202002_Daniela_R-05

PROBLEMA 5

Semana 12 (14-16 Abril 2020)

Análisis de la problemática del flujo de calor del cuerpo humano hacia el ambiente exterior.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El problema representa la transferencia de calor desde el interior de la piel hacia el exterior (el ambiente), y se caracteriza por involucrar las tres maneras a través

de las que se transfiere calor: convección en la parte interna de la superficie (en este caso dentro del cuerpo), conducción a través de la pared (en este caso del

cuerpo hacia la superficie) y radiación El problema se tratará con la condición de ESTADO PERMANENTE, es decir, que al resolver la ecuación general de

conducción unidimensional, en estado permanente y sin generación de calor, ES POSIBLE RESOLVER EL PROBLEMA CON un modelo semejante al de

resistencias eléctricas en circuitos eléctricos, como se observa en el esquema.

ANÁLISIS Y SOLUCIÓN

Como segundo punto se dibuja o reproduce el esquema proporcionado por el problema del libro para tener un mejor entendimiento de este.

Las resistencias en paralelo representan la transferencia de calor por convección y radiación. Su resistencia equivalente será la suma del coeficiente de transferencia de calor por convección qc=hdeltaT y por radiación.

La resistencia por conducción Rk es la resistencia de pared. Es el cociente del grosor de la piel y la conductividad térmica de la “combinación de la piel” o todo lo que la compone.

A continuación, para encontrar la temperatura de la superficie Ts se emplea el modelo semejante al de resistencias eléctricas en circuitos eléctricos (Ecuaciones (1) y (2) en imagen).

Transferencia de calor

Análisis de circuitos

Las ecuaciones (1) y (2):

Finalmente de la Ecuación (1) se despeja Ts quedando como resultado:

SOLUCIÓN EN EES

RESULTADOS

"PROBLEMA 5.2"

El problema que se muestra a continuación es semejante al anterior, y únicamente se diferencia en que ahora se calcula directamente el espesor de la capa de aislamiento para que el flujo de calor sean 100 W. La capa es L=4mm para el aire.

Es decir, se agregará una capa adicional de aislamiento, lo que conlleva a agregar una resistencia adicional y los cálculos se vuelven más largos. De ahí que la solución del problema se haya generado únicamente mediante el software EES.

RESULTADOS