Perdida Energetica Para Un Sistema De Transporte De Energia

Definición del problema

Se solicita calcular la pérdida energética (por transferencia de calor) de una tubería proveniente de una caldera que desemboca en una turbina. Las turbinas sólo recibenvapor saturado seco o vapor sobrecalentado, por lo que, bajar en alguna medida la perdida calórica de la tubería, haría más eficiente nuestro proceso. Por otra parte bajarían las posibilidades que lasustancia de trabajo se condense, evitando así la entrada a la turbina en un estado no óptimo (con masa condensada).

El trabajo consiste en evaluar la pérdida calórica que existe en la tubería sinningún tipo de aislante en una primera instancia. Posteriormente se usará un aislante (lana mineral) y se hará variar el espesor para hallar un óptimo en cuanto a costos y eficiencia energética.Físicamente se tiene vapor de agua circulando por la tubería a una temperatura de 300 °C. En el habitáculo donde se encuentra el proceso se encuentra a 25°C.
El proceso corresponde a un cicloRankine ubicado en una central hidroeléctrica
Los cálculos se realizarán de la siguiente forma:
1 ) Solución analítica mediante el software Mathcad
2 ) Solución numérica mediante el software Comsol 4.1multiphysics

Desarrollo

Datos :
Tubería acero
Conductividad térmica del acero K = 48 (W/m*K)
Largo L = 6 m
diámetro interior = 0.17 m
diámetro exterior = 0.20 m
Espesor = 0.03 mCoeficiente pelicular vapor de agua interior h1: 156 (W/m2*K)
Coeficiente pelicular aire exterior h2: 12 (W/m2*K)
Kacero = 48 (W/m*K)
Klana = 0.04 (W/m*K)
Cp acero = 447 (J/Kg K)
Cp lana = 840 (J/Kg K)
ρacero = 7800 (Kg/m^3)
ρ lana = 80 (Kg/m^3)

Consideraciones del problema:
* El cálculo será mediante el mecanismo de conducción y convección de calor
* 1D
* Estado estable
*Conductividad térmica constante y coeficientes peliculares constantes

Solución analítica

1 ) Sin aislante:
Para un régimen permanente, sin generación de calor

1r ddrkrdTdr=0 Ecuación...