Calculadora de pérdida de calor en tuberías con y sin aislamiento

¿Cómo se calcula la pérdida de calor de una tubería?

Una tubería que transporta un fluido caliente cede calor al entorno continuamente. El calor se conduce primero a través de la pared y del aislamiento, si lo hay, y después sale de la superficie exterior por convección y radiación. Cada etapa actúa como una resistencia térmica y las resistencias se suman:

q_L = (t_fluid − t_ambient) / R

La resistencia por unidad de longitud de una capa cilíndrica es ln(D_outer / D_inner) / (2π × λ) y la de la superficie exterior es 1 / (h × π × D_outer). El resultado se expresa en vatios por metro. Multiplícalo por la longitud para obtener la pérdida total y por el tiempo de funcionamiento para obtener la energía anual.

Ejemplo

Una tubería de acero sin aislamiento, con diámetro exterior de 60,3 mm, lleva agua a 80 °C por un recinto a 20 °C, con un coeficiente exterior de 10 W/(m²·K). La resistencia superficial es 1 / (10 × π × 0,0603) = 0,528 m·K/W y la pérdida es 60 / 0,528 = 114 W/m. Diez metros de tubería pierden unos 9950 kWh al año.

Si la misma tubería se recubre con 30 mm de aislamiento de conductividad 0,04 W/(m·K), el aislamiento añade 2,75 m·K/W. La pérdida baja a unos 20 W/m, una reducción del 82 %. La superficie exterior pasa de unos 80 °C a unos 25 °C.

Coeficiente exterior de transferencia de calor

La entrada más incierta es el coeficiente de la superficie exterior. En una tubería desnuda determina directamente el resultado, mientras que en una bien aislada influye menos. Si no lo conoces, la herramienta calcula la convección natural para una tubería horizontal en aire en reposo mediante la correlación de Churchill y Chu, y la radiación mediante la ley de Stefan Boltzmann. El aluminio brillante emite muy poca radiación, por lo que la emisividad cambia el resultado de forma apreciable.

Radio crítico de aislamiento

Añadir aislamiento aumenta la resistencia a la conducción, pero también amplía la superficie exterior. En tuberías y cables muy pequeños puede dominar el segundo efecto y un aislamiento fino aumenta la pérdida. El límite es r_cr = λ_insulation / h_outside. En tuberías de instalaciones de edificios, este radio suele ser de unos pocos milímetros, así que en la práctica el aislamiento resulta beneficioso.

Límites

Este es un cálculo preliminar. Quedan fuera las pérdidas en válvulas y bridas, la conductividad del aislamiento dependiente de la temperatura, la humedad, el viento y las tuberías enterradas. En líneas frías, comprueba la condensación superficial además de la ganancia de calor.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula la pérdida de calor de una tubería aislada?

El método de resistencias térmicas cilíndricas da 120,8 W/m para un fluido a 320 °C en aire ambiente a 5 °C, con 30 mm de aislamiento sobre una tubería de 55 mm. El ejemplo usa conductividad de la tubería de 80 W/(m·K), conductividad del aislamiento de 0,05 W/(m·K), coeficiente interior de 60 W/(m²·K) y exterior de 18 W/(m²·K). No incluye pérdidas en válvulas ni efectos del viento y la humedad.

Calcular con estos valores