> restart:#"m11_p03"

Una varilla cilíndrica de 1 cm de diámetro está rodeada de un baño térmico a 130 °C. El material de la varilla, de k=0,5
W.m­1.K­1, está sufriendo un proceso reactivo que libera 10 W/cm3. Determinar el perfil de temperatura.
Datos:

> read`../therm_eq.m`:read`../therm_const.m`:read`../therm_proc.m`:with(therm_proc):assume(x>0):

> dat:=[R=0.005*m_,T[1]=(130+273)*K_,k=0.5*W_/(m_*K_),phi=10^7*W_/m_^3];

[R = `+`(`*`(0.5e-2, `*`(m_))), T[1] = `+`(`*`(403, `*`(K_))), k = `+`(`/`(`*`(.5, `*`(W_)), `*`(m_, `*`(K_)))), phi = `+`(`/`(`*`(10000000, `*`(W_)), `*`(`^`(m_, 3))))]

Image

a) Determinar el perfil de temperatura.

O se aplican directamente las fórmulas del caso, o se deducen (como aquí):

> eq11_6_20;dsol1:=expand(dsolve({%,D(T)(0)=0,T(R)=T1},T(r)));eq11_9_1;eq11_9_2;T[0]:=subs(r=0,dat,rhs(eq11_9_1));'T[0]'=TKC(%);evalf(subs(dat,eq11_9_2));

0 = `+`(`/`(`*`(diff(T(r), r)), `*`(r)), diff(diff(T(r), r), r), `/`(`*`(phi), `*`(k)))
T(r) = `+`(`-`(`/`(`*`(`/`(1, 4), `*`(phi, `*`(`^`(r, 2)))), `*`(k))), T1, `/`(`*`(`/`(1, 4), `*`(phi, `*`(`^`(R, 2)))), `*`(k)))
T(r) = `+`(T[1], `/`(`*`(`/`(1, 4), `*`(phi, `*`(`^`(R, 2), `*`(`+`(1, `-`(`/`(`*`(`^`(r, 2)), `*`(`^`(R, 2))))))))), `*`(k)))
Q = `*`(phi, `*`(Pi, `*`(`^`(R, 2), `*`(L))))
`+`(`*`(528.0, `*`(K_)))
T[0] = `+`(`*`(254.8, `*`(?C)))
Q = `+`(`/`(`*`(785.5, `*`(W_, `*`(L))), `*`(m_)))

i.e., en un ambiente a 130 ºC el centro alcanza 254 ºC. Puede comprobarse que se generan (y han de salir) 785 W/m2 por unidad de longitud de varilla.

> plot([[r,subs(dat,SI0,rhs(eq11_9_1)),r=0..0.005],[r,subs(dat,SI0,T[1]),r=0.005..0.01]],T=00..600,view=[0..0.01,00..600],color=black);

Plot_2d

>