CONDICIONES DE LÍMITE DE LA CONDUCCIÓN DE CALOR

Al resolver la ecuación diferencial que gobierna la conducción de calor en un cuerpo, es necesario aplicar condiciones de contorno en el borde del dominio de análisis para obtener una solución.

Las tres condiciones de contorno comunes son:

(1) temperatura constante

(2) flujo de calor constante

(3) convección

Condiciones de contorno de temperatura constante

Condiciones de frontera de temperatura Para la condición de frontera de temperatura constante, se supone que la temperatura de la superficie permanece en el valor especificado. Independientemente de cuánto calor pase a través de la superficie.

En general, la temperatura de la superficie especificada puede cambiar con el tiempo y también puede ser diferente para distintos puntos en el límite. Físicamente, las condiciones límite de temperatura constante a menudo se aproximan muy bien mediante el cambio de fase (ebullición, fusión, condensación, etc.) en la superficie.

La energía asociada con el cambio de fase absorbe o suministra grandes cantidades de calor a la temperatura de cambio de fase.

Condiciones de flujo de calor constante

Límite de temperatura del flujo de calor Para el caso de flujo de calor constante, se supone que el flujo de calor en la superficie permanece en el valor especificado independientemente de lo que suceda con la temperatura. Nuevamente, en el caso más general, el flujo de calor especificado puede ser una función del tiempo y la posición.

En un rango limitado de temperaturas, una condición límite de flujo de calor constante podría aproximarse mediante un calentador de resistencia eléctrica delgada o mediante el calentamiento por radiación de una fuente que está a una temperatura mucho más alta que la superficie. Una superficie bien aislada constituye un caso especial de una condición límite de flujo de calor constante donde el flujo de calor se especifica como cero. Esto se llama una superficie adiabática.

Condiciones de contorno de convección

Transferencia de calor por convección Una condición límite de convección ocurre cuando la superficie está expuesta a la transferencia de calor por convección gobernada por la ley de enfriamiento de Newton. El coeficiente de transferencia de calor por convección y la temperatura de la corriente libre podrían, en general, ser funciones del tiempo y de la posición.

Un ejemplo simple de transferencia de calor unidimensional en estado estacionario puede ilustrar el efecto y la aplicación de diferentes condiciones de contorno. La ecuación diferencial gobernante (asumiendo propiedades constantes) es simplemente: