Conducción De Calor En régimen Transitorio

Conducción de calor en régimen transitorio

En la conducción transitoria la temperatura de un mismo punto del cuerpo varía en el intervalo de tiempo, por lo que el flujo de calor no es constante, es decir la conducción transitoria ocurre en los procesos de enfriamiento o calentamiento de superficies sólidas. Ejemplo: calentamiento de un eje en un horno para darle tratamiento térmico, enfriamiento o calentamiento de paredes de hornos, etc. En el proceso de transferencia de calor en estado transitorio tiene una gran importancia la propiedad física de la difusividad térmica.

GENERALES PARA LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS RELACIONADOS CON LA CONDUCCIÓN TRANSITORIA.

Cuando hablamos de conducción transitoria, estamos hablando de un cuerpo que se enfría o se calienta en la medida que transcurre el tiempo (). Para ilustrar lo que explicaremos posteriormente imaginemos una pieza de sección transversal plana (una tira de goma de sección cuadrada) o cilíndrica (eje de un mecanismo cualquiera) que tiene una temperatura inicial (t0) y se coloca en un horno con temperatura (tf) y que intercambiará calor con la pieza con una intensidad () determinada. En la medida que transcurra el tiempo esta pieza se calentará hasta alcanzar una temperatura (tx) determinada. La velocidad con que ocurra el calentamiento dependerá, entre otros factores de la difusividad térmica (a), y tendrá una temperatura en su centro (tx=0) y otra más alta en su superficie (tx=L).

Sistemas concentrados

Algunos cuerpos se comportan como un “bulto” cuya temperatura interior permanece uniforme en todo momento durante un proceso de transferencia de calor. La temperatura de esos cuerpos se puede tomar sólo como una función del tiempo, T(t). Una gran simplificación en ciertas clases de problemas de transferencia de calor sin mucho sacrificio de la exactitud.

Considere un cuerpo de forma arbitraria y masa m, volumen V, área superficial As, densidad ρ y calor específico Cp, inicialmente a una temperatura Ti . En el instante t = 0, el cuerpo está colocado en un medio a la temperatura T∞ y se lleva a efecto transferencia de calor entre ese cuerpo y su medio ambiente, con un coeficiente de transferencia de calor h. Se supondrá que el análisis de sistemas concentrados es aplicable, de modo que la temperatura permanece uniforme dentro del cuerpo en todo momento y solo cambia con el tiempo, T = T(t).

En un intervalo de tiempo, dt, la temperatura del cuerpo se eleva una cantidad determinada dT. Un balance de energía del sólido para el intervalo de tiempo dt se puede expresar como

Sistemas concentrados Flujo de calor

La razón de transferencia de calor por convección entre el cuerpo y su medio La cantidad total de transferencia de calor entre el cuerpo y el medio durante el intervalo de tiempo de t=0 hasta t es La cantidad de transferencia de calor llega a su limite

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