1. Aislante Termicos (2)

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INGENIERA SECCIN INGENIERA MECNICA

LABORATORIO DE ENERGA

Pgina 1 de 5 MEC286 TRANSFERENCIA DE CALOR

I. AISLANTES TRMICOS 1. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente el comportamiento de materiales empleados como aislamiento trmico.

Evaluar la conductividad trmica de los aislantes.

Evaluar la importancia relativa del efecto de radiacin trmica sobre la prdida de calor.

Determinar experimentalmente los coeficientes combinados de conveccin y radiacin hacia el ambiente, de varios tipos de superficie.

2. DESCRIPCIN DEL EQUIPO 1. Caldera Acuotubular Marca Bryan CLM-150 para la produccin de vapor de agua. 2. Distribuidor de flujo de vapor, consta de cuatro tubos de acero montados verticalmente en

paralelo respecto a la lnea principal, con las siguientes caractersticas: Dimetro interior : 63 mm Dimetro exterior : 76 mm Longitud de prueba : 940 mm Conductividad trmica : 50 W/mC Tubo A: Forrado con aislamiento preformado media caa seccionado de alta densidad,

compuesto de lana de roca marca LAPINUS, y recubierto de foil de aluminio, con un espesor total de 38.1 mm y una longitud efectiva de aislamiento de 900 mm.

Tubo B: Forrado con silicato de calcio en presentacin media caa marca KOSTEC, cubierto con cinta de aluminio marca TASMAN, con un espesor de total de 38.1mm y longitud efectiva de aislamiento de 900 mm.

Tubo C: Sin recubrimiento ni aislante. Tubo D: Recubierto con cromo pulido, de espesor despreciable.

3. Termocuplas de superficie (6), instaladas sobre la superficie de los tubos y sobre el exterior de los aislamientos, conectadas a equipos visualizadores de temperatura.

4. Termocuplas de inmersin (2), para medir las temperaturas del ambiente y del vapor. 5. Medidores volumtricos (4), instalados en cada tubo, para medir el condensado formado,

con un rango de 0 a 840 cm3. 6. Manmetro de Bourdon, para medir la presin del vapor. 7. Termmetro de bulbo, para medir la temperatura del vapor de agua. 3. PROCEDIMIENTO 1. Verificar que las vlvulas de purga y drenaje de los tubos de ensayo estn bien cerradas. 2. Abrir la vlvula de drenaje de condensado y luego la vlvula de ingreso de vapor de cada

tubo. 3. Abrir la vlvula de alimentacin principal de vapor y verificar el nivel de condensado en

cada tubo. Si fuera necesario, purgar con las vlvulas que conectan a los tubos con la lnea de drenaje; asegurarse de cerrarlas luego.

4. nicamente puede permanecer abierta la lnea de drenaje de condensado. 5. Al llegar a la presin de trabajo, abrir ligeramente la vlvula de salida de vapor en la lnea

principal, para asegurar un flujo estacionario.

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6. Esperar a que la instalacin adquiera rgimen estacionario. Observar la acumulacin de condensado en los medidores volumtricos, debida a la prdida de calor hacia al ambiente.

7. Medir el tiempo transcurrido durante la acumulacin de cierto volumen de condensado en los medidores; por ejemplo, 210 cm2.

8. Medir la temperatura superficial de los tubos y de los aislamientos. 9. Medir la presin y temperatura del vapor. 10. Medir la presin y temperatura ambiente. 4. CLCULOS 1. Determinar el Coeficiente Global de Transmisin de Calor, referido a la superficie interna

de los tubos. 2. Determinar los Coeficientes de Conveccin Combinada, incluyendo el efecto de la

radiacin trmica para cada tubo de prueba. 3. Comparar los valores obtenidos en cada tubo con a los obtenidos en el tubo C (no aislado),

para tener un ndice de la reduccin de la transmisin de calor. 4. Determinar la Conductividad Trmica de los aislamientos de los tubos A y B. 5. Determinar los Coeficientes de Conveccin Natural Pura (sin considerar radiacin), a partir

de la emisividad de las superficies exteriores de los tubos de prueba. 6. Comparar los valores obtenidos para los coeficientes de conveccin natural pura con los

valores de los coeficientes de conveccin combinada y evaluar la importancia relativa del efecto de radiacin trmica.

