Calculation of heat transfer coefficients

Cálculo de los coeficientes de transferencia de calor

En los hornos de convección forzada para el recalentamiento de aleaciones de aluminio, predomina el mecanismo de transferencia de calor por convección. El modelo de predicción de la temperatura del cuerpo de Al utiliza la temperatura medida del horno como condición de contorno. Para calibrar dicho modelo, es necesario determinar un coeficiente h de transferencia de calor convectivo. Aquí se utiliza una técnica de optimización para determinar h para cada muestra de temperatura medida, de modo que las temperaturas medidas coincidan con las calculadas, suponiendo constante el coeficiente de transferencia de calor radiativo y despreciando la transferencia de calor conductiva. La h obtenida converge de forma estable en condiciones normales de recalentamiento. El modelo obtenido se valida de forma cruzada 4 veces y el error cuadrático medio obtenido de todos los perfiles de recalentamiento son [7,7; 20,4; 10,4; 12,5] °C.

INTRODUCCIÓN

En la industria del aluminio y del acero, el recalentamiento del metal tiene lugar con fines de deformación en caliente, recristalización, diversos tratamientos térmicos, etc. Para la producción masiva predominan los hornos alimentados directa o indirectamente con gas, mientras que los hornos calentados eléctricamente se utilizan para hornos más pequeños y especialmente para temperaturas superiores a 1300°C. El curso de temperatura del recalentamiento, la duración, las temperaturas finales y otras características similares del dominio temperatura / tiempo definen las condiciones a las que deben someterse los metales para llevarlos al estado microestructural deseado. Cuanto más cerca se conozca el curso temperatura / tiempo de los metales, más estrecho será el estado microestructural deseado del metal [1-6]. Por otra parte, una mayor precisión en el curso temperatura / tiempo de los metales puede utilizarse para diversas optimizaciones del proceso: consumo de energía, minimización de la pérdida de escala, profundidad de descarburación, microestructura deseada, minimización del tamaño de grano, etc. [2], [6-8]. Las mediciones de la temperatura del metal sin contacto mediante cámaras térmicas o pirómetros se utilizan ampliamente como mediciones permanentes u ocasionales. Pero en algunos casos los modelos matemáticos ofrecen una mayor precisión o un manejo más sencillo, ya que el cálculo de la temperatura puede automatizarse.

Estos modelos en tiempo real requieren condiciones de contorno de temperatura medidas [4], [7-8]. Por otro lado, estos modelos también necesitan condiciones de transferencia de calor definidas: radiativa, conductiva y convectiva. Probablemente, la forma más habitual de calibrar este tipo de modelos consiste en medir simultáneamente la temperatura en uno o varios puntos de los cuerpos de recalentamiento deseados, así como la(s) temperatura(s) de contorno de los alrededores del metal de recalentamiento. La conductividad térmica y la capacidad térmica pueden obtenerse mediante mediciones o cálculos. Los únicos parámetros que quedan para calibrar estos modelos son los coeficientes de transferencia de calor o la transferencia total de calor.