ELEMENTOS TRMICOS: LINK, PLANE,

SHELL, SOLID

ELEMENTOS TRMICOS

ANSYS cuenta con gran variedad de elementos para realizar anlisis trmicos, como se puede observar en la Tabla 10.1. El tipo de elemento seleccionado depender del anlisis a realizar; los lineamientos para escoger un elemento determinado son los mismos que los empleados en los casos estructurales.

TIPO DE ELEMENTO ELEMENTO CARACTERSTICAS

LINK LINK32 Conduccin lineal en 2D, 2 nodos

LINK33 Conduccin lineal en 3D, 2 nodos

LINK34 Conveccin lineal en 3D, 2 nodos

PLANE PLANE35 Tringulo, 6 nodos

PLANE55 Cuadriltero, 4 nodos

PLANE75 Armnico, 4 nodos

PLANE77 Cuadriltero, 8 nodos

PLANE78 Armnico, 8 nodos

SHELL SHELL57 Cuadriltero, 4 nodos

SOLID SOLID70 Hexaedro, 8 nodos

SOLID87 Tetraedro, 10 nodos

SOLID90 Hexaedro, 20 nodos

En la aplicacin que se desarrollar en este captulo se usar el elemento PLANE55, que se

observa en la Figura 1. El grado de libertad del elemento es la temperatura en sus nodos.

Las cargas que se pueden aplicar sobre sus caras son conveccin, flujo de calor o tasas de

generacin de calor.

Figura 1. Elemento PLANE 55

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALORANSYS permite realizar dos tipos de anlisis trmico: en estado estable o anlisis transitorios. Los anlisis transitorios pertenecen a la categora de anlisis no lineales (dependientes del tiempo), por lo que no sern considerados aqu. La radiacin es tambin un problema no lineal, por lo cual solamente se tratarn problemas de conduccin y conveccin.

CONDUCCIN

Consiste en transferir calor de manera continua a travs de la materia de una regin de alta temperatura a otra de baja temperatura dentro de un medio (slido, lquido o gaseoso) o entre medios diferentes en contacto directo.

La ley de Fourier relaciona la rapidez de flujo de energa con la diferencia de temperatura; en una dimensin, se tiene:

Siendo Q el flujo de calor (energa por unidad de tiempo), A el rea normal a la direccin de flujo de calor, T/x el gradiente de temperatura en la direccin considerada (x) y K la constante de proporcionalidad, denominada conductividad trmica. La conductividad trmica es la capacidad de los cuerpos o sustancias para conducir calor; su valor depende de la naturaleza del material. CONVECCINEs un mecanismo de transferencia de energa que involucra conduccin y transporte de energa por medio de movimiento de la materia. Puede ser de tipo natural o forzada (por medio de agitadores o bombas). La relacin que rige la conveccin es

En donde Q es el flujo de calor, A es el rea normal al flujo de calor, T es la diferencia de temperatura y h es el coeficiente de pelcula. Este coeficiente vara con las propiedades del fluido (densidad, conductividad trmica, calor especfico, viscosidad), con la velocidad, la aspereza superficial, etc.