conducción de calor en estado transitorio

25
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MATURÍN SECCIÓN “E” CONDUCCIÓN DE CALOR EN ESTADO TRANSITORIO Autor: Cristian Guerra, 23754600 Docente: Jorge Márquez Maturín, Junio de 2015

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Autor: Guerra CristianInstituto: IUPSM

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  • REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

    INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO

    SANTIAGO MARIO EXTENSIN MATURN

    SECCIN E

    CONDUCCIN DE CALOR EN ESTADO TRANSITORIO

    Autor: Cristian Guerra, 23754600

    Docente: Jorge Mrquez

    Maturn, Junio de 2015

  • N D I C E G E N E R A L

    p.p

    INTRODUCCIN .................................................................................................. 1

    ANLISIS DE PARMETROS CONCENTRADOS ........................................... 2

    Definicin ............................................................................................................. 2

    Criterios para el Anlisis de Sistemas Concentrados .............................................. 3

    PLACA INFINITA ................................................................................................. 7

    Definicin ............................................................................................................. 7

    Criterios para el Anlisis de Placas Infinitas .......................................................... 8

    CILINDRO INFINITO Y ESFERA ..................................................................... 11

    Definicin ........................................................................................................... 11

    SLIDO SEMI-INFINITO .................................................................................. 12

    Definicin ........................................................................................................... 12

    Criterios para el Anlisis de Solidos Semi-infinitos ............................................. 13

    Ejercicio #1 ............................................................................................................ 15

    Ejercicio #2 ............................................................................................................ 17

    Ejercicio #3 ............................................................................................................ 20

    CONCLUSIN ..................................................................................................... 22

    BIBLIOGRAFA .................................................................................................. 23

  • 1

    INTRODUCCIN

    En general, la temperatura de un cuerpo vara con el tiempo as como con la

    posicin. En clases pasadas se consider la conduccin de calor en condiciones

    estacionarias, para las cuales la temperatura de un cuerpo en cualquier punto no cambia

    con el tiempo, lo cual simplificaba en gran medida el anlisis, en especial cuando la

    temperatura variaba slo en una direccin. El estudio de cuerpos de la conduccin de

    calor en estado transitorio considera la variacin de la temperatura con el tiempo as

    como con la posicin, en sistemas unidimensionales y multidimensionales.

    El presente trabajo inicia con el anlisis de los sistemas concentrados (tambin

    llamados sistemas de parmetros concentrados o de resistencia interna despreciable),

    en los cuales la temperatura de un cuerpo vara con el tiempo, pero permanece uniforme

    en cualquier instante (los puntos de temperatura no cambian de posicin). En seguida,

    se considera la variacin de la temperatura con el tiempo as como con la posicin para

    problemas unidimensionales de conduccin de calor, como los asociados con una pared

    plana grande o infinita, un cilindro, una esfera y un medio semi-infinito, logrando

    obtener un esbozo del tema de manera terica y prctica.

  • 2

    ANLISIS DE PARMETROS CONCENTRADOS

    Definicin

    En el estudio de la transferencia de calor se observa que algunos cuerpos se

    comportan como un bulto o una masa uniforme cuya temperatura interior

    permanece uniforme en todo momento durante un proceso de transferencia de calor. Es

    decir, en todos los puntos de su cuerpo poseen la misma temperatura. Por ejemplo,

    consideremos la siguiente bola de cobre:

    Las mediciones indican que la temperatura de la bola de cobre cambia con el

    tiempo, pero no vara mucho con la posicin en algn momento dado (en todos sus

    puntos, la temperatura aumenta y disminuye de manera homognea). Por lo tanto, la

    temperatura de la bola permanece uniforme todo el tiempo y se puede hablar de esa

    temperatura sin referir a una ubicacin especfica, pues se encuentra homogenizada. El

    estudio de la temperatura de este tipo de cuerpos se puede estudiar tomando como nica

    funcin el tiempo (T). El anlisis de la transferencia de calor que utiliza esta

    idealizacin se conoce como anlisis de sistemas concentrados, el cual proporciona una

    gran simplificacin en ciertas clases de problemas de transferencia de calor sin mucho

    sacrificio de la exactitud.

