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Facultad de ingeniería mecanica Laboratorio de transferencia de calor II
Fecha de elaboración:
Energy 2D
Actividad 1. Practica 2
Nombre: Gabriel Peralta. Grupo: GRUPO 2 Profesor: Ing. Cristian Tapia.
1. INTRODUCCION: En el siguiente trabajo de investigación se pretende realizar cuatro simulaciones sobre conducción de calor en superficies bajo diferentes condiciones con la ayuda de un software libre llamado Energy 2D. se va a seleccionar una serie de ejemplos disponibles en el programa y con el fin de realizar un análisis con nuestros propios ejemplos se van a cambiar los parámetros y variables disponibles en el programa con el fin de obtener ejercicios propios y tener un mejor entendimiento del programa. A continuación, se desarrollará el documento con más profundidad: 2. OBJETIVO: Analizar la influencia de las superficies extendidas en la conducción y convección de calor, a través de un ejercicio de simulación en el software Energy 2D. 3. DESARROLLO: Utilizando los 4 primeros ejemplos de conducción llamados “comparing” modifique las propiedades del material, área transversal, longitud y demás condiciones para que ejecute sus propias simulaciones. EJERCICIO 1(comparing thermal conductivities) En el siguiente problema tenemos dos sartenes de distintos materiales madera y metal y son colocadas sobre una hornilla. Considere que la temperatura de la hornilla es de 5 0°C y la temperatura de los sartenes es de 15°C. ¿Para qué material el flujo de calor es más rápido? PROPIEDADES material Conductividad [W/mK] Cp [J/kgK] Densidad [kg/m^3 ] Dimensiones[m] Aluminio 237 900 2698.4 0.050.080.0 1 cobre 380 385 8460 0.050.080. Figura 1. Comparación sartenes Cobre vs Aluminio. Fuente:[1]
Ejercicio 2 (comparing conduction Areas) Con los mismos datos del literal anterior solo que con geometrías. Determines si fluye mas calor por un puente de mayor espesor. material Conductividad [W/mK] Cp [J/kgK] Densidad [kg/m^3 ] Dimensiones[m] Aluminio 237 900 2698.4 0.0 1 0.0 6 0.0 1 cobre 380 385 8460 0.050.0 6 0.0 1 Ejercicio 3 (comparing temperature differences) Con las mismas propiedades y datos del literal anterior pero ahora con una temperatura de la hornilla de 80°C para el aluminio y 50 °C para el cobre. Determinar si el calor fluye más rápido de una fuente más caliente. material Conductividad [W/mK] Cp [J/kgK] Densidad [kg/m^3 ] Dimensiones[m] Aluminio 237 900 2698.4 0.050.080.0 1 cobre 380 385 8460 0.050.080. Ejercicio4(comparing conducting distances) Con las mismas propiedades, pero con diferentes espesores o longitudes de la pared de los sartenes de 0.0 5 para el aluminio y 0 .03 para el cobre. Determinar si el calor fluye más rápido a través de un puente más corto. material Conductividad [W/mK] Cp [J/kgK] Densidad [kg/m**^3 ] Dimensiones[m] Aluminio 237 900 2698.4 0.0 6 0.080.0 1 cobre 380 385 8460 0.0 3 0.080.
4. RESULTADOS OBTENIDOS: EJERCICIO 1(comparing thermal conductivities)
Ejercicio 2 (comparing conduction Areas)
Ejercicio 3 (comparing temperature differences)
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS:
EJERCICIO 1
cómo podemos observar en el desarrollo del ejercicio 1. bajo las mismas condiciones, pero en materiales diferentes el flujo de calor casi no varía, pero si consideramos dar como ganador a uno de ellos seria al cobre ya que este presenta una mejor conductividad térmica y aunque es bastante pequeña, se puede apreciar que la temperatura del cobre avanza primero. Por lo tanto, también el flujo de calor. EJERCICIO 2 En este problema consideramos una geometría distinta para cada elemento de análisis. Como se puede apreciar en el desarrollo del ejercicio 2 la temperatura del cobre T2 sube mucho más rápido que la de aluminio T1. Esto se debe a que cuando el área también influye en la transferencia de calor de modo que si el área es mayor el calor también va a ser mayor. EJERCICIO 3 Se puede observar que cuando colocamos dos materiales a distintas temperaturas, esto también influye en la velocidad de transferencia de calor de modo que según las simulaciones mostradas en el desarrollo del ejercicio 3 podemos decir que a mayor temperatura la velocidad con la que se transfiere esta energía también va a ser mayor. EJERICICIO 4 En este problema se considera longitudes de pared de los sartenes uno más corto que el otro. Como se puede observar en el desarrollo del ejercicio 4. Al comienzo la temperatura T2 del cobre se transfiere mucho más rápido que la temperatura T1 del aluminio, pero al final estas se van a encontrar si se van a estabilizar. Por lo tanto, podemos decir que a una menor longitud la velocidad con la que se transfiere el calor es mucho más rápida.
6. PREGUNTAS Y CUESTIONARIO: a) ¿Cuál cree que son las ventajas y desventajas que ofrece el software? o Una ventaja con el Energy 2 D es que es un programa en el cual podemos realizar los análisis de conducción es muy confiable y sus resultados son valorados como verdaderos cuando uno realiza los ejercicios de forma analítica. o Otra ventaja es que permite comprobar hipotesis científicas o resolver problemas de ingeniería sin tener que recurrir a modelos matemáticos complejos. o Otra ventaja es que el programa permite obtener graficas en tiempo real de simulación y también generar datos en una tabla que se pueden copiar o exportar a otro programa que puede graficar. o Una desventaja es que no se puede confiar al 100% para análisis de simulación de convección y radiación. o Otra desventaja es que como es un programa nuevo es necesario realizar un cálculo analítico con el fin de verificar los resultados en la simulación. Como por ejemplo cuando se requiere realizar la simulación de un análisis térmico en un edificio.
b) En las simulaciones, ¿fue posible considerar los efectos de convección? Para nuestra simulación en donde podemos observar que solo nos permite cambiar los valores de conducción y no existe una opción para modificar los valores de convección en el proceso, pero si me permite colocar valores de emisividad. Podeos considerar que el coeficiente de convección es por convección natural o también que se encuentra aislado en un lugar donde no puede entrar la convección para estos casos de conducción en el programa. Figura 2. Configuraciones de propiedades en Energy2d Fuente: [propia] c) ¿Qué parámetro es el que considera más importante en una superficie extendida a la hora de mejorar la transferencia de calor desde una fuente de calor? Uno de los parámetros mas importantes que considero que es el más importante para mejorar la transferencia de calor en superficies extendidas es el área ya que depende de la geometría. Es decir, a mayor área la transferencia de calor va a ser mejor. Otro factor que se puede utilizar seria incrementar los coeficientes de convección forzada que se presentan. d) ¿Se puede manipular el tiempo de la simulación para analizar el transitorio paso por paso o de forma más lenta? Podemos observar que en la figura 3 que podemos modificar los tiempos de simulación en horas, minutos y segundos y también los intervalos que por lo general se encuentran de forma automática. Pero si es posibles cambiar los tiempos de forma mas lenta cuando cambiamos los intervalos de horas a minutos o a segundos. Figura 3. Configuraciones de tiempo en Energy2d
