Implementación del programa de conducción de calor “procca-09” mediante software libre y la variación de las propiedades térmicas con la temperatura

La transmision de calor es una de las materias de estudio mas importantes y a la vez com- plejas en la ingenieria. Por ello, uno de los objetivos fundamentales en la docencia en las escuelas de ingenieria es conocer los aspectos y las caracteristicas que conlleva el estudio de estos contenidos. El grupo de investigacion de “Ingenieria Energetica e Innovacion Docente en Tecnologia” de la Universidad de Murcia y el grupo de investigacion de “Simulacion por Redes” de la Universidad Politecnica de Cartagena decidieron investigar sobre la metodolo- gia y/o instrumentos docentes que permitieran comprender los fenomenos de transmision de calor de manera sencilla e intuitiva, dejando de lado las complejas ecuaciones diferencia- les que rigen el comportamiento de estos fenomenos fisicos. Fruto de esta investigacion se realizo el registro del programa PROCCA-09 (2009), Del Cerro (2009) y una publicacion con una serie de ejercicios de aplicacion del citado programa, Alhama y del Cerro (2010). PROCCA-09 permite simular una gran variedad de problemas de transmision de calor basandose en el metodo de Simulacion por Redes, MESIR, Alhama (1999); Gonzalez-Fern- andez y col. (2002). Este metodo utiliza la analogia existente entre las ecuaciones del calor y la electricidad, para simular la evolucion del calor (espacial y temporal) en el interior de un cuerpo, del Cerro y Alhama (2004). En el presente trabajo se va a implementar el programa de conduccion de calor “PROC- CA-09” de tal manera que pueda utilizarse mediante software libre. Para ello, realizaremos la programacion mediante versiones libres de MATLAB (1997). Igualmente, en el nuevo programa, tambien se implementara la posibilidad de variar las propiedades termicas de los materiales con la temperatura, anadiendo asi una mayor precision al mismo. Una vez el programa este implementado tendremos la opcion de modelar problemas con distintas geometrias, distintos materiales y distintas capas, lo que nos permitira resol- ver problemas reales o semejantes a los que encontramos en la industria en general: tan- ques cilindricos y esfericos en la industria quimica y petrolifera, aletas, aislamiento termico en la industria, aislamiento termico en la edificacion, etc. Los modelos para estos tipos de simetria se encuentran representados por un conjunto de ecuaciones no lineales donde las propiedades del material tienen dependencia de la tem- peratura propia del medio, debido a que tanto la densidad, el calor especifico y la conductivi- dad termica del material dependen de la temperatura a la que este se encuentre, Chapman (1984). Del mismo modo, las condiciones de contorno dependeran de la temperatura, de tal manera que en funcion de las condiciones que tengamos: i) radiacion, ii) conveccion, iii) temperatura constante, iv) adiabatico y por ultimo v) radiacion y conveccion. En este trabajo se estudia a su vez la aproximacion a un sistema lineal realizada en numerosos estudios tomando como constantes las propiedades de los materiales, es decir, no varian con la tem- peratura, frente al problema lineal, estas propiedades varian con la temperatura.