    Ahora, vamos al otro extremo y consideremos un pedazo de carne en un horno o

    una parrilla. Si en algn momento hemos hecho algn asado, seguro nos hemos dado

    cuenta que la distribucin de temperatura dentro del trozo de carne no se aproxima a

    ser uniforme. Si sacamos el pedazo de carne antes de que est cocido por completo y

  • 3

    lo cortamos a la mitad, nos daremos cuenta de que las partes exteriores de l estn bien

    cocidas, en tanto que la zona central apenas est caliente. Como consecuencia, en este

    caso no es aplicable el anlisis de sistemas concentrados, pues la temperatura no vara

    de manera homognea en el cuerpo respecto al tiempo: hay puntos en donde aumenta

    de manera ms veloz, creando una diferencia de temperatura. Una totalmente

    heterogeneizada. Esto se puede ejemplificar a travs de la siguiente representacin:

    Criterios para el Anlisis de Sistemas Concentrados

    Como se explic en el apartado anterior, en diversas circunstancias la

    temperatura de un sistema durante un proceso de calentamiento o enfriamiento est

    sujeta casi de manera exclusiva al tiempo, no a la distancia, pues la distribucin de

    temperatura es homognea. Podra suponerse que en estos casos la conductividad

    trmica del material es suficientemente alta como para que los gradientes de

    temperatura en su interior resulten insignificantes (pues seran realmente bajos), o

    tambin podra pensarse que el sistema es lo suficientemente pequeo para que las

    diferencias de temperatura en su interior no sean considerables (pues, relativamente,

    las temperaturas externas e internas seran prcticamente las mismas).

    Con la intencin de cuantificar esas ideas, podemos imaginarnos un sistema que

    experimenta un proceso de enfriamiento o calentamiento en presencia de un fluido (es

    decir, a travs de conveccin). El cociente de la resistencia trmica por conduccin a

    la de conveccin puede escribirse por lo tanto de la siguiente manera:

  • 4

    =

    1

    =

    ( )

    h = es el coeficiente de transferencia de calor en la interfase.

    k = la conductividad trmica del sistema.

    L = una longitud caracterstica para la conduccin de calor. Por ejemplo: radio de

    una esfera; radio de una barra cilndrica de gran longitud; semiespesor en una

    placa plana expuesta a un fluido que disipa o toma calor por ambas superficies,

    etctera.

    Cuando un cuerpo slido se calienta por un fluido ms caliente que lo rodea

    (como una papa que se est horneando), el calor es llevado por conveccin hacia el

    cuerpo y, a continuacin, conducido hacia el interior del cuerpo. El nmero de Biot es

    la razn de la resistencia interna de un cuerpo a la conduccin de calor con respecto a

    su resistencia externa a la conveccin de calor. Por lo tanto, un nmero pequeo de

    Biot representa poca resistencia a la conduccin del calor y, por lo tanto, gradientes

    pequeos de temperatura dentro del cuerpo.

    Por el momento, basta decir que si el nmero de Biot es menor a 0.1,

    aproximadamente, la temperatura en el interior de un cuerpo depende

    fundamentalmente del tiempo y, por lo tanto, es vlido aplicar un anlisis de parmetros

    concentrados. En base a mi dictamen, a medida que el nmero de Biot es menor,

    mayores posibilidades hay de que el cuerpo termine siendo homogneo en cada uno de

    sus puntos.

    Para dar un ejemplo de este tipo de anlisis, consideremos un sistema como el

    que se muestra a continuacin:

    = 0 en

    = 0

    Condiciones externas

    = =

    Material

  • 5

    El material se encuentra inicialmente a una temperatura uniforme To. Supngase

    que de pronto se sumerge el cuerpo en un fluido a una temperatura T que es constante.

