SIMULADOR PARA EL ANALISIS BIDIMENSIONAL DE LA CONDUCCIÓN DE CALOR EN SUPERFICIES EN ESTADO TRANSITORIO

SIMULADOR PARA EL ANALISIS BIDIMENSIONAL DE LA CONDUCCIÓN DE
CALOR EN SUPERFICIES EN ESTADO TRANSITORIO.
González, Charlo. Ocando, Tibisay. Pardo, Mabel. Surga, Rafael
Resumen: La conducción de calor en superficies en estado transitorio, es uno de los
problemas de análisis más común en el estudio de los diversos fenómenos físicos asociados
a transferencia de calor en procesos industriales,tales como los presentes en la industria
química, metalúrgica, etc. Es de aquí que surge la necesidad de desarrollar un simulador o
herramienta computacional que sea capaz de mostrar este proceso, bajo diversas
condiciones, para su respectivo análisis en estado transitorio y aplicación en superficies de
distintos materiales. Para el desarrollo del simulador implementado en Matlab, seconsideraron las ecuaciones diferenciales hiperbólicas de segundo orden, la cual rige el
comportamiento de la transferencia de calor en la superficie bidimensional y se utilizó el
método por diferencias finitas de segundo orden con formulación explicita para la
obtención de la solución de la ecuación diferencial en derivadas parciales. El resultado
obtenido permite visualizar a través de una interfazgráfica la conducción de calor en una
superficie en dos dimensiones, utilizando diferentes tipos de materiales, con distintas
dimensiones y bajo diferentes condiciones térmicas iníciales. Como conclusión se logró
desarrollar un programa que permite analizar la conducción de calor en superficies
bidimensionales, basándose en criterios que garantizan la estabilidad y la confiabilidad en
lasimulación.
Palabras clave: Simulador, Transferencia de Calor, Diferencias finitas, Matlab.
I.
INTRODUCCIÓN.
Los fenómenos de transferencia de calor tienen un
papel importante en muchos problemas industriales
y ambientales [1]. Por ejemplo, consideremos el
área vital de la producción y conversión de energía,
así como en la industria química, metalúrgica, entre
otras. Estos problemas incluyenprocesos de
conducción, convección y radiación que se
relacionan con el diseño de sistemas.
Este tipo de problemas exigen un análisis
permanente de los fenómenos que ocurren, los
cuales
normalmente
requieren
tomar
en
consideración múltiples variables o parámetros
según la situación. En muchas ocasiones, el análisis
está sujeto a la experiencia del personal y requiere
del mismo elmanejo eficiente de la información, tal
que permita hacer los ajustes correspondientes a las
variables del sistema con la pericia adecuada con
fines de lograr su máxima efectividad. Sin embargo,
pueden surgir errores en las estimaciones lo cual
conlleva
a posibles errores que afecten los
resultados esperados, que si corresponden a

procesos productivos, pueden llevar a pérdidas de
recursos ytiempo.
Este proceso probablemente empírico, pierde
vigencia cuando se requiere un proceso analítico y
sistemático fundamentado en la rigurosidad
científica. El empleo de una herramienta
computacional como un simulador, permitiría que la
solución que se le dé al problema esté más ajustada
a las necesidades, facilitando que tanto el control
del proceso como la toma de decisiones seanllevadas a cabo por métodos comprobables y
repetitivos.
El objetivo del trabajo, es desarrollar una
herramienta informática que permita obtener la
solución de las ecuaciones diferenciales en
derivadas parciales de segundo orden de tipo
hiperbólico, que rigen el comportamiento de la
transferencia
de
calor
en
superficies
bidimensionales.

Los Ing. González Charlo, Ing. Ocando Tibisay, Ing.Pardo Mabel, Ing. Surga Rafael, pertenecen al Departamento de
Ingeniería Electrónica de la UNEXPO – Vicerrectorado de Puerto Ordaz. Contacto: cegonzalez@unexpo.edu.ve
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El trabajo está estructurado en varias secciones,
presentándose en primer lugar el modelo
matemático con el que se trabajará, y detalle de las
ecuaciones en diferencias finitas, se explica la
estrategia para el análisis...