lunes, 14 de diciembre de 2015

Condiciones de Fronteras e Iniciales

Es el numero de condiciones de fronteras que es necesario especificar en una dirección es igual al orden de las ecuaciones diferenciales en esa dirección.
Es necesario establecer:
- 2 condiciones de fronteras para problemas unidimensionales
- 4 condiciones de fronteras para problemas dimensionales
- 6 condiciones de fronteras para ecuaciones tridimensionales 

1. Condiciones de frontera de temperatura especifica
Especifica las condiciones térmicas sobre una superficie mediante la temperatura
    
Donde
T1 y T2 = temperatura especifica en las superficie
X = 0 ; X = L
Las temperaturas especificas llegan a ser constante cuando la conducción de calor es estacionaria.

2.       Condición de frontera de flujo especifico de calor
La determinación del flujo de calor cuando ocurre interacción de energía de una superficie.
Hay que tomar en cuenta el signo del flujo especifico de calor: será positivo cuando el flujo de calor es en la dirección del eje coordenado y negativo si lo esta en la dirección opuesta.


Caso especial
-      -     Frontera aislada
El aislamiento reduce la transferencia de calor pero no la elimina; y se considera como cero ya que se desprecia la cantidad mínima que queda de transferencia de aislamiento.

-      -    Simetría térmica
Ocurre como resultado de la simetría en las condiciones térmicas impuestas. Donde no presenta flujo de calor en el plano central si no al punto de la superficie mas cerca.
En el caso de cuerpos cilíndricos o esféricos indica que tiene simetría térmica con respecto a la linea central, por lo que la derivada de la temperatura con respecto a r sera cero en la linea central  
3. Condición de convección de frontera  
Cumple la siguiente condición:
Conducción  de calor en la superficie en una direccion seleccionada = convección de calor en la superficie en la misma dirección.
La condición de frontera para la transferencia de calor unidimensional en la direccion x de espesor L queda expresada :

Donde
h1 y h2 son coeficientes de transferencia de calor por convección
T∞1 y T∞2 son las temperatura del medio circundante
 En ambas superficie se han considerado de escribir la ecuación con signo positivo siempre y cuando la transferencia de calor es en la direccion opuesta en una o en las dos superficies. El calor neto qie entra en la superficie desde uno de los lados debe salir por el otro lado ya que no puede almacenar energía debido a que no tiene masa porque el espesor es cero. 
















4. Condición de radiación de frontera
Cumple la siguiente condición:
Conducción de calor en la superficie, en una dirección seleccionada = intercambio de radiación en la superficie en la misma dirección.
La condición de frontera para la transferencia de calor unidimensional en la direccion x de espesor L queda expresada :

Donde
Ԑ1 y Ԑ2 son emisividades de la superficie de frontera
σ es la constante de Stefan – Boltzmann cuyo valor es 5.67x10-8W/m2K4
T alrede,1 y Talrede,2 son las temperaturas promedio de las superficie circundantes

Nota: las temperaturas deben estar expresadas en K o R mas no en °C o °F
Esta condición es no lineal debido que la temperatura esta a la cuarta potencia y como resultado nos conduce a potencias de los coeficientes desconocidos. Se encontrara casos especiales en que la transferencia de calor en la superficie está dominado por la convección y la radiación es pequeña 

5. Condición de fronteras en la interfase 
Existen objetos que están compuestos por capas de diferentes materiales lo cual para la determinación de transferencia de calor de cada capa o interfase debe de cumplir los siguientes requisitos;
1)       Los dos cuerpos en contacto deben tener la misma temperatura en el área de contacto
2)      Una interfase no puede almacenar energía y el flujo de calor de ambos lados de las interfase debe ser la misma
Expresada de la siguiente manera
 Donde
KA y KB son conductividad térmica de la capas A y B
6. Condiciones de fronteras generalizadas
 Una superficie puede comprenderser por convección, radiación y flujo de calor , y para estos casos se tiene que:
Transferencia de calor hacia la superficie en todos los modos = trasnferencia de calor desde la superficie en todos los modos
Algunas combinaciones comunes son
-       -   Convección y radiación
-        -  Convección, radiación y flujo de calor 


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