    Si pensamos que la resistencia interna a la conduccin es insignificante respecto a la

    externa de conveccin (nmero de Biot por debajo de 0,1) la temperatura del cuerpo

    est determinada slo por el tiempo, es decir, = ().

    La primera ley de la termodinmica nos dice que el cambio en la energa interna

    de un sistema es igual a la energa transferida menos el trabajo realizado, y esta energa

    interna, dentro de un material considerando sus propiedades, puede ser representada de

    la siguiente manera:

    () =

    Si aplicamos esta ley a todo el cuerpo, el calor disipado por conveccin en

    cualquier instante se refleja en una disminucin de su energa interna, pues representa

    una salida de energa en forma de calor hacia el medio externo. En forma analtica, esto

    se puede representar respecto al tiempo de la siguiente manera:

    ( ) =

    h = coeficiente promedio de transferencia de calor

    A = rea del cuerpo donde intercambia calor por conveccin

    c = calor especfico del material que constituye el sistema

    = densidad del material que constituye el sistema

    V = volumen del sistema

    Ti = Temperatura inicial

    T = Temperatura del medio externo

    = T(t) - T, siendo T(t) la temperatura en cualquier instante t

    m = masa de sistema = V (Ntese)

  • 6

    Esta expresin puede reacomodarse para ejemplificarle en trminos ms

    simples de la siguiente manera:

    =

    =

    ( )

    Integramos en funcin de t (tiempo) de la siguiente manera:

    =

    ( )

    = ln

    ()

    Eliminamos el logaritmo neperiano utilizando su inverso: el numero e, de

    la siguiente manera:

    e

    hAcV

    t=

    T(t) TTi T

    Expresndose de una manera ms individual y elegante de la siguiente

    manera:

    =()

    , donde =h A

    c V

    Esta ecuacin nos permite determinar la temperatura T(t) de un cuerpo en

    cualquier instante t, o, de modo alternativo, el tiempo t requerido para alcanzar el valor

    especfico T(t).

    Hay que recordar algo muy importante: la temperatura de un cuerpo se aproxima

    a la del medio ambiente, T, en forma exponencial. Al principio, la temperatura del

  • 7

    cuerpo cambia con rapidez pero, posteriormente, lo hace ms bien con lentitud. Un

    valor grande de b indica que el cuerpo tender a alcanzar la temperatura del medio

    ambiente en un tiempo corto. Entre mayor sea el valor del exponente b, mayor ser la

    velocidad de decaimiento de la temperatura. Note que b es proporcional al rea

    superficial, pero inversamente proporcional a la masa y al calor especfico del cuerpo.

    Esto no es sorprendente, ya que tarda ms tiempo en calentarse o enfriarse una masa

    grande, en especial cuando tiene un calor especfico grande.

    La temperatura T en cualquier intervalo t, cuando se encuentra una transferencia

    de calor por conduccin aparte de una de conveccin (mecanismo simultneo), siempre

    y cuando T = T en t = 0 (temperatura inicial), estar definida a travs de la siguiente

    ecuacin:

    = +

    [

    ]

    PLACA INFINITA

    Definicin

    En varios problemas de tipo transitorio no puede despreciarse la resistencia

    interna a la conduccin, ya que la temperatura del sistema no slo depende del tiempo

    sino tambin de la distancia. Qu quiero decir con esto? Que a diferencia del anlisis

    de parmetros concentrados recin descrito, la solucin de problemas relacionados con

    la conductividad trmica finita es ms compleja, pues implica el anlisis de ecuaciones

    diferenciales parciales para poder estudiar las variantes de posicin dentro del cuerpo.