5. FRMULAS A EMPLEAR 1. Flujo msico de vapor de agua.

t

Vm

.

v

. 610

Donde: = densidad del agua (kg/m3) V = volumen de condensado medido (cm3) t = tiempo medido (s)

2. Coeficiente Global Interior.

)TT(Lr

hmK

airevapor

.

v

11

2

Donde: vm = flujo msico de vapor condensado (kg/s)

h = cambio de entalpa especfica del vapor que condensa (kJ/kg) La prdida de calor a travs de la tubera que conduce el vapor de agua desde la caldera hasta el distribuidor, reduce la calidad del vapor. Se ha determinado, mediante un calormetro, que la calidad es 0,9. Por ello, el cambio de entalpa especfica es:

h = 0,9 . hfg Donde: hfg = Entalpa de vaporizacin (kJ/kg)

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3. Coeficiente Combinado de Conveccin y Radiacin (CR).

)TT(Lr

h,m

aireext.sup

fgv

.

RC

32

90

Donde: L = longitud efectiva de ensayo (m) r3 = radio exterior de aislamiento (m) T = temperaturas (C)

4. Coeficiente de Radiacin (R) Las emisividades de las superficies exteriores de los tubos de prueba son:

Tubo Emisividad

A 0,30 B 0,30 C 0,96 D 0,08

As:

21

42

41

TT

)TT(R

Donde: = emisividad de la superficie (kg/m3)

= constante de Stefan-Bolzmann (5,6697x10-11 kW/m2K4) T = temperaturas (K)

5. Coeficiente de Conveccin Experimental (C)

C(experimental) = CR - R

Donde: CR = coeficiente combinado de conveccin y radiacin (kW/m2 C)

R = coeficiente de radiacin (kW/m2 C)

6. Conductividad trmica de los Aislamientos (tubos A y B)

7523902

2

3

,h,m

)TT(L

k

)r

r(Ln

fgv

erficiesupextint

oAislamient

oAislamient

Donde: r3 = radio exterior de aislamiento (m) r2 = radio exterior de la tubera de acero (m) k = conductividad trmica (kW/m C) L = longitud efectiva de ensayo (m) T = temperaturas (C)

vm = flujo msico de vapor condensado (kg/s)

hfg = Entalpa de vaporizacin (kJ/kg)

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6. HOJA DE DATOS

AISLANTES TRMICOS

PARMETRO SMBOLO UNIDAD 1 2 3

VAPOR DE AGUA

Presin de vapor Pv mbar

Temperatura de vapor Tv C

Densidad de condensado kg/m3

Calor latente hfg kJ/kg

AMBIENTE

Temperatura Ambiente Ta C

Presin Baromtrica Pb mbar

TUBO A

Temperatura del tubo T2 C

Temperatura del aislante TAisl C

Volumen de condensado V cm3

Tiempo de condensacin t S

TUBO B


Temperatura del aislante TAisl C


Tiempo de condensacin t s

TUBO C




TUBO D




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7. HOJA DE CLCULOS

AISLANTES TRMICOS

PARMETRO SMBOLO UNIDAD TUBO A

TUBO B

TUBO C

TUBO D

Flujo msico de vapor

t

Vm

.

v

. 610

vm kg/s

Calor transferido

fgvhmQ 9.0

..

.

Q kW

Coeficiente Global Interior

)(2

9.0

1

1

airevapor

fgv

TTLr

hmK

K1 kW/m2C

Coeficiente Conveccin-Radiacin

)(2

9.0

.sup3

.

aireext

fgv

RCTTLr

hm

CR kW/m2C

Coeficiente de Radiacin

21

42

41

TT

)TT(R

R kW/m2C

Coeficiente de Conveccin

RCR)erimental(expC C kW/m

2C

Porcentaje de transmisin por radiacin

RC /

%

Conductividad trmica del aislante

k kW/mC

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