Conducción de Calor en un Cable Metálico Utilizando la Ecuación de Osizik

Abstract

La alta conductividad térmica de los metales puede ser muy útil para evacuar calor de zonas de alta temperatura. Sin embargo al transportarlo a zonas de menor temperatura a través de cables o aletas, existen pérdidas por sus caras laterales debidas a convección y radiación hacia la atmósfera que lo rodea. En este trabajo se utiliza la ecuación de Ozisik, que modela de manera sencilla la conducción de calor a través de barras que puedan tener áreas transversales variables a lo largo de ellas, teniendo en cuenta las pérdidas por convección y/o radiación. Se considerará cables metálicos de sección circular y cuadrada, con área constante (cobre, aluminio), con un extremo sumergido en agua hirviendo, mientras el resto del cable está en contacto con un ambiente a presión y temperatura normal. La ecuación se resuelve de manera analítica y por el método de diferencias finitas, obteniéndose la temperatura y la corriente térmica a lo largo del cable, y la energía disipada en el ambiente. Este trabajo se puede aplicar a experimentos que pueden ser implementados fácilmente en laboratorios de docencia para materias con contenidos de Termodinámica.