    Consideremos como ejemplo el caso de una placa infinita de espesor 2L, la cual

    se encuentra a una temperatura inicial uniforme Ti, como se observa de manera

    siguiente:

  • 8

    Supngase que de pronto se pone en contacto con un fluido a una temperatura

    constante T y se desea conocer la historia de temperatura de la placa en funcin de la

    distancia y el tiempo. Para estudiar este caso se necesitan tomar en cuenta una serie de

    criterios.

    Criterios para el Anlisis de Placas Infinitas

    Uno de los parmetros que debemos tomar en cuenta es la difusividad trmica,

    debido a que sta afecta la razn de cambio de la temperatura con respecto al tiempo.

    As, dicha razn es ms rpida si el material tiene una gran difusividad trmica, y

    viceversa. Ntese que a diferencia de la conductividad trmica k de un material, que

    permite o no el paso del calor por conduccin, la difusividad trmica consta de tres

    propiedades fsicas, una de transporte y dos termodinmicas: la conductividad trmica

    k, la densidad del material y el calor especfico c.

    De lo anterior se desprende que la difusividad trmica (m2/s) es un indicador de

    la capacidad que tiene un material para conducir el calor con respecto a su capacidad

    para almacenar energa interna; esta se define de la siguiente manera:

    =

    Se requiere tres condiciones para estudiar este caso: dos de frontera y una inicial,

    para especificar por completo la variacin de la temperatura con respecto a la distancia

    y al tiempo. Si se supone que la placa est sujeta a un proceso de enfriamiento (o

    2L Fluido a T sometido a h

    Fluido a T sometido a h

    Y X

  • 9

    calentamiento), la condicin inicial puede establecerse fcilmente a partir de la

    uniformidad inicial de la temperatura en la placa. Es decir:

    = (, ) =

    La primera condicin de frontera se establece muy pronto mediante la condicin

    de simetra en la placa. Puesto que sta pierde (o gana) calor por ambas superficies, el

    mximo (o mnimo) de temperatura durante el enfriamiento (o calentamiento) debe

    ocurrir en el centro mismo de la placa. Es decir:

    =

    (, ) =

    Por ltimo, la segunda y ltima condicin de frontera puede obtenerse notando

    que el calor transportado por conduccin en la interfase debe ser igual al que se cede

    (o gana) de forma convectiva al fluido. Es decir:

    =

    (, ) = [(, ) ]

    Este conjunto de ecuaciones describen por completo el problema de transferencia

    de calor en la placa. De esas mismas expresiones se observa que la temperatura de la

    placa en cualquier posicin y en cualquier instante depende de varios parmetros, en

    particular de:

    = (, , , , , , , )

    Sin embargo, la distribucin adimensional de temperatura para una placa plana

    es una funcin universal de x, Fo y Bi, y no depende de los valores particulares de ,

    , L, k, o h. Estas variables de funcin universal (x, Fo y Bi) se definirn a travs

  • 10

    de las siguientes ecuaciones para as poder afrontar cualquier tipo de problema en

    forma general:

    1. =

    2. =

    3. = =

    =

    =

    Este conjunto de ecuaciones deben apoyarse en la Grfica de Heisler para la

    historia temperatura-tiempo en el centro de una placa de espesor 2L a una temperatura

    inicial Ti, que intercambia calor con un medio a temperatura ; as como en la Grfica

    Heisler para determinar la temperatura en cualquier punto de una placa. (Fuente: M. P.

    Heisler, Temperature Charts for Induction and Constant Temperature Heating, Trans.

    ASME, 69, pp. 227-236, abril de 1947).

    Para conseguir el valor de , se debe hallar primero,

    , Grfica Heisler para historia T t en el centro de una placa (e = 2L).

    , Grfica Heisler para la temperatura en cualquier punto de una placa.

