Este documento presenta información sobre diferentes métodos para resolver problemas de transferencia de calor por conducción bidireccional. Explica brevemente el método analítico, que involucra series de Fourier, el método gráfico, que usa líneas isotermas y de flujo de calor, y los métodos numéricos, que brindan soluciones aproximadas para geometrías complejas. También define la conducción bidireccional como la transferencia de calor en dos dimensiones que requiere resolver ecuaciones diferenciales parciales mediante estos métodos.

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN
Transferencia de Calor
Docente:
Prof. Amalia Palma
Autores:
Mendoza Jesús
C.I 25.781.793
Gibory Néstor
C.I 25.431.027
Corvo José
C.I 25.612.973
Díaz Oscar
C.I 20.915.113
Maturín, Septiembre del 2018.

2. Definir Conducción de Calor
La conducción de calor o transferencia de energía en forma de calor por conducción es un proceso de
transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el
calor fluye desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura que está en contacto con el
primero. La propiedad física de los materiales que determina su capacidad para conducir el calor es la
conductividad térmica. La propiedad inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la
capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.
La transmisión de calor por conducción, entre dos cuerpos o entre diferentes partes de un cuerpo, es el
intercambio de energía interna, que es una combinación de la energía cinética y energía potencial de sus
partículas microscópicas: moléculas, átomos y electrones. La conductividad térmica de la materia depende de su
estructura microscópica: en un fluido se debe principalmente a colisiones aleatorias de las moléculas; en un
sólido depende del intercambio de electrones libres (principalmente en metales) o de los modos de vibración de
sus partículas microscópicas (dominante en los materiales no metálicos).

3. Método Analítico de Conducción Bidimensional:
Para poder obtener una solución analítica a los problemas de conducción de calor bidimensional" se
requiere la introducción del concepto de una expansión en serie de Fourier de una función" digamos f(x).
Durante la solución de un problema de conducción de calor bidimensional, se llega a cierto punto en que
aparecen términos seno y coseno en el lado de la derecha de un signo de igualdad y f(x) aparece en el lado
izquierdo del mismo signo de igualdad.
Se dice que una función seccionalmente continua, univaluada, finita, y que posee un número finito de
máximos y mínimos en un intervalo dado, es una función seccionalmente rectangular. Si f(x) es seccionalmente
rectangular sobre un intervalo (-L,L) entonces se puede expandir en una serie de senos y cosenos de forma.

4. Método Gráfico de Conducción Bidimensional
Debido a las geometrías irregulares asociadas con problemas específicos y debido a la imposición de
ciertas condiciones en la frontera, resulta con frecuencia muy difícil, o imposible, encontrar una solución
analítica a los problemas. Muchas veces se puede llegar a una solución aproximada a través de medios gráficos.
Esto es particularmente cierto si las fronteras del cuerpo en cuestión incluyen segmentos que son isotérmicos.
Para generar una solución gráfica, se crea una red de cuadros curvilíneos, dibujando líneas isotermas y de
flujo de calor de acuerdo a los lineamientos siguientes:
 Siempre se dibujan líneas de flujo de calor perpendiculares a las isotermas y a las fronteras isotermas, y
bisectan el ángulo en una esquina donde dos fronteras isotermas se interceptan; Las isotermas corren
perpendiculares a superficies aisladas; Las diagonales de un cuadrado curvilíneo se interceptan en
ángulos rectos; Todos los lados de un cuadrado curvilíneo tiene aproximadamente la misma longitud,
aun cuando un cuadrado curvilíneo puede ser mayor o menor que otro.

5. ¿Qué se entiende por conducción bidimensional bajo condiciones
de estado estacionario? y explique cada uno de los métodos
En muchos problemas necesitamos considerar la transferencia de calor en dos dimensiones.
La solución de este tipo de problemas requiere la solución de una ecuación diferencial parcia. Esta
ecuación se puede resolver analítica (solución exacta), gráfica o numéricamente (soluciones
aproximadas). Los métodos analíticos requieren series y funciones matemáticamente complicadas
y solamente pueden resolverse cierto tipo de problemas. Los métodos numéricos proporcionan
resultados aproximados en puntos discretos del volumen de control y a menudo son el único
medio para resolver un problema pues se adaptan a geometrías complejas y a todo tipo de
Condiciones de Frontera.

