Conduccion unidimemcional.

...

Para radiación de calor la ley de Stefan-Boltzman establece:

[pic 3]

Dónde: [pic 4][pic 5]

En líquidos y gases, la convección y la radiación son de gran importancia, pero en sólidos la convección está ausente y la radiación es usualmente despreciable, es por esto que para muchas pruebas experimentales en sólidos es sólo necesario considerar el efecto producido por la conducción de calor.

Flujo de calor

El flujo de calor se define como la tasa de energía térmica transferida por unidad de área y [W/m2] son sus unidades en el SI. Está dado por la diferencial dQ/dt, es decir el calor que fluye por una barra de material de área transversal A en la unidad de tiempo, es proporcional a la diferencia de temperatura de sus extremos (TC –TF), al área transversal A e inversamente proporcional a la longitud l de la barra, y se define por:

[pic 6]

Donde k es una constante de proporcionalidad, llamada conductividad térmica, la cual caracteriza cada material.

Conducción Estacionaria Unidimensional

La placa plana. Considérese primero la placa plana, donde se puede aplicar directamente la ley de Fourier

[pic 7]

donde la conductividad térmica se ha supuesto constante. El espesor de la placa es Ax, y y T, son las temperaturas de las paredes de la placa.

Transferencia de calor unidimensional en serie y en paralelo a través de una pared compuesta y su analogía eléctrica.

La rapidez de la transferencia de calor puede considerarse como un flujo, y la combinación de la conductividad térmica, el espesor del material y el área, como una resistencia a dicho flujo. La temperatura es la función potencial, o motriz, del flujo de calor, y la ecuación de Fourier se puede escribir

[pic 8]

relación bastante parecida a la ley de Ohm de la teoría de circuitos eléctricos.

La analogía eléctrica se puede emplear para resolver problemas más complejos que incluyan tanto resistencias térmicas en serie como en paralelo. La ecuación del flujo de calor unidimensional para este tipo de problema puede escribirse

[pic 9]

donde las , son las resistencias térmicas de los distintos materiales. Las unidades de la resistencia térmica son C/W o “F. h/Btu.[pic 10]

[pic 11]

Transferencia de calor unidimensional a través de una pared compuesta y su analogía eléctrica.

Análisis térmico

SolidWorks Simulación integrado en el CAD permite a cada uno de los diseñadores e ingenieros realizar un análisis térmico en cualquier fase del diseño para garantizar que todos los componentes y ensamblajes funcionen correctamente en los intervalos de temperatura previstos, y detectar problemas de seguridad antes de que surjan.

El análisis térmico calcula en el diseño y su entorno la temperatura y la transferencia de calor del interior de los componentes y su alrededor. Se trata de un factor importante a tener en cuenta en el diseño, ya que muchos productos y materiales tienen propiedades que dependen de la temperatura. La seguridad del producto también es un factor a tener en cuenta. Si un producto o componente se calienta demasiado, puede que necesite diseñar una cubierta para protegerlo.

Visión general de análisis térmico

El flujo de calor a través de los componentes puede encontrarse en un estado estable (en el que el flujo de calor no cambia con el tiempo) o en forma transitoria. La analogía térmica de un análisis estático lineal es un análisis térmico de estado estable, mientras que el análogo del análisis estructural dinámico es el análisis térmico transitorio.

Introducción

El presente reporte consiste en el desarrollo de una simulación utilizando la herramienta de SolidWorks para el análisis de transferencia de calor entre dos placas, dicha pieza se analizó conforme a lo requerido por el problema planteado, es decir, se analizó por Conducción Estacionaria Unidimencional, esto con el propósito de aprender a hacer uso de herramientas adicionales que nos permitan obtener datos aproximados a los reales de una forma más sencilla, para un análisis rápido y profundo, puesto que dicha herramienta (Estudio térmico de Solid Works) nos permite analizar diferentes puntos de la pieza, con lo cual podemos calcular o analizar cualquier punto que necesitemos.

Además del uso de SolidWorks para el análisis de transferencia de calor, en el presente reporte se muestran los cálculos para la transferencia de calor por Conducción Estacionaria Unidimensional de la pieza que nos da el problema planteado. Dichos cálculos se realizaron con las ecuaciones vistas en clase con el propósito de demostrar la fiabilidad que tiene la herramienta y la comprensión que se ha tenido de los temas vistos en el parcial, así como resolver mediante estos cálculos el problema planteado en la práctica.

Objetivo.

El alumno será capaz de realizar una simulación en Solidworks de un proceso de trasferencia de calor entre dos placas con determinado material. Posteriormente el alumno realizará los cálculos tradicionales, aplicando las ecuaciones básicas correspondientes del tema de Conducción Estacionaría Unidimensional.

Objetivo General

Realizar la simulación de transferencia de calor por Conducción Estacionaría Unidimensional aplicando correctamente los mecanismos en la transferencia de calor (Convección, Conducción o Radiación) de la pieza planteada, para la resolución del problema establecido en la práctica mediante el uso de SolidWorks y los conocimientos adquiridos en clase.

Objetivos específicos

- Analizar el problema dado para definir el proceso a seguir.

- Simular la pieza del problema en SolidWorks y hacer los análisis correspondientes.

- Realizar los cálculos correspondientes,