    De esta manera, al multiplicarse, se logra obtener de la siguiente manera:

    = 0

    =T TTi T

    ()

    Teniendo el valor de adimensional se logra obtener la temperatura en

    cualquiera punto de la placa a travs de la siguiente ecuacin:

    = + ( )

  • 11

    CILINDRO INFINITO Y ESFERA

    Definicin

    El anlisis del proceso transitorio para el caso de un cilindro infinito o una esfera

    de radio ro con una temperatura inicial uniforme Ti, que se exponen a un medio

    convectivo cuya temperatura es , a travs de un coeficiente de transferencia de calor

    h, es muy similar al que se present con anterioridad para el caso de una placa infinita,

    con la particularidad de que los coeficientes de Biot y Fourier no sern compatibles

    debido a las condiciones geomtricas.

    Por lo tanto, a travs de las siguientes ecuaciones adimensionales totalmente

    anlogas a las utilizadas en el estudio de placas infinitas (pg. 10) se puede afrontar

    cualquier tipo de problema en forma general. Sin embargo, estas de igual forma se

    deben apoyar en las Grficas de Heisler (Fuente: M. P. Heisler, Temperature Charts for

    Induction and Constant Temperature Heating, Trans., ASME, 69, pp. 227-236, abril de

    1947.) para la historia temperatura-tiempo en el centro de un cilindroesfera infinito

    de radio ro con una temperatura inicial Ti que intercambia calor con un medio a

    temperatura ; y para determinar la temperatura en cualquier punto de un cilindro

    esfera infinito.

    De esta manera, al multiplicarse ambos coeficientes se logra obtener de la

    siguiente manera:

    = 0

    =

    ()

    Teniendo el valor de adimensional se logra obtener la temperatura en

    cualquiera punto de la esferacilindro a travs de la siguiente ecuacin:

    = + ( )

  • 12

    SLIDO SEMI-INFINITO

    Definicin

    En numerosas aplicaciones la temperatura de un cuerpo slo vara en la vecindad

    de una de sus superficies. En otras, la distribucin de la temperatura es slo de inters

    durante la parte inicial del proceso transitorio en que la temperatura en el interior del

    cuerpo no ha tenido prcticamente oportunidad de afectarse. Para entender podemos

    considerar un slido semi-infinito como el que se muestra a continuacin:

    Podemos observar que un slido semi-infinito no es ms que un cuerpo

    idealizado que tiene una sola superficie plana (sealizada en rojo) y se extiende hacia

    el infinito en todas sus dems direcciones. Este cuerpo idealizado se usa para indicar

    que el cambio de temperatura en la parte del cuerpo en la que se interesa (la regin

    cercana a la superficie, sealizada en verde) se debe a las condiciones trmicas en una

    sola superficie (sealizada en roja).

    Por ejemplo, la Tierra se puede considerar como un medio semi-infinito por la

    importancia de la variacin de la temperatura cerca de su superficie. Asimismo, una

    pared gruesa se puede evaluar como un medio semi-infinito si lo nico que nos interesa

    es la variacin de la temperatura en la regin cercana a una de sus superficies; si la otra

    superficie est demasiado lejos como para tener algn impacto, en este caso, la

    temperatura en la regin central de la pared permanece inalterada. Esto generalmente

  • 13

    se da durante periodos cortos (tiempos relativamente pequeos), ya que el calor no

    tiene tiempo suficiente para penetrar en la profundidad del cuerpo y por esta razn el

    espesor del cuerpo no entra en el anlisis de la transferencia de calor. Todos los

    cuerpos, por lo tanto, pueden modelarse como solidos semi-infinitos si se ajustan de

    manera coherente los parmetros de tiempo.