6. ¿Que es transferencia de calor por convección?
Es una de las tres formas de transferencia de calor. Se caracteriza porque se produce por medio de un fluido
(líquido, gas o plasma) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se
produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección en sí es el
transporte de calor por medio del movimiento del fluido. Por ejemplo, al trasegar mediante bombas o al calentar
agua en una cacerola, el agua en contacto con la base de la cacerola asciende, mientras que el agua de la
superficie, desciende y ocupa el lugar que dejó la caliente.
La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos
macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Incluye también el intercambio de energía
entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico
(convección mecánica, forzada o asistida). En la transferencia de calor libre o natural, un fluido es más caliente
o más frío. En contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades
que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.

7. Transferencia de calor por radiación:
Se denomina radiación térmica o radiación calorífica a la emitida por un cuerpo debido a su temperatura.
Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética, siendo su intensidad dependiente de la temperatura y de la
longitud de onda considerada. En lo que respecta a la transferencia de calor la radiación relevante es la
comprendida en el rango de longitudes de onda de 0,1 µm a 1000 µm, abarcando por tanto la región infrarroja
del espectro electromagnético. La materia en un estado condensado (sólido o líquido) emite un espectro de
radiación continuo. La frecuencia de onda emitida por radiación térmica es una función de densidad de
probabilidad que depende solo de la temperatura.
En otras palabras es el calor emitido por un cuerpo debido a su temperatura, en este caso no existe contacto
entre los cuerpos, ni fluidos intermedios que transporten el calor. Simplemente por existir un cuerpo A (sólido o
líquido) a una temperatura mayor que un cuerpo B existirá una transferencia de calor por radiación de A a B.

8. Conducción de calor bidireccional:
Es la forma que transmite el calor en cuerpos sólidos, se calienta un cuerpo, las moléculas que reciben
directamente el calor aumenta su vibración y chocan con las que rodean; estas a su vez hacen lo mismo con sus
vecinas hasta que todas las moléculas del cuerpo se agitan, por esta razón, si el extremo de una varilla metálica
se calienta una flama, transcurre cierto tiempo para el calor llegue a otro extremo. Los malos conductores o
aislantes son los que oponen mucha dificultad al paso del calor aprovechando esta propiedad muchas vasijas
para calentar líquidos se hacen aluminio La conducción del calor significa transmisión de energía entre sus
moléculas. La transmisión del calor por contacto molecular se llama conducción. El calor no se transmite con la
misma facilidad por todos los cuerpos se llaman buenos conductores del calor aquellos materiales que permiten
el paso del calor a través de ellos.

9. ¿Qué son aislantes térmicos? y diga sus aplicaciones:
Un aislante térmico es un material usado en la construcción y en la industria, caracterizado por su alta
resistencia térmica. Establece una barrera al paso del calor entre dos medios que naturalmente tenderían a
igualarse en temperatura, impidiendo que el calor traspase los separadores del sistema que interesa (como una
vivienda o una nevera) con el ambiente que lo rodea. En general, todos los materiales ofrecen resistencia al paso
del calor, es decir, son aislantes térmicos. La diferencia es que de los que se trata tienen una resistencia muy
grande, de modo, que espesores pequeños de material presentan una resistencia suficiente al uso que quiere
dársele.
Aplicaciones:
 Tela
 Madera.
 Plásticos
 Porcelana
 Guantes de Cuero
 Protección de Asbesto

10. Nombre y explique los métodos para la resolución de la ecuación
general de transferencia de calor por conducción bidireccional:
Existen 3 métodos:
 Método Grafico: El principio básico de la solución por este método es que las líneas isotermas son perpendiculares a las líneas de
flujo de calor en un punto específico. De esta manera, se toma el elemento de análisis y se trata de dibujar sobre él un sistema de
cuadrados curvilíneos compuesta por líneas de flujo de calor y líneas isotermas. Tiene varias ventajas, tales como: Conveniente para
problemas que tienen fronteras isotérmicas o adiabáticas, facilidad de implementación, permite tener una buena estimación del
campo de temperatura y de la distribución del flujo de calor.
 Métodos Analíticos En el caso de los métodos analíticos, sólo aquellos problemas de geometrías fácilmente descriptibles en
coordenadas habituales (esferas. cilindros) y con condiciones de contorno sencillas (excluyendo radiación o empleando convección
con coeficientes de película constantes) pueden ser resueltos por este método. Entre sus ventajas se encuentra que una vez
encontrada la solución, proporciona la temperatura y el flujo de calor exactos en cualquier punto de la geometría considerada.
 Métodos Numéricos: Los factores que conducen al uso de los métodos numéricos son: La geometría compleja, las condiciones en la
frontera no uniformes, las condiciones en la frontera que dependen del tiempo y las propiedades que dependen de la temperatura