jueves, 16 de marzo de 2017

Estado no estacionario


En todos los sistemas donde se tiene una transferencia de calor, se requiere conocer su perfil de temperaturas, estos perfiles de temperaturas por naturalidad cambian con el tiempo, cuando el calor depende del tiempo, “T” se calcula mediante una ecuación, esta ecuación se llama Ecuación de Difusión.


Ecuacion de Difusion:

Esta ecuación es un caso particular de la ecuación de balance de energía, además existen dos ecuaciones más de balance:

Ecuación de balance de cantidad de movimiento:

Ecuación de balance de masa:


Las tres ecuaciones representan la generalización, al caso de un medio continuo de las ecuaciones e conservación de masa, energía y momento, el medio continuo es una idealización.
Las ecuaciones de balance para un flujo en movimiento son:

Física de la partícula
Medio Continuo
Conservación de la masa
Ecuación de continuidad
Conservación de la energía
Ecuación de difusión
Conservación del momento
Ecuación de Navier-Stokes

Euler y Lagrange
Existen dos posibilidades de describir el movimiento de partículas:
- Euler se fija en una región del espacio (marcaje por zona).
- Lagrange “persigue” a las partículas (marcaje hombre a hombre)

En el enfoque de Euler, la velocidad es un campo vectorial, es decir que se puede asignar a cada punto del espacio un valor de Ux(x,y,x), Uy(x,y,z) y Uz(x,y,z)

X, y, z pueden depender del tiempo: x(t),y(t),z(t):



Para derivar Ux,Uy y Uz con respecto al tiempo se utiliza la regla de la cadena:



La derivada material (Total):

Relacionando la 1ª ley de la termodinámica y la derivada material obtenemos la ecuación de balance:


Es necesario también tener una ecuacion de estado, que relacione las variables termodinámicas: PV= nRT

Y las relaciones termodinámicas, como Cp o Cv:
            
Estas relaciones termodinámicas se usan para casos particulares:



La ecuación para la difusión es:

Para la conductividad infinita (Gradiente Cero) se utilizan las siguientes ecuaciones:


Además se debe conocer el número de Biot:


Finalmente Integramos:  


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