Conducción de calor transitorio (II)

En muchos problemas de interés para la ingeniería, se requiere saber qué tanto tiempo tomará que cambie la temperatura en una cantidad específica y en un punto dado dentro de un cuerpo si es que se alteran bruscamente las condiciones térmicas en la superficie del cuerpo. En este capítulo buscaremos las formas de determinar distribuciones de temperatura para conducción de calor transitorio.

Para problemas de conducción de calor transitorio unidimensional, la complejidad de la solución es comparable a la que se presenta en la sección 3-4 para conducción de calor bidimensional bajo condiciones de estado estacionario. Los problemas de conducción de calor transitorio bi y tridimensional son más complicados aún. El enfoque más poderoso y que más comunmente se usa es el método de las diferencias finitas, que se presentará en el siguiente capitulo. En este capitulo se hace énfasis en soluciones por cartas. Una solución por cartas es sencillamente una gráfica de una solución analítica para una gran variedad de valores en los parámetros. Al discutir acerca de un cuerpo semiinfinito, un cuerpo para el cual siempre hay, en un tiempo dado, un punto interno que permanece sin afectar la alteración de condiciones térmicas en sus fronteras, se usará la integral de balance de calor. Esta integral nos será de gran utilidad, ya que introducirá los conceptos básicos que se presentan al tratar la capa frontera integrada que se usa en análisis de transferencia de calor por convección.

Además del flujo de calor transitorio, discutimos acerca del flujo de calor periódico. Existen problemas de este tipo cuando se forzan las temperaturas dentro de un sistema a variar sobre bases periódicas regulares. Un ejemplo de situaciones como la que se menciona es la fluctuación cíclica de temperatura en la pared de un horno de laboratorio cuyo elemento calentador se enciende y se apaga a intervalos regulares. En este caso la temperatura en la superficie interior experimenta fluctuaciones regulares entre límites dados que dependen de las indicaciones en el termostato, dando por resultado fluctuaciones regulares de temperatura en la pared. Otro ejemplo se tiene en la variación de la temperatura de la superficie de la tierra durante un periodo de veinticuatro horas.

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