Modelación computacional de la transferencia de calor en hornos túneles con calentamiento radiante eléctrico

Abstract

El siguiente trabajo tiene como objetivo el desarrollo de un programa computacional que simule la transferencia de calor en un horno tunel con resistencias eléctricas. Para esto, primero se investigan los detalles constructivos y los materiales empleados en hornos de este tipo. Luego, se realiza un analisis de transferencia de calor de acuerdo con un modelo que se divide en tres partes, según lossubsistemas más relevantes del horno: interior con intercambio radiativo, paredes con perdidas de calor y la carga con difusión de calor. El sistema de estudió se establece como un prisma prolongado del cual se discretizan todas sus superficies, con el objetivo de llevar a cabo el intercambio. El interior de la carga tambien se discretiza para resolver la ecuacion de calor a través del método de Euler implícito (diferencias finitas). Los multiples sistemas de ecuaciones resultantes se acoplan mediante las temperaturas o los flujos de calor. Posteriormente, se establece un algoritmo de resolucion compuesto por tres ciclos anidados que convergen de acuerdo con un valor de tolerancia definido para cada loop. Los sistemas lineales del intercambio radiativo y de la difusion de calor se resuelven con el metodo iterativo de Gauss-Seidel. El algoritmo se implementa en lenguaje Python, validandose en dos escenarios simplificados: un horno piloto con intercambio radiativo y pérdidas asociadas a las paredes, y una pared que recibe un flujo constante de calor, tomando como referencia las ecuaciones de pared semiinfinita(...).