Análisis del comportamiento de la transferencia de calor en una barra cilíndrica de acero

PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN

Síntesis de la situación problemática

Cuando la barra se está calentando por un extremo y se desea determinar la distribución de temperatura a lo largo de su longitud.

Formulación del problema de investigación

¿Cómo se distribuye la temperatura en una barra cilíndrica de acero cuando se somete a un cambio de temperatura en uno de sus extremos?

Hipótesis

Determinar la distribución de temperatura en una barra cilíndrica de acero a lo largo de su longitud, cuando se somete a una variación de temperatura en uno de sus extremos.

La transferencia de calor en una barra cilíndrica de acero es afectada por la velocidad del flujo de calor.

Objetivos

Objetivo general

Análisis del comportamiento de la transferencia de calor en una barra cilíndrica de acero

Objetivos específicos

Determinar cómo la temperatura varía a lo largo de la barra y cómo se transfiere el calor a través de ella.

Determinar cómo se distribuye y se transfiere el calor a través de la barra cilíndrica y cómo afecta esto a las propiedades termodinámicas del acero, como la temperatura y la conductividad térmica.

Estudiar cómo las propiedades físicas de la barra cilíndrica (diámetro, espesor, etc.) afectan a la transferencia de calor.

DISEÑO TEÓRICO

Antecedentes

Alejandro ales (2008), Estudio de Perfiles de calentamiento en los cuerpos sólidos. Universidad autónoma de occidente, Santiago de Cali

La conducción del calor es el mecanismo de transferencia de calor de escala atómica a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas. Los mejores conductores de calor son los metales. El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire o plásticos se llaman aislantes.

Eleazar Remigio Gonzales Núñez (2007), Estudio Comparativo de los Intercambiadores de Calor de Coraza-tubos y los de Placas Planas, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima – Perú

Por ello el estudio se centrará en las ventajas térmicas (efectividad) y económicas (costos), de los intercambiadores de calor de placas frente a los tradicionales intercambiadores de corza y tubos.

Bases teóricas

La conductividad térmica del acero

Es de aproximadamente 50 W/m·K. Esto significa que el acero es capaz de transmitir 50 vatios de calor por cada metro cuadrado de sección transversal por cada grado de diferencia de temperatura.

La ecuación de convección de calor

Se refiere al intercambio de calor entre el fluido que rodea la barra y la superficie de la barra, mientras que la radiación se refiere al intercambio de calor entre la superficie de la barra y su entorno a través de ondas electromagnéticas.

Se puede expresar como:

∂T/∂t+(V∙∇)T=α∇^2 T

Donde T es la temperatura, v es la velocidad del fluido, α es el coeficiente de conductividad térmica y ∇²T es el laplaciano de T. Esta ecuación se utiliza para modelar problemas de transferencia de calor en fluidos en movimiento, como el flujo de aire caliente sobre una superficie cilíndrica o el flujo de líquido caliente en un tubo.

La ecuación de conducción de calor

Se refiere al intercambio de calor a través de la barra a través de la vibración de las moléculas. Estos mecanismos pueden ser analizados mediante ecuaciones matemáticas y simulaciones numéricas, y también pueden ser medidos experimentalmente.

Se expresa como:

∆Q/∆x=-k×A×∆T/∆x

donde:

ΔQ es el flujo de calor que atraviesa una sección transversal del material

Δt es el tiempo en el que se mide el flujo de calor

k es la conductividad térmica del material

A es la sección transversal del material

ΔT es la diferencia de

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