Cómo manipular la fórmula del coeficiente de transferencia de calor (a continuación) para una disposición de tubería concéntrica

Answer 1

Gracias por el A2A David Ross!

Entonces, si entiendo la pregunta correctamente, está tratando de encontrar una fórmula similar a la que proporcionó para calcular el coeficiente general de transferencia de calor para su sistema de tubo concéntrico, ¿sí?

Cada término en esa ecuación representa una resistencia a la transferencia de calor. Puede ser útil imaginar esto como el voltaje en un circuito. La resistencia general para resistencias en serie (error corregido aquí) se calcula como la suma de las resistencias individuales en el circuito. Aquí sucede lo mismo, donde para cada capa de transferencia de calor tiene un término en la ecuación.

Aquí hay un ejemplo de un circuito de transferencia de calor como el que se muestra en el ejemplo que dio.

En la ecuación de su ejemplo, los términos significan 1) la convección de calor desde el exterior de la tubería hacia el medio ambiente, 2) la conducción de calor a través de la tubería y 3) la convección de calor desde el fluido caliente hacia el tubo. En el tercer término, el término [math] r_0 / r_i [/ ​​math] representa el cambio en el área desde el exterior de la tubería (el área que corresponde al coeficiente global de transferencia de calor) al área dentro de la tubería. La resistencia en sí misma incluye un término [matemático] 2 \ pi l [/ matemático] que se ha dividido, creo.

En su sistema, tiene las siguientes capas de transferencia de calor:
1) Convección desde el exterior de la tubería hacia el medio ambiente.
2) Conducción a través del aislamiento de la tubería.
3) Cierta resistencia de contacto entre el aislamiento y la tubería de cobre.
4) Conducción a través del tubo de cobre.
5) Convección del fluido frío a la tubería de cobre.
6) Convección del PVC al fluido frío.
7) Conducción en el PVC
8) Convección del fluido caliente a la tubería de PVC

Entonces, si desea modificar esa ecuación para su sistema, todo lo que necesita hacer es tener en cuenta las resistencias térmicas adicionales.

Aquí hay un gran artículo sobre las resistencias térmicas y cómo las usa en los cálculos de transferencia de calor, así como cómo calcula las resistencias térmicas para diversas situaciones:
Resistencia Térmica – Neutrium

Answer 2

En el servicio real, las superficies de transferencia de calor no permanecen limpias. Las incrustaciones, la suciedad y otros depósitos sólidos se forman en uno o ambos lados de los tubos, proporcionan resistencias adicionales al flujo de calor y reducen el coeficiente general. El efecto de dichos depósitos se tiene en cuenta al agregar un término 1 / dA.hd para cada depósito a escala. Por lo tanto, suponiendo que la escala se deposita en la superficie interior y exterior de los tubos. Después de la corrección de los efectos de la escala, donde hdi y hdo son los factores de ensuciamiento de los depósitos de escala en las superficies del tubo interior y exterior, respectivamente. Las siguientes ecuaciones para los coeficientes generales basados ​​en áreas externas e internas, respectivamente.

Uo = 1 / (Do / Di.hdi) + (Do / Di.hi) + (xw / km) (Do / DL) + (1 / ho) + (1 + hdo)

Ui = 1 / (1 / hdi) + (1 + hi) + (xw / km) (Di / DL) + (Di / Do.ho) + (Di / Do.hdo)

Uo, Ui = coeficiente global de transferencia de calor basado en áreas exteriores e interiores, W / m ^ 2.C

Do, Di = diámetros exterior e interior del tubo, m

DL = media logarítmica

hdo, hdi = factores de ensuciamiento de los tubos internos y externos, W / m ^ 2.C

ho, hi = coeficiente de transferencia de calor individual o superficial para el interior y el exterior de los tubos, W / m ^ 2.C

xw = espesor de la pared del tubo, m

km = conductividad térmica de la pared del tubo, W / mC

El coeficiente global real se calcula mediante la suma de Uo y Ui.

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Edición adicional:

Tenemos que considerar los factores de incrustación, para calcular el coeficiente global real de flujo de calor. Puede aplicar directamente Ui y Uo, luego la suma de Ui y Uo para evaluar este problema. Según los hechos dados, para ser más claros, para Ui,

hdi = factor de ensuciamiento de la pared interior de uPVC, W / m ^ 2.C

hi = coeficiente de transferencia de calor superficial para la pared interior de uPVC, W / m ^ 2.C

xw = espesor de la tubería de PVC, m

kw = conductividad térmica de la pared de uPVC, W / mC

Di = diámetro interior de la tubería de PVC, m

Do = diámetro exterior de la tubería de PVC, m

El diámetro medio logarítmico en el medidor DL ​​se calcula como
DL = Do – Di / ln (Do / Di)

ho = coeficiente de transferencia de calor superficial para la pared exterior de uPVC, W / m ^ 2.C

hdo = factor de ensuciamiento de la pared interior de uPVC, W / m ^ 2.C

Para Uo

Do = diámetro exterior de la tubería de cobre, m

Di = diámetro interior de la tubería de cobre, m

hdi = factor de ensuciamiento de la pared interior de la tubería de cobre, W / m ^ 2.C

hi = coeficiente de transferencia de calor superficial para la pared interior de la tubería de cobre, W / m ^ 2.C

xw = espesor de la tubería de cobre, m

kw = conductividad térmica de la pared de la tubería de cobre, W / mC

El diámetro medio logarítmico en el medidor DL ​​se calcula como
DL = Do – Di / ln (Do / Di)

ho = coeficiente de transferencia de calor superficial para la pared exterior de la tubería de cobre, W / m ^ 2.C

hdo = factor de ensuciamiento de la pared interior de la tubería de cobre, W / m ^ 2.C

Luego, para el coeficiente global de transferencia de calor, U = Uo + Ui

Los valores numéricos de los factores de suciedad y la conductividad térmica se pueden encontrar en los manuales de ingeniería.

Los factores de incrustación típicos se pueden encontrar aquí,
http://www.engineeringpage.com/t …