    Criterios para el Anlisis de Solidos Semi-infinitos

    El anlisis del slido semi-infinito precisa un conocimiento de la distribucin de

    la temperatura y el flujo de calor, puesto que la temperatura en su interior depende del

    tiempo t y de la distancia x. Por lo tanto, para este estudio se requiere una condicin

    inicial y dos de frontera para determinar de manera nica la distribucin de temperatura

    T(x, t) en el slido

    1. ; (, ) =

    2. ; (, ) =

    3. ; (, ) =

    Teniendo estas condiciones en funcin, cualquier problema puede resolverse sin

    mayor dificultad definiendo las variables adimensionales siguientes:

    =

    =

    Qu es la variable ? La tcnica de separacin de variables para resolver las

    ecuaciones diferenciales de equilibrios y de condicionamiento no funciona en este caso,

    debido a que el medio es infinito. Pero otro procedimiento ingenioso, conocido como

    variable de semejanza, funciona bien para convertir la ecuacin diferencial de

    derivadas parciales en una ecuacin diferencial ordinaria, al combinar las dos variables

    independientes x y t en una sola variable .

  • 15

    Ejercicio #1

    Una plancha elctrica tiene base de acero (k = 70 W/m C, = 7840 kg/m3 y c

    = 450 J/kg C) y pesa 1 kg. La base tiene una superficie de 0.025 m2 y se calienta

    internamente con una resistencia que toma 250 W. Inicialmente la plancha se encuentra

    a 20 C. Cuando comienza a calentarse disipa calor hacia el medio ambiente con un

    coeficiente de transferencia de calor de 50 W/m2C.

    a) Calcule la temperatura de la plancha despus de 5 minutos.

    b) Qu temperatura alcanzar la plancha si no se tiene ningn control?

    Respuesta;

    El espesor (L) de la plancha;

    m = = L A

    =m

    A=

    1 kg

    7840kgm3

    0,025 m2= ,

    El nmero de Biot;

    =h L

    k=

    50W

    m2 0,0051 m

    70W

    m C

    = , ,

    Qconv

    h = 50 W/m2 C

    T = 20 C

    Qcon = 250 W

    A = 0,025 m2

    m = 1 kg

    k = 70 W/mC

    = 7840 kg/m3

    c = 450 J/kgC

  • 16

    Balance de energa (Primera Ley de la Termodinmica);

    ( ) =

    ( ) =

    La temperatura T en cualquier intervalo t, cuando se encuentra una transferencia

    de calor por conduccin aparte de una de conveccin, estar definida a travs de la

    siguiente ecuacin (pg. 126, Manrique, tercera edicin):

    = +

    [

    ]

    a) Para = 5min = 300

    = 20 +250

    50Wm2

    C 0,025 m2

    [

    1

    50

    Wm2

    C

    7840kgm3

    450J

    kg C 0,0051 m

    300

    ]

    =

    b) Cuando no se tiene ningn control, el tiempo tiende a infinito. Por lo tanto,

    cuando t = el conjunto de trminos asociados a t se eliminan debido a su cantidad

    perpetua, por lo que la ecuacin se establece de la siguiente forma:

    = +

    = 20 +250

    50Wm2

    C 0,025 m2

    =

  • 17

    Ejercicio #2

    Considrese una placa de acero de 20 cm de espesor a una temperatura inicial de

    500 C, como se muestra. La placa se expone repentinamente al aire ambiente, cuya

    temperatura es de 30 C. Si el coeficiente de transferencia de calor por ambos lados de

    la placa es de 100 W/m2 K, calcule la temperatura a 2 cm de profundidad despus de

    que transcurre una hora. Supngase las propiedades fsicas del acero siguientes: =

    1.5 x 10-5 m2/s, k = 54 W/m C.

