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Título:
Software para estudios de conducción de calor transiente en procesos térmicos industriales
Autor:
Collinao Robles, Edison Adrian
Profesor Patrocinante:
Moreno Muñoz, Rogelio
Grado a Optar:
Ingeniero Mecánico - Licenciado en Ciencias de la Ingeniería
Materia:
tratamiento térmico; procesos industriales; modelos matemáticos
Universidad:
Universidad Austral de Chile
Facultad:
Facultad de Ciencias de la Ingeniería
Escuela:
Escuela de Mecánica
Año de Aceptación:
2003
Resumen:
Existen numerosas aplicaciones de ingeniería, donde se encuentra el uso de procesos térmicos de conducción de calor transiente. En Chile, la industria de la madera debe tratar con el calentamiento de trozas en agua, en el caso de la producción de los alimentos vegetales se recurre a los procesos de escaldado y enfriado y en la industria metalmecánica a procesos como el temple. El presente trabajo, consiste en elaborar un software con fines académicos, para estudiar los procesos mencionados, y otros. Para ello se desarrollan modelos de conducción de calor inestables lineales y no lineales, para predecir los tiempos de calentamiento y/o enfriamiento y calor añadido/removido a/de productos de geometría simple: cilindros, placas, esferas y paralelogramos. En la frontera de los sólidos, es posible considerar y evaluar el coeficiente de transferencia de calor por convección, a través de los mecánicos de convección natural y forzada. Los modelos fueron resueltos a través del método de diferencias finitas en su forma explicita, siendo implementados en un programa computacional, el cual fue confeccionado en el lenguaje Visual Basic. Los resultados obtenidos en las áreas de estudio (maderas, alimentos, metales), son bastante satisfactorios al realizar las respectivas comparaciones. En maderas se obtuvieron desviaciones alrededor del 2% con datos teórico de otro autores, un 1,2% para el caso de alimentos vegetales expuestos al proceso de escaldado y enfriado al comparar con datos experimentales. En el proceso del temple los resultados mejoran considerablemente al modelar a propiedades térmicas variables y coeficiente convectivo variable. En términos generales, el software ofrece resolver una variedad de problemas, sin errores significativos, si estos incluyen los efectos de todas las variables que afectan en la estimación del tiempo de calentamiento y calor absorbido/removido al/del producto.
Abstract:
There are many engineering applications where the use of thermal processes of transient heat conduction is found. In Chile, the wood industry must deal with the heating of logs in water. In the case of the production of vegetable food, it is appealed to the processes of blanching and cooling and in the metal mechanic industry, to processes like tempering. The present work consists of elaborating a software with academic purposes, to study the already mentioned processes and others. So, lineal and not lineal unstable models of heat conduction are developed so as to predict the heating and cooling times and also the added and removed heat to simple geometry products: cylinder, plates, spheres and parallelograms. In the frontier of the solids, it is possible to consider and evaluate the coefficient of heating transfer by convection through the mechanics of natural and forced convection. The models were solved through the method of finite differences in their explicit form, being implemented in a computational program which was made in the Visual Basic Language. The results obtained in the areas of studies (wood, food, metals), are very satisfactory when analyzing the corresponding comparisons. In wood, deviations were obtained around 2% with another author’s theoretical data; a 1,2% in the case of vegetable food exposed to the blanching and cooling processes when comparing them with experimental data. In the tempering process, the results improve considerably when modeling to thermal variable properties and variable convective coefficient. In general terms, the software offers to solve a variety of problems, without significant errors if they include the effects of all variables that affect when calculating the heating times and the added and removed heat of the product.
Palabras Clave:
tratamiento térmico; procesos industriales; modelos matemáticos
Editor:
Universidad Austral de Chile - Sistema de Bibliotecas - Programa Cybertesis
Formato:
text/pdf
Idioma:
es
Copyright:
Collinao Robles, Edison Adrian
Dirección Electrónica:
http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2003/bmfcic699s/doc/bmfcic699s.pdf