Implementación del programa de conducción de calor “procca-09” mediante software libre y la variación de las propiedades térmicas con la temperatura

• M.Fernández ; F. Del Cerro ^[2] ; J.F. Sánchez ^[1]
  1. [1] Universidad Politécnica de Cartagena

     Universidad Politécnica de Cartagena

     Cartagena, España

     
  2. [2] Universidad de Murcia

     Universidad de Murcia

     Murcia, España

     
• Localización: IV Jornadas Doctorales Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad de Murcia (Eidum), 2019, ISBN 978-84-09-09200-0, págs. 806-810
• Idioma: español
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  • La transmisión de calor es una de las materias de estudio más importantes y a la vez com- plejas en la ingeniería. Por ello, uno de los objetivos fundamentales en la docencia en las escuelas de ingeniería es conocer los aspectos y las características que conlleva el estudio de estos contenidos. El grupo de investigación de “Ingeniería Energética e Innovación Docente en Tecnología” de la Universidad de Murcia y el grupo de investigación de “Simulación por Redes” de la Universidad Politécnica de Cartagena decidieron investigar sobre la metodolo- gía y/o instrumentos docentes que permitieran comprender los fenómenos de transmisión de calor de manera sencilla e intuitiva, dejando de lado las complejas ecuaciones diferencia- les que rigen el comportamiento de estos fenómenos físicos. Fruto de esta investigación se realizó el registro del programa PROCCA-09 (2009), Del Cerro (2009) y una publicación con una serie de ejercicios de aplicación del citado programa, Alhama y del Cerro (2010).

    PROCCA-09 permite simular una gran variedad de problemas de transmisión de calor basándose en el método de Simulación por Redes, MESIR, Alhama (1999); González-Fern- ández y col. (2002). Este método utiliza la analogía existente entre las ecuaciones del calor y la electricidad, para simular la evolución del calor (espacial y temporal) en el interior de un cuerpo, del Cerro y Alhama (2004).

    En el presente trabajo se va a implementar el programa de conducción de calor “PROC- CA-09” de tal manera que pueda utilizarse mediante software libre. Para ello, realizaremos la programación mediante versiones libres de MATLAB (1997). Igualmente, en el nuevo programa, también se implementará la posibilidad de variar las propiedades térmicas de los materiales con la temperatura, añadiendo así una mayor precisión al mismo.

    Una vez el programa esté implementado tendremos la opción de modelar problemas con distintas geometrías, distintos materiales y distintas capas, lo que nos permitirá resol- ver problemas reales o semejantes a los que encontramos en la industria en general: tan- ques cilíndricos y esféricos en la industria química y petrolífera, aletas, aislamiento térmico en la industria, aislamiento térmico en la edificación, etc.

    Los modelos para estos tipos de simetría se encuentran representados por un conjunto de ecuaciones no lineales donde las propiedades del material tienen dependencia de la tem- peratura propia del medio, debido a que tanto la densidad, el calor específico y la conductivi- dad térmica del material dependen de la temperatura a la que este se encuentre, Chapman (1984). Del mismo modo, las condiciones de contorno dependerán de la temperatura, de tal manera que en función de las condiciones que tengamos: i) radiación, ii) convección, iii) temperatura constante, iv) adiabático y por último v) radiación y convección. En este trabajo se estudia a su vez la aproximación a un sistema lineal realizada en numerosos estudios tomando como constantes las propiedades de los materiales, es decir, no varían con la tem- peratura, frente al problema lineal, estas propiedades varían con la temperatura.