    Respuesta;

    Calculo de L;

    2L = 20 cm

    =20

    2= ,

    El nmero recproco de Biot;

    =

    2=

    =

    =

    54

    100

    2 0,1

    = ,

    30 C h= 100 W/m2 K

    2L = 20 cm

    Y

    X

    30 C h= 100 W/m2 K

    2 cm

    L x

  • 18

    Utilizando la Grfica de Heisler para la historia temperatura-tiempo en el centro

    de una placa de espesor 2L a una temperatura inicial Ti, que intercambia calor con un

    medio a temperatura (Fuente: M. P. Heisler, Temperature Charts for Induction and

    Constant Temperature Heating, Trans. ASME, 69, pp. 227-236, abril de 1947)

    logramos calcular:

    = ,

    De igual manera, utilizando la Grfica Heisler para determinar la temperatura en

    cualquier punto de una placa. (Fuente: M. P. Heisler, Temperature Charts for Induction

    and Constant Temperature Heating, Trans. ASME, 69, pp. 227-236, abril de 1947);

    = 5,4

    = 5,4

  • 19

    =

    ( )

    = ,

    = ,

    = 0

    =

    = 0,4 0,95 = ,

    Por lo tanto,

    = + 0,38 ( ) = [30 + 0,38 (500 30)] = ,

    = 5,4

  • 20

    Ejercicio #3

    Una barra cilndrica de acero inoxidable muy larga y de 20 cm de dimetro se

    encuentra a una temperatura de 980 C y se sumerge repentinamente en un bao de

    aceite cuya temperatura es de 40 C. Se estima que el coeficiente promedio de

    transferencia de calor es de 565 W/m2 C. Calcule el tiempo necesario para que el

    centro de la barra alcance una temperatura de 260 C. Las propiedades del acero

    inoxidable son: = 7817 kg/m3, c = 0.46 kJ/kg C, k = 16.3 W/m C y = 0.44410-5

    m2/s.

    Respuesta;

    Calculo de r0;

    =

    2=

    0,2

    2= ,

    El nmero reciproco de Biot;

    =

    r0=

    16,3W

    m C

    565

    2 0,1

    = ,

    La temperatura adimensional en el centro de la barra;

    =

    =(260 40)

    (980 40) = ,

    = 980 C

    = 40

    = 565

    2

    260 C

    t = ?

    0,2 m

  • 21

    Utilizamos la Grficas de Heisler (Fuente: M. P. Heisler, Temperature Charts for

    Induction and Constant Temperature Heating, Trans., ASME, 69, pp. 227-236, abril de

    1947.) para la historia temperatura-tiempo en el centro de un cilindroesfera infinito

    de radio ro con una temperatura inicial Ti que intercambia calor con un medio a

    temperatura para obtener el nmero de Fourier (Fo):

    Por lo tanto, el valor de t se consigue a travs de la ecuacin de Fourier;

    =

    ;

    =

    2

    =

    0,53 (0,1 )2

    0.444 105m2

    s = = = ,

    = ,

    = ,

  • 22

    CONCLUSIN

    En diferentes procesos de la transferencia de calor, la temperatura del sistema

    depende del tiempo. Es el caso del calentamiento y enfriamiento del techo de una casa

    expuesta a la radiacin solar; el proceso de templado de un cristal para automvil o de

    una pieza de acero; el proceso de coccin de un pastel; en fin, hay un sinnmero de

    situaciones de este tipo. En todos esos casos la temperatura no slo est condicionada

    por la distancia, sino tambin por el tiempo. A diferencia de los procesos de conduccin

    de calor en estado estable, en los de tipo transitorio hay un aumento o una disminucin

    en la energa interna del sistema mientras ocurre el proceso.

    Una condicin fundamental de la conduccin del calor en rgimen estacionario,

    por ejemplo, es la existencia de un equilibrio termodinmico que conserve la

    temperatura estable. El comportamiento trmico en situaciones reales se caracteriza por

    las variaciones de las condiciones del entorno, siendo frecuente la modificacin de las

    caractersticas del ambiente interior al variar la carga trmica interna o la puesta en

    funcionamiento de sistemas de climatizacin. An ms frecuente es la variacin de las

    condiciones ambientales exteriores, con ciclos diarios de modificacin de las

    temperaturas exteriores y el soleamiento, o con alteraciones rpidas y aleatorias de las

    condiciones de viento y nubosidad.

  • 23

    BIBLIOGRAFA

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