La transferencia de calor en polímeros

Un aspecto fundamental del procedimiento desarrollado dentro del marco del proyecto «Determination of heat transfer coefficients by inverse methods» (HTC) fue estimar la transferencia de calor sobre la superficie de las piezas de polímeros. Para determinar las condiciones de transferencia de calor, debe calcularse la temperatura en la superficie y los flujos de calor. Se trata de propiedades que son difíciles de determinar directamente a partir de mediciones.

Ante esta situación, los métodos inversos diseñados por los investigadores de HTC permiten estimar las condiciones límite a partir del comportamiento térmico en el interior del sólido. El procedimiento incluye en concreto medir la respuesta térmica dentro de una pieza en particular y convertir los resultados en indicadores de flujos de calor y temperatura en la superficie.

Este método, denominado conducción de calor inverso, motiva un planteamiento inadecuado del problema que no cumple con los criterios de existencia, exclusividad y estabilidad de la solución. Tradicionalmente se realizaban importantes esfuerzos para encontrar una solución que fuera precisa e insensible a las interferencias en las medidas de temperatura. Además, solamente se analizaba el problema de la estimación del flujo de calor y de las temperaturas límite.

Los puntos de interés del equipo de trabajo de HTC fueron los coeficientes por la transferencia de calor que ocurre en la superficie del sólido. Trabajaron sobre el problema de calcular los coeficientes que dependen del espacio, el tiempo y la temperatura tanto de forma lineal como no lineal. Para obtener una solución físicamente realista, se empleó una nueva técnica de regularización, el método de gradiente conjugado.

Se realizó una serie de experimentos numéricos para verificar la eficacia del método en la inhibición de la sensibilidad a las interferencias en la solución computada. La investigación de HTC se utilizó primariamente para estudiar los problemas que plantea el diseño de estructuras y productos de polímeros, tras lo cual se aplicará en el estudio de intercambiadores de calor de fundiciones de metal y tubos con aletas.

A pesar de que debe profundizarse mucho en la investigación de la teoría de problemas inversos, este trabajo aporta los primeros avances en este sentido. Cabe destacar que se espera encontrar más aplicaciones como resultado de la colaboración tan estrecha que existe con los socios de HTC del sector industrial. La incorporación de técnicas informáticas eficaces debería reforzar la competitividad de la industria europea.