Simulación térmica de una barra solida redonda

Instituto Tecnológico de Santo Domingo (INTEC)

Área de Ingeniería

Laboratorio de Transferencia de calor

Roberto Andrés Campusano - 1053425

rcampusano93@gmail.com

24 de febrero del 2017

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Simulación térmica de una barra solida redonda.

RESUMEN. En este reporte se tratará de los resultados obtenidos de una simulación térmica de una barra hecho utilizando el software Solidworks, se simulo la transferencia por conducción y convección de una barra redonda de acero y se comprobó la potencia térmica para las dos simulaciones. También se realizó una simulación de dos barras de cobre unidas por una resina epoxica para determinar la resistividad térmica. Estos resultados se comprobarán de manera teórica para validar la simulación.

Palabras clave. Acero, aislante, barra, cobre, conducción, convección, simulación, Solidworks, resina, térmico.

1. INTRODUCCION.

La elaboración de simulaciones es una parte fundamental en el proceso de diseño.

El análisis térmico lidia con la transferencia de calor en cuerpos sólidos. Este reporte se ha realizado con el fin de presentar los resultados realizados en una simulación térmica de una barra redonda sólida y hacer una comparación teórica de lo simulado.

Existen tres mecanismos de transferencia de calor, radiación conducción y convección, en este informe se tratará la conducción y convección.

En la vida real la conducción y convección van de la mano, es por ello que es importante estudiar estos fenómenos en conjunto. El calor se transfiere en diferentes direcciones, para realizar el cálculo de ello involucra complejas ecuaciones diferenciales. Con la ayuda de los simuladores se ahorra este proceso y por medio del análisis de elementos finitos se obtienen resultados más precisos que los calculado manualmente.

En este informe se estudiará la transferencia de calor por conducción y convección de una barra solida de acero, se determinará la potencia térmica tanto al inicio como al final de la barra. También se determinará la resistencia térmica de dos barras de cobre pegadas con una resina epoxica.

Para realizar estas simulaciones se utilizará el software Solidworks.

Cabe destacar que cada simulación estará sustentada por un cálculo teórico.

1. OBJETIVOS.

General:

Determinar, por medio de la herramienta de Solidworks, la potencia térmica de una barra redonda sólida para estudiar los mecanismos de transferencia de calor de diferentes materiales.

Específicos:

• Realizar una simulación térmica de una barra solida de acero utilizando Solidworks para estudiar el mecanismo de transferencia por conducción.
• Realizar una simulación térmica de una barra solida de acero utilizando Solidworks para estudiar el mecanismo de transferencia por convección.
• Realizar una simulación térmica de dos barras de cobres pegadas con una resina epoxica utilizando Solidworks para determinar la transferencia de calor por conducción dado el aislante presente.

1. FORMULAS DE TRABAJO.        [1]

Transferencia de calor por conducción:                                                #1

[pic 1]

Donde:

[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

[pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

Transferencia de calor por convección:                                                #2

[pic 8]

Donde:

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

Resistencia térmica:                                                                                                #3

[pic 14]

Donde:

[pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

1. EQUIPAMIENTO.

Como herramienta de trabajo se utilizará Solidworks Simulation, específicamente Thermal Analysis.

1. DATOS.

Barra redonda solida:

• Diámetro de la barra: 35.68 mm
• Longitud de la barra: 200 mm
• Material: Acero AISI 304
• Conductividad térmica: 16 W/mK
• Foco caliente: 100°C.
• Foco frio: 0°C

Barras pegadas:

• Diámetro de las barras: 35.68 mm
• Longitudes de las barras: 100 mm
• Material de las barras: Cobre
• Conductividad térmica: 390 W/mK
• Diámetro del pegamento: 35.68 mm
• Espesor: 0.5 mm
• Material: Epoxy, Unfilled
• Conductividad térmica: 0.188 W/mK
• Foco caliente: 100°C
• Foco frio: 0°C

1. RESULTADOS.

• Barra redonda solida de acero, análisis de conducción.

Figura No 1 – Resultado de simulación térmica de barra redonda por conducción

[pic 19]

En esta figura se puede observar la simulación térmica de una barra redonda solida de acero, se tomaron como foco caliente (la zona de color rojo) 100°C y el foco frio (la zona en azul) 0°C.

Figura No. 2 – Resultado de simulación de potencia calorífica por conducción.

[pic 20] 

En esta figura, aunque no se pueda observar de manera clara se observan las potencias de entrada y salida de la barra. Se puede ver que, para la sección con el foco caliente, la potencia de entrada son 8 Watts y la de salida 0 Watt, aunque el software presente -0Watts, esto es para indicar que la potencia es de salida. Para el foco frio, se tiene que la potencia de salida es de -8Watts y la de entrada 0 Watts.

A continuación, se realizará la demostración teórica del resultado de la figura No. 2.

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