Estimación De La Condición De Frontera Térmica Durante El Enfriamiento De Una Barra Cilíndrica Vertical Enfriada Por La Base Con Una Columna De Agua

Abstract

La espectacular evolución del poder de cómputo y el consecuente desarrollo de métodos
numéricos para la solución de las ecuaciones diferenciales parciales que gobiernan a los fenómenos de
transporte ha resultado en un gran número de modelos matemáticos para la predicción de, por ejemplo,
los campos térmico, microestructural y de esfuerzos en procesos de tratamiento térmico de
componentes metálicos. Sin embargo, estos modelos solo son precisos en tanto los parámetros del
modelo sean conocidos. En particular, las condiciones de frontera térmica son difíciles de medir debido
a las altas temperaturas y al ambiente agresivo que priva en la mayoría de los procesos metalúrgicos.
En lugar de esto, se estiman a partir del planteamiento del problema inverso de conducción de calor
(IHCP, de sus siglas en inglés).
En este artículo, se presentan resultados de la estimación de la condición de frontera térmica en la base
de un cilindro que se enfría mediante una columna de agua que impacta a la base de la pieza; esta
condición de enfriamiento corresponde a un ensayo estándar de laboratorio metalúrgico diseñado para
generar gradientes de rapidez de enfriamiento a lo largo de la probeta.
Para resolver el IHCP se implementó el algoritmo secuencial de especificación de la función para
estimar la historia de densidad de flujo de calor a partir de temperaturas medidas en el interior de la
probeta, considerando que el flujo de calor es 1D (en la dirección axial de la probeta) pero que también
existen pérdidas de calor significativas (conocidas independientemente) por la superficie lateral. El
algoritmo se validó aplicando la historia estimada de densidad de flujo de calor para calcular la
respuesta térmica y comparándola con valores experimentales medidos durante el enfriamiento de un
cilindro de aleación de aluminio 6063. El código ya validado se utilizó para predecir la respuesta
térmica en varios puntos de la probeta; esta información es importante en estudios de endurecimiento
por precipitación de aleaciones de aluminio.