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¿Qué es el fenómeno Joule Heating?

joule heating

El fenómeno Joule Heating ocurre cuando la circulación de la corriente eléctrica a través de un sólido conductor produce una simulación de calor y se produce en todos los elementos solidos conductores de electricidad. Esto es debido a la resistencia eléctrica (Ohm) de los metales.

¿Cómo ocurre el fenómeno Joule Heating?

Si aplicamos en simulación de fluidos una diferencia de potencial (Voltaje) entre dos caras de un sólido, esto produce una densidad de corriente eléctrica que entra desde la cara de mayor voltaje y sale por la cara de menor voltaje.

joule heating

Esto produce un calentamiento de la materia solida cuya temperatura está en función de la densidad de la corriente generada, de la geometría y de la resistividad del material. Y a esto le llamamos el fenómenos de Joule Heating.

joule heating

Ahora bien, ¿cómo podemos realizar un estudio de fluidos en un programa de simulación? Pues ahora mismo te lo explicamos de manera muy sencilla. ¡No te vayas!

¿Cómo se realiza un estudio de fluidos en un programa de simulación?

En este caso, nos basaremos siempre en SOLIDWORKS Simulación de fluidos.

Los estudios de fluidos en programas de simulación comienzan por definir las propiedades del material. Para ello, tendremos que activar “Conductividad Eléctrica” en la “Base de Datos de los Materiales” en nuestro software de simulación.

joule heating

Además, definiremos los valores de Resistividad, que podrán ser:

  • Valores constantes
  • Valores dependientes de la temperatura (como en el caso siguiente)
joule heating

A continuación, calcularemos las temperaturas que alcanza una resistencia utilizada normalmente para calentar los espejos retrovisores de algunos vehículos:

Supón que el conjunto se rodea de aire, por lo que su temperatura inicial es de 2ºC.

joule heating

Cuando estamos definiendo los parámetros generales del estudio, tendremos que activar el cálculo térmico en los sólidos, además de añadir la gravedad en caso de querer simular el movimiento del aire que rodea los sólidos al calentarse.

simulación de fluidos

Definiremos una diferencia de potencial de 12 V indicando las caras en las que se conecta la resistencia a la batería del vehículo.

simulación de fluidos

Adicionalmente, es posible añadir datos que están relacionados con la resistencia de contacto entre los distintos sólidos que encontramos en el conjunto.

joule heating

Para realizar el cálculo, definiremos un tamaño de malla algo más fino en la zona de la resistencia, para lo que podemos utilizar una malla local más fina en dichas zonas:

joule heating

Una vez tengamos el cálculo realizado, habremos conseguido como resultado los datos te temperaturas, densidad de la corriente eléctrica, tiempo de calentamiento, etc.

joule heating

En la imagen que mostramos anteriormente, si nos fijamos en la parte izquierda podemos ver una sección con las temperaturas del aire que rodea el conjunto.

Sin embargo, en la parte derecha de la imagen, vemos cual es la distribución de temperaturas en las superficies exteriores del cristal y la resistencia.

El software de simulación de fluidos también es capaz de simular otros muchos tipos de fenómenos físicos, como:

  • Condensación
  • Cavitación
  • Mezcla de fluidos
  • Cálculo de coeficientes aero dinámicos

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