Regimen Transitorio En Solidos Finitos

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RÉGIMEN TRANSITORIO EN SÓLIDOS FINITOS
1.

Objetivo.


2.

Propiciar mediante la confrontación de resultados teórico experimentales el análisis,
resolución y comprensión del régimen transitorio de transferencia de calor.

Fundamento Teórico.

Un proceso de transferencia térmica es transitorio siempre que la temperatura correspondiente al
anterior del sistema varíaen función del tiempo, existen muchos ejemplos prácticos, como los procesos
de en los que intervienen fenómenos de transferencia de calor transitorios, como los procesos de
f abricación en los que el producto que se esta manufacturando se tiene que calentar o enfriar para
transformarlo en un producto adecuado para ser utilizable, o los hornos industriales que se encienden o
apagan en modocíclico y periódico, en los que se realizan procesos que originan variaciones de
temperaturas, tanto en su interior como en sus paredes; los aceros y algunas aleaciones suelen
calentarse y enfriarse para modificar sus propiedades físicas e interés industrial, mediante tratamientos
térmicos; los motores funcionan en régimen transitorio durante el arranque, como en otros momentos,
relativamentecortos.
El periodo transitorio de conducción de calor es también importante en la igualación de temperaturas en
los tambores colectores de vapor de las calderas durante el proceso de aumentar la presión y reducir los
periodos.
Otro tipo de problemas de flujo de calor en régimen transitorio encontrado en ingeniería, involucra las
variaciones periódicas de la temperatura, y del flujo de calor. Elflujo periódico de calor es de importancia
en las maquinas de combustión interna, aire acondicionado, instrumentación y procesos de control.
Si las variaciones de la temperatura en el sólido a estudiar se consiguen poniéndole en cont acto con un
medio exterior (líquido so gas), se origina un fenómeno de convección del fluido y la conductividad
térmica del sólido, se pueden dar los siguientescasos:
a) Conducción de contorno de convección.
b) Conducción de resistencia térmica interna despreciable.
c) Conducción de contorno isotérmica.

2.1.

Conducción transitoria bidimensional y tridimensional

Los problemas de conducción transitoria estudiados se limitan a configuraciones especiales
como son la placa, cilindro y esfera, con diversas situaciones de contorno. Estas formas sehan
escogido para asegurarnos de que la temperatura del sólido depende solo de una coordenada
espacial y del tiempo. En ciertas aplicaciones el hecho de despreciar el efecto de borde (que es a
lo que equivalen las simplificaciones anteriores de conducción unidimensional), puede afectar a
los resultados, por lo que en muchos casos prácticos no puede hacerse una simplificación de
este tipo yhabrá que considerar la conducción transitoria en fusión de más de una dimensión
espacial.
Bajo ciertas condiciones, la solución de los problemas de conducción transitoria en dos o tres
dimensiones puede obtenerse por superposición de las soluciones de problemas
unidimensionales; Aplicado este método de superposición al problema de co nducción transitoria
en una barra larga rectangular, cuyasección transversal tiene por dimensiones, A en la dirección
de las x, B en las y ser indefinida en la dirección de las z, la conducción tendrá solo lugar en las
de las x y las y, por lo que se ha reducido el problema a un caso bidimensional y transitorio por
ser las temperaturas variables con el tiempo.

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Si se calienta la barra de horma que inicialmente la distribución detemperatura es, T = f (x, y) y
en el instante,   0 la barra entra en temperatura, TF = 0, (o a cualquier otra constante), con un
coeficiente de convención ho constante en todas las superficies.
El modelo matemático necesario para poder analizar el fenómeno presente será el método de
capacidad global, donde el número de Biot juega un papel importante para poder tomar en cuenta
un procedimiento...