aire a la segunda pared, nos
podemos dar cuenta de que los resultados en comparación con el ejercicio anterior en
donde la faja de aire estaba en la tercera pared, son algo diferentes debido a que la energía
en forma de calor atraviesa por una pared cuya conductividad es la misma pero debido al
acomodo esta energía es mayor cuando pasa a través de la faja de aire estando en la
segunda pared.
ITERACION 3
T1=
T2=785.112 △Tp1=1142.55 K1=0.
T3=782.
△Tp2=783.
K2=0.
T4=461.53 △Tp3=621.78 K3=0.
T5= 100
△Tp4= 280.
K4=0.
PERDIDA DE CALOR EN UNA TUBERIA
Introducción:
En este tema del capítulo 2 veremos como un sistema (una tubería) pierde energía en
forma de calor a la atmosfera. Es un tema parecido al anterior, únicamente que en estos
sistemas se toman en cuenta la temperatura de la atmosfera, ya que las temperaturas
asignadas a las paredes exteriores de un sistema dependen no solamente de las resistencias
entre las superficies calientes y frías, sino también en la habilidad de la atmosfera más fría
que lo rodea para remover el calor que llega a la superficie externa.
Objetivo:
La finalidad de este tipo de ejercicios es que podamos identificar que tanta energía en
forma de calor se pierde en un sistema hacia la atmosfera. También lograremos observar
que hay situaciones en donde es necesario agregar ciertos aislantes alrededor de las
paredes de mi sistema para que estos eviten que se pierda la mayor cantidad de energía.
12 DE FEBRERO
DEDUCCION DE FORMULAS
T
T
T
T
T
ho
T6=Tamb.
ha=?
K
K
K
ln (
De la ecuación de flux de calor
podemos obtener la siguiente
ecuación:
- 3 log (
Conclusión:
Este ejercicio pedía calcular T2, por lo que primero calculamos el calor y después se
despejo T2 de la ecuación.
2.5. Un tubo de 2 plg IPS de un proceso de refrigeración cubierto con ½ plg de kapok,
conduce salmuera con 25% de NaCl a 0ºF y con un gasto de 30000lb/h. La superficie
externa del kapok deberá mantenerse a 90ºF. ¿Cuál es la ecuación para el flujo de calor?
Calcule la fuga de calor hacia el tubo y el aumento de temperatura del flujo en 60 Ft de
longitud de tubo.
Conclusión:
En este ejercicio fue una aplicación directa de formula, únicamente que despreciamos los
valores de la convección ya que no nos proporcionan el valor de ho.
IPS 6” D1=6.025 K1=
Di=6.065” D2=6.625 K2=0.
De=6.625” D3=7.
K
K
- 3 log (
- 3 log (
2.7. Un tubo de acero de 4 plg de grueso que conduce vapor a 450ºF se recubre con 1 plg
de kapok recubierto con una plg de magnesita aplicada como enjarre. El aire exterior está
a 70ºF, ¿Cuál es la perdida de calor del tubo por pie lineal?
IPS 4” K1=
Di=0.33 K2=0.
De=0.37 K3=2.
K
K
K
T
T
T
T
T5=70ºF.
- 3 log (
- 3 log (
- 3 log (
14 DE FEBRERO
2.8. Una tubería de 3 plg IPS conduce vapor desde la central de fuerza a la planta de
proceso a una velocidad lineal de 8000 Ft/min. El vapor esta a 300 lb/in^2 g, y la atmosfera
a 70ºF. ¿Qué porcentaje del flujo total de calor se pierde por el tubo descubierto por 1000Ft
de tubería?
P(psig) T(ºF) V(Ft^3/lmb) h(Btu/lbm)
IPS 3” L=1000Ft
Di=3. 068 ” Tamb.=70ºF
De=3.5” V=8000Ft/min
P=314.7 psig
T
- 3 log (
− 3
Conclusión:
Como se puede observar en el resultado final, nuestro sistema esta perdiendo un 6% de
energía en forma de calor. Esto puede no parecer mucho siempre y cuando lo veamos a
una pequeña escala, pero si lo vemos a nivel industria, perder un 6% de energía es una
perdida enorme en cuanto a dinero.
- 3 log (
6
6
6
6