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    Open Access
    Simulación numérica mediante analogía termoeléctrica de problemas de transmisión de calor en distintas geometrías con propiedades de los materiales dependientes de la temperatura
    (Universidad de Murcia, 2024-12-16) Fernández García, Martina; Cerro Velázquez, Francisco del; Sánchez Pérez, Juan Francisco; Escuela Internacional de Doctorado
    Para la resolución de problemas transmisión de calor, generalmente, una de las aproximaciones más extendidas es suponer que las propiedades de los materiales son constantes con la temperatura. Sin embargo, para modelizar y simular este tipo de problemas con mayor precisión, podría resultar interesante considerar la densidad, la conductividad térmica y el calor específico de los materiales variables con la temperatura. Por ello, en la tesis, se planteó como objetivo general la implementación de problemas de transmisión de calor considerando la dependencia de las propiedades de los materiales con la temperatura. En este sentido, se propusieron ejemplos y ensayos con distintos materiales y distintas geometrías para valorar cuantitativa y cualitativamente la reducción de errores y, con ello, la mayor exactitud de cálculo en la resolución numérica de los procesos de transmisión de calor. La metodología que se siguió contó con varias fases diferenciadas. En primer lugar, se desarrollaron los modelos matemáticos en distintas geometrías (pared plana, cilíndrica y esférica) para la resolución de los problemas de transmisión de calor, considerando en todos los casos modelos con las propiedades de los materiales dependientes de la temperatura. En segundo lugar, se diseñaron los modelos en red equivalentes a los modelos matemáticos desarrollados anteriormente para cada una de las geometrías. De esta forma, se definieron los circuitos equivalentes para cada una de las celdas asociadas a cada geometría. A continuación, se programaron los modelos en red en Matlab y Ngspice y las distintas posibilidades para la representación gráfica de la solución de los problemas. Antes de comenzar las simulaciones de problemas reales, se validó el software mediante un ensayo de laboratorio comparando los resultados obtenidos experimentalmente con los resultados arrojados por el programa. Para ello, se tomaron tres botellas de uso común en el consumo de agua de diferentes materiales, con un doble objetivo: en primer lugar, validar el modelo propuesto con datos experimentales y, en segundo lugar, estudiar la variación de temperatura en el interior de la botella, ya que ésta podría conllevar un aumento en la migración de sustancias al líquido en materiales plásticos. Los resultados obtenidos en el experimento nos llevaron a concluir que el software implementado seguía fielmente la realidad de lo sucedido en el laboratorio, por tanto, se validó de forma favorable. Tras este experimento, se simularon problemas con el software para las diferentes geometrías. Se realizaron 4 simulaciones distintas: tanque cilíndrico con etanol líquido y acero inoxidable AISI 316; tanque esférico con 〖CO〗_2 líquido y acero inoxidable AISI 304; botella cilíndrica con amoniaco y aluminio Al 7075 y puerta de aluminio Al 6061. Para todos estos ejemplos, se comparó el efecto existente en la consideración o no de las propiedades de los materiales dependientes de la temperatura y el error cometido al considerarlas constantes. Como conclusiones de la tesis puede afirmarse, por un lado, que la variabilidad de las propiedades de los materiales: densidad, conductividad térmica y calor específico, debe tenerse en cuenta al simular problemas de transmisión de calor donde se requiera una mayor precisión en los resultados y, por otro lado, que el programa desarrollado en Matlab, permite simular problemas con las geometrías: pared plana, cilíndrica y esférica considerando las propiedades dependientes de la temperatura, siguiendo una ecuación de grado dos como máximo, minimizando, con ello, el error de cálculo respecto al que se cometería considerando las propiedades constantes.