Problema de transmision del calor (8) por conduccion

Por el interior de una tubería de acero (k - 45 W/m.K), de 10 cm. de diámetro interior y 12 cm. de diámetro exterior, circula agua sobrecalentada a 150°C con un coeficiente de película de 6500 W/m2.K. La tubería se recubre con dos tipos de aislantes A y B diferentes de 10 mm. de espesor y de conductividades 0,20 W/m.K y 0,054 W/m.K, de modo que el plano de separación entre ambos está aislado. Si la tubería se encuentra expuesta al aire ambiente a 24°C y con un coeficiente de película de 12 W/m2.K, calcular el flujo de calor por metro de tubería y la temperatura de la superficie exterior de ambos aislantes.


Por tratarse de un problema de transferencia calorífica en régimen estacionario, el calor transmitido por convección desde el fluido interior a la superficie interior del tubo, es igual al transmitido por conducción a través del material de la tubería, a la suma de los transmitidos en cada una de las capas aislantes e igual al que se transfiere desde la superficie exterior de estas al aire ambiente por convección. Por consiguiente, el circuito térmico es:



y la igualdad de flujos se expresa de la forma:


o bien,


siendo cada una de las resistencias térmicas:












y la resistencia total equivalente RT


El flujo de calor por metro de tubería será pues, sustituyendo:


La temperatura de la superficie exterior de los aislantes es t3 y se determina a partir del flujo de calor que dicha superficie cede al aire ambiente, esto es:


despejando:


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