Transferencia de Calor




Índice
Introducción 2
Fenómenos de Transporte 3
1.1 Transporte de calor por conducción 3
1.2 Transporte de calor por convección 4
1.3 Transporte de calor por radiación 5
1.4 Conductividad térmica 6
1.5 Difusividad térmica 6
Condiciones de frontera 7
2.1 Condiciones de frontera de primera clase 7
2.2 Condiciones de frontera de segunda clase 8
2.3 Condiciones de frontera de tercera clase 9Algoritmo TDMA 10
3.1 Principio del algoritmo de Thomas 10
Ejercicios 11
4.1 Transferencia de calor primera clase 11
4.1.1 Código de Matlab 11
4.2 Transferencia de calor primera y segunda clase 14
4.2.1 Código de Matlab 15
4.3 Transferencia de calor segunda y tercera clase 20
4.3.1 Código de Matlab 20
4.4 Transferencia de calor primera clase 2D 23
4.4.1 Código de Matlab 23
Conducción de calortransitorio 1D 32
5.1 Método Implícito 32
Conducción de calor transitorio 2D 32
6.1 Método Implícito 33
6.1.1 Código de Matlab 33
Conclusiones 37
Bibliografía 38

Introducción

El calor es energía en tránsito debido a una diferencia de temperaturas. Transferencia de calor es el área de ingeniería que trata los mecanismos encargados de la transferencia de energía de un lugar a otro cuando existe unadiferencia de temperaturas entre ellos.
El área de transferencia de calor tiene un gran impacto en todos los problemas relacionados con energía; cubre un amplio espectro que varía desde las actividades rutinarias de calentamiento o enfriamiento, hasta los problemas complejos relacionados con la generación de energía nuclear. Así mismo la transferencia de calor tiene amplias aplicaciones tecnológicas ysu alcance no está limitado a un área en específico.
Existen diferentes mecanismos de transferencia de calor. Cuando el gradiente de temperatura existe en un medio estacionario, el cual puede ser solido o líquido, usamos el término de conducción que se refiere al calor transferido que pasa a través del medio. En contraste, la convección se refiere a la transferencia de calor entre una superficie yun fluido que se mueve cuando entre ellos existe una diferencia de temperaturas. El tercer modo de transferencia de calor es la radiación térmica. Todas las superficies con una temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas, en ausencia de un medio transmisor, entre dos superficies que tienen diferentes temperaturas.
Para realizar el cálculo del fenómeno de transporte, seutiliza el algoritmo de Thomas también conocido como TDMA por sus siglas en inglés, donde por medio de arreglos matriciales se obtienen los valores de temperatura que arroja cada nodo con respecto a una determinada distancia, el método esta guiado principalmente por las condiciones de frontera determinadas según el tipo de transferencia de calor que se presenta en el modelo a evaluar.
Existen variosmodelos dependiendo las necesidades del usuario, existen modelos 1D y 2D, ambos se utilizan con o sin referencia al tiempo utilizando modelos de manera implícita o explícita.






Fenómenos de Transporte
1.1 Transporte de calor por conducción

La conducción, es el único mecanismo de transmisión de calor posible en los medios sólidos opacos, cuando en estos cuerpos existe un gradiente detemperatura. El calor se trasmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura, debido al movimiento cinético o el impacto directo de las moléculas como en el caso de los fluidos en reposo o por el arrastre de los electrones como sucede en los metales.
La ley básica de la conducción del calor (Joseph Fourier), establece: “La tasa de transferencia de calor por conducción en una direccióndada es proporcional al área normal a la dirección del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esa dirección”.

El flujo de calor es la rapidez de transferencia de calor en la dirección x por unidad de área perpendicular a la dirección de transferencia de calor y es proporcional al gradiente de temperaturas, , en esta dirección. La constante de proporcionalidad k es una propiedad de...