¿Cuál es la fórmula / ecuación para definir la temperatura del agua al final de la tubería si conozco la temperatura inicial y la tasa de agua?

Algunos supuestos

  1. El tubo es de área de sección transversal uniforme.
  2. No hay pérdida viscosa
  3. Las tuberías están aisladas.
  4. Sin cambios en la elevación.

En el caso anterior, la energía cinética y la energía de presión del agua no cambian y la temperatura del agua no cambia.

En el caso de que los primeros dos y últimos supuestos, no se mantengan, el cambio en la temperatura del agua se regirá por debajo

(KE + PE + mgh) @ entrada = (KE + PE + mgh) @ salida más pérdida viscosa.

Si la sección transversal se hace más grande (más pequeña), la velocidad disminuirá (aumentará) y KE disminuirá (aumentará), mientras que el PE aumentará (disminuirá), esto provocaría una caída (aumento) de la temperatura del agua, sin embargo, con una pérdida viscosa, esto provocará calor generado que causa aumento de la temperatura. La pérdida viscosa se puede calcular a partir del factor de fricción de la tubería y algunas correlaciones termodinámicas. (Por favor, busque ya que no podía recordar de improviso).

El cambio de velocidad se puede calcular a partir de la siguiente ecuación de continuidad.

(Área de sección transversal * v) en la entrada = (área de sección transversal * v) en la salida

Por lo tanto, el cambio de temperatura = (cambio en la energía cinética + mg (△ h) + calor viscoso generado) ÷ por la capacidad calorífica específica del agua.

En el caso de que el tercer supuesto no se cumpla (cortesía de las respuestas anteriores que no pensé), los cálculos se complicarán aún más por las ecuaciones de transferencia de calor.

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Para utilizar una ecuación para determinar la temperatura del flujo de salida, debe tener valores para todas las variables. Me temo que no te acercas a eso solo con la temperatura inicial y el caudal. Para empezar, necesitarías:

  • la longitud de la tubería
  • la temperatura ambiente que rodea la tubería
  • el diámetro de la tubería
  • la conductividad térmica del material de la tubería
  • el espesor del material de la tubería

Una vez que tenga todos esos valores, también debe darse cuenta de que el flujo de salida no alcanzará un valor constante hasta que el material de la tubería se haya calentado a una temperatura de equilibrio cercana a la temperatura del agua.

Finalmente (y lamento haberte hecho esperar tanto tiempo para escuchar esto) no tengo idea de cómo sería la ecuación real que involucra todas esas variables.

Eric Ressner

Hay demasiadas incógnitas para una buena aproximación. Suponiendo que la tubería no está aislada, aquí hay algunos datos de entrada necesarios:

  1. ¿Cuál es el material de la tubería? ¿Es metal, cobre o acero negro, o es plástico, polietileno de alta densidad, PVC o algo similar? ¿Cuál es el grosor de la tubería y el diámetro interno o externo?
  2. ¿Está la tubería sumergida en algún tipo de fluido como el agua o simplemente está rodeada de aire? ¿Cuál es la temperatura del agua / aire?
  3. ¿Se mueve el fluido circundante (agua o aire) en relación con el flujo de agua o está quieto? Si se mueve, ¿cuál es la dirección con respecto al flujo de agua, el contador, el flujo paralelo o cruzado?
  4. ¿La tubería está instalada vertical u horizontalmente?

Como ya puede adivinar, calcular la caída de temperatura de un fluido que fluye a través de una tubería está lejos de ser un cálculo trivial.

Debe emplear la metodología basada en números adimensionales, utilizados en mecánica de fluidos y transferencia de calor, como Reynolds, Nusselt, Prandtl, Grashof, Rayleigh, para evaluar los coeficientes de transferencia de calor convectivo de las capas límite alrededor de las paredes exteriores e interiores de el tubo.

Usando la información anterior, tendrá una ecuación para la variación de temperatura que se manifestará exponencialmente.

Eugen Mandric

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