Archive for the ‘Transferencia de Calor’ Category
En esta parte complemento lo hecho en la entrada anterior. Resulta que a partir de la ecuación general de aletas los libros mencionan casos específicos de resolución de tal ecuación considerando la geometría. Así los casos de aleta triangular, cilíndrica y cónica son los más usuales. De su desarrollo analítico deducen ecuaciones para determinar su comportamiento. En el presente figura se da a saber los resultados de la utilización de ecuaciones para el modelo de aletas cilíndricas con dos coeficientes de transferencia de calor por convección. El límite de la aleta no se ha trabajado, debido a ello es que se tiene una parte de la curva ascendente, esto no indica que el modelo es falloso, sino que hay que tener en consideración que estos cálculos son aproximados y las matemáticas funcionan dentro de los límites del modelo. Acá en la figura tenemos margen fuera del modelo y lo dejo así para que vean que quien simula debe tener bastante criterio en la hora de evaluar los resultados (en el momento que se necesita comprender la gráfica).
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.
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Las aletas son utilizados para evacuar calor hacia el medio exterior a un sistema que se desea por lo general enfriar. Existe una ecuación para determinar la distribución de temperaturas a través de una aleta bajo coordenadas cartesianas (amén de todas coordinadas cilíndricas y esféricas). Las geometrías pueden ser variadas entre las más utilizadas esta la forma rectangular y triangular. Para geometrías más complicadas las soluciones analíticas son complicadas y requieren demasiado tiempo y un buen conocimiento de matemáticas. Para palear ello haciendo uso del arte de la programación, se puede programar la misma ecuación diferencial (como se muestra en la figura) y encontrar los perfiles de distribución de temperatura para las diferentes formas de aletas que uno puede imaginar.
El modelo a considerar es que a lo largo de la extensión de la aleta se debe programar la dependencia del perímetro y del área como varía. Simulaciones más precisas pueden ver la dependencia de la conductividad y el coeficiente de transferencia de calor por convección. Pero estos detalles requerirán una capacidad computacional mayor, lo que se muestra es un modelo simple de aleta y que trato de describir mas que todo la curva de temperatura obtenida
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Esta temperatura de equilibrio resulta del análisis del comportamiento de un colector solar como un cuerpo negro. Es decir, en primer lugar parte de la radiación que llega del Sol es absorvido por el colector solar (su variable característica se llama absotividad) influido también por el ángulo de incidencia del colector solar (que por lo general se coloca de tal manera que durante todo el año se tenga la mayor captación de calor). Entonces tenemos esta energía que es capturada del Sol. Luego, como todo cuerpo negro emite radiación con cierta emisividad menor a uno que lo acerca a ser un objeto real porque cuerpo negro perfecto no existe.
En ese equilibro que resulta de la energia recibida y la energia emitida como cuerpo negro (Ecuación de Boltzmann) resulta esta temperatura máxima o temperatura de equilibrio radiante de la superficie negra del colector solar, luego de que se ha establecido el equilibrio térmico (trabajo en estado estable)
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De manera similar para el caso de calor latente, en que la cantidad de energía en la forma de calor es liberada o absorbida por un material durante un cambio de estado o transición de fase tal como un sólido a líquido (melting) o de líquido a gas (vaporización). El almacenamiento de energía de calor latente es atractivo para materiales que se someten a un significativo alto cambio de energía interna durante un cambio de fase. Materiales usuales para almacenamiento por calor latente se muestran en la figura.
La energía de cambio de fase (calor de fusión o vaporización) de un material determina su capacidad de almacenamiento térmico como un PCM. Para ser apropiado para almacenamiento de calor latente, los materiales deben exhibir un alto calor de transición, alta densidad, apropiada temperatura de transición, baja toxicidad, performance long-term a bajo costo, almacenar energía a reducidas temperaturas.
Además, con calor latente es mucho mas difícil de transferir que con calor sensible, debido a algunos PCMs tiene baja conductividad en estado sólido, otros son inflamables por lo cual es necesario adicional diseño de seguridad en los recipientes de almacenamiento
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El material seleccionado para TES con calor sensible debe ser térmicamente estable y no debe tener ningún cambio de fase durante temperaturas extremas. La sustancia también debe tener una alta capacidad de calor, alta densidad y una aceptable baja presión de vapor. Para ser económicamente viable, no debe ser cara. Varios usuales materiales de almacenamiento de calor sensible y sus propiedades son mostrados en la figura.
Extracto de mi informe de curso de curso de Gestión Tecnología (2012-II) en Programa Doctorado en Fisica de la Universidad Nacional de Ingeniería, Lima. PERU.
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Muchos de los problemas en ingeniería tienen que ver con ecuaciones diferenciales parciales… por lo general, en los cursos de pregrado, se suele utilizar el estudiar problemas en una dimensión, dado que en dos o en tres dimensiones el cálculo manual se complica y no brinda gran ventaja de visualización. Hay que también lidiar con cual técnica emplear y ver lo de los errores. Sin embargo, Matlab provee una valiosa herramienta que es el «pdetool», se digita así en la Ventana de Comandos y listo. El Help de Matlab, da una gran información y ayuda al respecto, con algo de práctica y buen humor 🙂 el aprendizaje se hace rápido y de ahí ya queda al arte del programador.
La presente vista es una de las formas de salida que da ante este cálculo, se observa las líneas de flujo de dirección de calor en este arreglo ejemplo tomado del Help de Matlab.
Esta herramienta es muy útil, es conocer algo básico básico de ecuaciones diferenciales para enterder la forma como trabaja, además, podeis afrontar varios problemas como esfuerzos mecánicos, transferencia de calor, electrostatica, magnetismo, etc… tanto para 2D como para 3D…. tranquilos tranquilos !! esto se requiere paciencia y perseverancia en lograr un buen nivel.
El método que trabaja es por Método de Elementos Finitos que también da una explicación sobre ello. Os espero sirva. Pues se observa aplicaciones en los equipos de energia renovables: celdas solares, generadores eléctricos, piezas mecánicas en rozamiento, etc…
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Datos Generales
Good day. My full name is Jorge Luis MIREZ TARRILLO.
I am Peruvian and live in Lima, capital of Perú in South America.I am Mechanical Electrical Engineering, MSc Physics and Dr. Physics (title doctoral thesis: Control, Optimization, and Management of Microgrid Current Direct)
Too, actually job as Principal Professor in Faculty of Oil, Gas and Petrochemical Engineering of Universidad Nacional de Ingeniería (National University of Engineering) in Lima – PERU (Courses: Modern Physics, Differential Equations and Research's Methodology)
My subjects of my interest are control, signal processing, optimization, simulation, biomedical research, smart grid, microgrid, water.
I have experience in Matlab/Simulink programming, biomedical equipment, electrical systems, renewable energies, microgrids, saturated steam systems 100 psi and organizing academic events.
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